Бесперебойник для насоса отопления и котла характеристики устройств и советы по выбору

Критерии выбора ИБП для циркуляционного насоса

Напряжение и мощность

В подавляющем большинстве насосы для бытовых систем автономного отопления — это однофазные устройства небольшой потребляемой мощности (от нескольких десятков до нескольких сотен ватт). Таким образом, для питания двигателя насоса подойдут однофазные ИБП соответствующей мощности.

Однако, при выборе «бесперебойника» обязательно следует принять во внимание кратковременные, но довольно высокие пусковые токи электродвигателя насоса, которые могут превышать его номинальную мощность потребления в 3-5 раз. Учитывая экономичность потребления современных циркуляционных насосов, в большинстве случаев вполне достаточно будет использовать ИБП мощностью 500-1000 ВА

Время работы в автономном режиме

В руководствах по эксплуатации на ИБП производители указывают значение этой характеристики при полной загрузке. Очевидно, что фактическая длительность автономной работы зависит от потребляемой мощности двигателя насоса и емкости используемых аккумуляторов.

В современных ИБП, имеющих встроенные аккумуляторы, как правило, реализована возможность увеличения емкости (и, соответственно, времени автономной работы) за счет подключения дополнительных внешних батарей.

Модели, в которых вообще не предусмотрены штатные аккумуляторы, будут более предпочтительны в отношении подбора требуемой емкости АКБ. Оснащенные более мощными зарядными устройствами, такие ИБП могут работать с внешними батареями повышенной емкости, обеспечивая необходимую длительность автономной работы «бесперебойника».

Форма выходного сигнала

Идеальным для питания любой нагрузки является напряжение синусоидальной формы или с максимально приближенной к синусоиде кривой. Однако, нередко на выходе инвертор ИБП в автономном режиме формирует вместо правильной аппроксимированную (ступенчатую) синусоиду или даже меандр (периодический сигнал прямоугольной формы в каждом полупериоде графика синуса). Такая форма сигнала с сильным искажением синусоидальности кривой особенно неблагоприятна для переменного напряжения питания электродвигателей и силовых трансформаторов.

Работа циркуляционного насоса в сети с сигналом типа модифицированная синусоида приводит к недопустимому нагреву магнитопровода статора и ротора из-за возникновения в них добавочных потерь, вихревых токов. Это приводит к сокращению срока службы или повреждению изоляции двигателя насоса и высокому риску преждевременного его выхода из строя.

Поэтому, при выборе ИБП для циркуляционного насоса очень важно обращать внимание на заявленную в характеристиках производителем форму выходного сигнала. Для питания чувствительных к форме сигнала электроприводов это обязательно должна быть идеальная синусоида

Тип ИБП

Важные технические характеристики, которые прежде всего необходимо учитывать при выборе типа «бесперебойника» для питания циркуляционного насоса – это скорость перехода на автономный режим работы и форма выходного сигнала.

Устройства с лучшим сочетанием таких характеристик – это ИБП двойного преобразования (топология онлайн) и некоторые модели линейно-интерактивного типа – их использование для питания насосов по ряду причин менее предпочтительно.

Оффлайн (или резервные) ИБП, как правило с формой выходного сигнала меандр (а в лучшем случае – сильно модифицированной синусоидой), принципиально не могут быть рассмотрены в качестве подходящих источников питания электродвигателей (в нашем случае – циркуляционных насосов).

Наиболее удачным выбором из представленных типов ИБП, безусловно, будут приборы топологии онлайн. Помимо идеальной синусоиды на выходе и нулевого времени перехода на автономный режим, применение устройств с двойным преобразованием имеет следующие преимущества перед ИБП линейно-интерактивного типа:

• обеспечивается форма сигнала «чистый синус» на выходе как при питании нагрузки от сети, так и в автономном режиме (от АКБ);
• постоянная стабилизация напряжения сети и частоты тока в сочетании с непрерывной фильтрацией высокочастотных помех в питающей сети;
• очень эффективная работа в сетях с большими провалами и частыми перепадами напряжения без перехода на автономный режим работы;
• возможность подключения внешних аккумуляторных батарей;
• наличие сквозного нуля для корректной работы фазозависимых котлов;
• возможность выполнения «холодного пуска» – запуска насоса при отсутствии напряжения в питающей сети (в автономном режиме).

1 Почему необходим ИБП?

Стационарные системы передачи электроэнергии от производителя к потребителю достаточно часто преподносят сюрпризы в виде отключения питания. Это происходит по множеству причин, которые не столь важны, кроме самого факта — света нет.

Когда это происходит, системы отопления, включающие в себя электронасосы, останавливают циркуляцию теплоносителя, ее отдельные элементы перегреваются и выходят из строя.

Из такой ситуации есть три выхода:

1. Рассчитать и построить отопительную систему, в которой отсутствует электронасос. Циркуляция в таком случае должна происходить за счет воздействия гравитационных сил и разницы в плотности нагретой и холодной жидкости в трубах при подаче и обратном ходе. Для эффективной работы такой отопительной системы должны использоваться трубы большого диаметра (что не очень удобно) и при этом, никаких регулировок в процессе эксплуатации не предусматривается.
2. В виде альтернативного получения электроэнергии — установить генератор (дизельный или бензиновый). Но для него потребуется отдельное помещение, так как при работе такие устройства производят много шума и выделяют выхлопные газы, которые необходимо удалять. Кроме того, стоимость топлива значительно увеличивает расходы на обеспечение жилых помещений теплом.
3. Установить бесперебойник для насоса отопления, для обеспечения постоянного циркуляционного процесса, который работает от аккумулятора. При отключении централизованный источник питания, его автоматически заменит ИБП, который с помощью инвертора будет преобразовывать постоянный ток от батарей в переменный. Такое дополнительное оборудование не занимает много места и может быть расположено в любом удобном месте. Особого обслуживания ИБП, также не требует, главное — следить за тем, чтобы аккумуляторы всегда были заряжены.

Простейшая схема работы ИБП

ИБП, используется не только в газовых, но и твердотопливных котлах, что значительно повышает надежность их бесперебойной работы при отключении питания.

1.1 Виды ИБП

Бесперебойник для насоса отопления может иметь несколько вариантов исполнения:

• линейный ИБП — это самая простая модель, которая не имеет стабилизатора напряжения. При прекращении работы стационарной электросети, такой прибор самостоятельно переключается на питание от батарей;
• линейно-интерактивный ИБП — оснащен простейшим стабилизатором напряжения и при работе от аккумулятора выдает на выходе положенные 220В и 50Гц;
• ИБП двойного преобразования. Кроме системы стабилизации напряжения имеет возможность подключаться к генератору.

Линейно-интерактивные устройства имеют небольшое внутреннее напряжение, что позволяет им работать от 1 до 4-х батарей.

При этом происходит самостоятельный контроль величины заряда и при остаточной емкости батареи ниже 20% происходит ее отключение. Переход на автономный режим при отключении электричества и обратно происходит в автоматическом режиме.

ИБП для циркуляционного насоса

В отопительной системе может быть один или несколько циркуляционных насосов. Они обеспечивают движение теплоносителя по трубам и радиаторам. При этом теплоноситель (вода) обеспечивает постоянный перенос тепла от газового котла к радиаторам, и остывшей воды обратно к системе подогрева.

Циркуляционный насос позволяет избежать застаивания воды в системе, что может привести к серьёзной аварии. Поэтому источником аварийного питания должна быть оборудована любая отопительная система.

Виды ИБП и принцип их функционирования

По своей конструкции и принципу работы блоки аварийного питания можно разделить на следующие группы:

• Резервные источники питания;
• Линейно-интерактивные устройства;
• Блоки двойного преобразования.

Резервные ИБП

Блок питания резервного типа относится к наиболее простым устройствам. Он состоит из следующих узлов:

• Пассивный фильтр подавления сетевых помех;
• Аккумуляторная батарея;
• Инвертор-преобразователь;
• Плата контроля и управления.

Если плата контроля определяет, что напряжение сети соответствует норме с учётом допустимых отклонений, то потребитель получает электропитание напрямую от сети. Как только девиация напряжения выйдет за пределы допуска, электроника переключает нагрузку на питание от аккумулятора.

Напряжение, снимаемое с батареи, поступает на простой инвертор, где преобразуется в 220 В. Предварительно напряжение сети проходит через индуктивно-ёмкостный фильтр, который позволяет блокировать большую часть импульсных высокочастотных помех и одиночные короткие выбросы напряжения.

Форма тока на выходе резервного источника отличается от ровной синусоиды и имеет ступенчатую форму. Обычно в системах отопления используются асинхронные электродвигатели, которым для корректной работы требуется гладкая синусоида, поэтому резервные источники питания не рекомендуется применять в системах автономных газовых котлов.

К достоинствам таких устройств можно отнести низкую стоимость и бесшумность в работе.

Недостатки:

• Искажённая синусоида;
• Большое время переключения;
• Узкий диапазон входного напряжения;
• Отсутствие коррекции напряжения и частоты.

Линейно-интерактивный источник питания

Линейно-интерактивный бесперебойник для насоса отопления имеет более сложную конструкцию. Схема такого блока питания выполнена на тех же узлах, которые имеются у резервного источника, кроме того, в линейно-интерактивных устройствах предусмотрен ступенчатый стабилизатор напряжения сети, обычно выполненный на трансформаторе с переключаемыми обмотками. Такая схема позволяет расширить диапазон напряжения на входе устройства. Но основные недостатки резервного блока остаются.

Только в некоторых моделях используются схемные решения, позволяющие получить на выходе не аппроксимированную синусоиду, а нормальный сигнал. Поэтому выбирая линейно-интерактивный блок аварийного питания, следует уточнить можно ли его использовать для подключения насоса. Время переключения на резервный режим у таких блоков значительно меньше, чем у резервных источников, но и КПД значительно ниже.

ИБП двойного преобразования

Верхнюю строчку рейтинга аварийных источников питания для насосов отопительных систем занимают ИБП двойного преобразования. По конструкции они принципиально отличаются от других типов резервных источников.

При отключении сети питание начинает практически мгновенно поступать от аккумуляторной батареи, поскольку она постоянно подключена на вход второго инвертора. В этом инверторе происходит процесс обратного преобразования постоянного напряжения в переменное с величиной соответствующей напряжению сети.

Инверторные преобразователи идеально подходят для питания циркуляционных насосов, а так же любой техники, где используются электродвигатели асинхронного типа.

Они обладают рядом несомненных достоинств:

• Отсутствие времени переключения на батарейное питание;
• Возможность коррекции напряжения и частоты;
• Неискажённая форма напряжения (ровная синусоида);
• Хороший КПД.

Применение ИБП для насоса отопления, выполненного по схеме с двойным преобразованием, можно считать оптимальным вариантом. Самый серьёзный недостаток такого прибора не имеет отношения к электрическим параметрам – это высокая цена. Кроме того элементы схемы, особенно мощные транзисторы инвертора, сильно нагреваются, что требует применения вентилятора. Отсюда небольшой шум при работе.

Преимущества ИБП

ИБП для циркуляционного насоса явно выигрывает при сравнении с дизельными либо бензиновыми генераторами

ИБП для циркуляционного насоса явно выигрывает при сравнении с дизельными либо бензиновыми генераторами. Агрегат имеет массу положительных качеств, к которым относятся:

• Бесшумность работы;
• Лёгкость установки (компактное устройство не нуждается в специальном помещении или дополнительной системе вентиляции);
• Отсутствие необходимости регулировки запасов топлива;
• Нет нужды в техобслуживании;
• Гарантирует непрерывность работы насоса и отопительной системы;
• Отличается высокой надёжностью;
• Обладает большим ресурсом работы.

• Защищает энергозависимые приборы;
• Имеет высокий КПД;
• Обеспечивает автономность энергоснабжения;
• Гарантирует подачу тока высокого качества.

Какие параметры нужно учесть при выборе ИБП для котла

Какими характеристиками обладают современные ИБП для циркуляционных насосов и на что следует обратить внимание?

Форма и частота выходного сигнала. Очень многие бытовые устройства оснащены импульсными блоками питания (тот же ПК или современный телевизор), а потому некритичны к частоте и форме питающего напряжения. Они отлично себя чувствуют при питании так называемой «аппроксимированной синусоидой», когда эта самая синусоида больше похожа на ступеньки лестницы. Двигатель циркуляционного насоса такое питание не потерпит – ему нужна чистая синусоида частотой 50 Гц. Таким образом, для насоса выбираем только ИБП с чистой синусоидой на выходе.

Мощность. Этот параметр зависит от потребляемой мощности циркуляционного насоса или группы насосов, которые ИБП будет питать. Выбирая источник по этому критерию, нужно делать запас мощности для учета пусковых токов двигателя. Об этом мы поговорим чуть позже.

Стабильность выходного напряжения. От этого параметра будет зависеть качество работы, производительность и долговечность самого насоса. Чем стабильность хуже, тем хуже себя будет чувствовать насос.

Время переключения на резерв. Для циркуляционного насоса параметр не особо критичный. Если даже время переключения будет составлять секунды (что просто нереально много для любого типа ИБП), то кратковременная остановка и повторный пуск насоса не доставят никаких проблем.

Время автономной работы без подзарядки. Зависит от мощности циркуляционного насоса и емкости аккумуляторной батареи, идущей в комплекте.

Примеры расчетов перед покупкой

А теперь попробуем рассчитать мощность и время автономной работы от ИБП циркуляционного насоса. В качестве примера возьмем насос, потребляющий 45 Вт. Какой ИБП выбрать? С учетом запаса мощности 20-30% теоретически подойдет прибор на 60 Вт. Но это не совсем так. Точнее, совсем не так. В момент включения любой электродвигатель потребляет повышенный, так называемый пусковой ток.

Для бытовых циркуляционных насосов это значение не особо велико, но может превышать номинальный ток втрое, а значит, и потребляемая мощность в момент пуска (обычно 2-3 секунды) увеличится втрое. Считаем:

 45 х 3 + 30% = 175 Вт

И снова не совсем верно, хотя и в этом случае все будет работать как часы. Дело в том, что в характеристиках всех ИБП для циркуляционных насосов указывается номинальная и максимальная (пиковая) мощность. Для прибора «ФОРТ Т300 – 300/600Вт» эти значения соответствуют 300 и 600 Вт соответственно. Так вот при расчете пусковой нагрузки нужно ориентироваться именно на максимальную мощность ИБП, а номинальная должна быть просто на 20-30% выше мощности насоса. Делаем расчет все для того же 45-ваттного циркуляционного насоса:

1. Максимальная мощность ИБП не менее: 45 х 3 + 30% = 175 Вт.
2. Номинальная мощность ИБП не менее: 45 +30% = 58 Вт.

Таким образом, для питания такого слабенького насоса достаточно 60-ваттного ИБП, выдерживающего пиковую мощность в 180 Вт. Вопрос только в том, найдем ли мы такой прибор? ИБП мощностью ниже 200-300 ватт – настоящая редкость.

Осталось подобрать комплект, который обеспечит бесперебойное питание насоса без подзарядки в течение необходимого нам времени. Как было сказано выше, это время напрямую зависит от мощности насоса и емкости аккумуляторной батареи. Мощность насоса фиксированная, значит, нужно подобрать аккумулятор требуемой емкости. Измеряется последняя в ампер-часах.

Аккумуляторная батарея емкостью 60 А-ч

Какой емкости аккумулятор нужно выбрать, чтобы наш сорокапятиваттный насос проработал, скажем, сутки? Для простого расчета воспользуемся следующей формулой (пусковые токи можно не учитывать):

Е = P * T U,

где Е — емкость аккумулятора в ампер-часах, Р — мощность насоса в ваттах, T – необходимое время работы в часах, U — напряжение аккумулятора в вольтах.

45 * 24 / 12 = 90 А-ч

Данная формула дает очень приблизительный и заниженный результат, поскольку в ней не учитываются:

• KPD (коэффициент полезного действия инвертора) – 0,7-0,8;
• KRA (коэффициент разряда аккумуляторов) – 0,7-0,9;
• KDE (коэффициент доступной емкости) – 0,7-1,0.

Значение коэффициентов найти довольно сложно, они не являются постоянными величинами и зависят от скорости разряда (мощности нагрузки), температуры окружающей среды, «возраста», типа и состояния аккумулятора, скорости и периодичности зарядки АКБ. Для упрощения расчета можно принять значения всех коэффициентов равными среднему значению 0.5. В этом случае формула будет иметь вид:

E = (P * TU) / 0.5

Подставляем наши значения и получаем результат:

(45 * 24 / 12) / 0.5 = 180 А-ч

Принцип действия и конструкция ИБП

Источник аварийного энергоснабжения, в зависимости от конструкции, может выполнять следующие функции:

• Автоматическое переключение на питание от аккумулятора;
• Преобразование постоянного напряжения 12В в переменное 220В;
• Фильтрацию сетевых помех;
• Стабилизацию сетевого напряжения.

Переход питания циркуляционного насоса на аккумулятор, инвертирование напряжения и фильтрацию от импульсных помех выполняют все ИБП, а стабилизацию осуществляют только устройства,  оборудованные соответствующим блоком.

В системах электроснабжения могут использоваться следующие модели аварийных источников питания:

• Резервные ИБП;
• Линейно-интерактивные;
• ИБП с двойным инвертированием.

Резервные

Аварийные источники в нормальных условиях обеспечивают электропитание потребителя непосредственно от сети, а при её отключении осуществляют автоматический переход на аккумулятор. Постоянное напряжение с аккумулятора сначала поступает на преобразователь напряжения, где оно становится переменным и повышается до 220 вольт. Сетевое напряжение не стабилизируется, а чтобы блокировать сетевые импульсные помехи, в устройстве используется пассивный фильтр.

Линейно-интерактивные

Линейно-интерактивный блок резервного питания имеет одно существенное отличие. В нём для выравнивания напряжения сети используется простой стабилизатор. Он выполнен по схеме с использованием автотрансформатора, где при изменении напряжения на входе электронный коммутатор подключает соответствующие обмотки. Схема стабилизации позволяет получить на выходе напряжение лишь немного отличающееся от номинального. Преобразователь напряжения и фильтр в этом устройстве так же имеются.

Инверторные

Источник питания с использованием двойного инвертирования представляет собой конструкцию принципиально отличающуюся от двух предыдущих. В этом устройстве сетевое напряжение выпрямляется, при этом часть энергии запасается в батарее конденсаторов. Во втором инверторе происходит вторичное преобразование постоянного тока в переменный ток.

Конденсаторы выполняют двойную функцию. Если напряжение слишком велико, то в них хранятся её излишки, а в случае снижения напряжения, нехватка восполняется накопленной энергией.

Всем процессом преобразования управляет микроконтроллер с кварцевым генератором, что обеспечивает высокую точность не только напряжения, но и частоты. Каждый бесперебойник для циркуляционного насоса отопления содержит в своей конструкции зарядное устройство для подзарядки аккумуляторной батареи.

Принцип действия и конструкция ИБП

Само название показывает назначение прибора – обеспечивать бесперебойное питание от резерва при отключении основного источника. Первые бесперебойники появились после создания компьютеров и предназначались для поддержания качественного электропитания и кратковременного продолжения работ после отключения основного питания. ИБП фильтрует входящее напряжение, а при его несоответствии требуемым параметрам или исчезновении, он автоматически подаёт электропитание потребителю.

Состоит бесперебойник из следующих основных узлов:

• силовая коммутирующая система (байпас);
• зарядное устройство;
• преобразователь постоянного тока в переменный;
• управляющий орган;
• аккумулятор.

Внутренние компоненты

Коммутатор необходим для переключения источника напряжения. Рабочим элементом могут быть силовое реле (в дешёвых моделях), тиристоры, а в последнее время стали использовать IGBT транзисторы. Время срабатывания колеблется в пределах 6–10 мс. Способность переключать ток определённой мощности сказывается на мощности всего устройства. В интерактивных схемах коммутатор используется также для переключения выводов обмоток автотрансформатора.

Блок зарядного устройства преобразует входное переменное напряжение сети в выпрямленное напряжение необходимой величины для зарядки аккумулятора. От этого устройства будет зависеть, какие аккумуляторы могут быть заряжены.

Конвертация постоянного тока аккумулятора в переменное напряжение осуществляется инвертором. Именно он отвечает за качество напряжения и мощность ИБП. Аккумулятор является источником энергии для такого преобразования, и от его ёмкости будет зависеть, как долго сможет бесперебойник давать энергию потребителям.

Принципиальная схема

В качестве управляющего органом выступают электрические компоненты, кнопки, переключатели. Для визуального контроля могут использоваться жидкокристаллические экраны. По принципу работы ибп для отопления бывают:

• резервные;
• интерактивные;
• двойного преобразования.

Чтобы понять, в чём их отличие, стоит разобрать каждую схему, в дальнейшем это поможет решить вопрос, как выбрать ибп?

 Резервные

Самая простая схема, на входе используется простейший фильтр, способный задержать высоковольтные и электромагнитные импульсы, выполняется в виде конденсатора (С) или катушки и конденсатора (LC). Нагрузка подключается непосредственно к сети. При значительном ухудшении качества электроэнергии или при его исчезновении напряжение питания поступает от ИБП. Используется в простых и дешёвых моделях. Часто применяется для питания компьютеров, имеет высокий КПД около 99%.

Внешний вид компьютерного ибп

Недостатком является полное отсутствие возможности изменения амплитуды напряжения и частоты сетевого тока. Схема инвертора максимально упрощена, что приводит к искажениям формы синусоиды. Вместо синусоиды, идут, как правило, сигналы прямоугольной формы. Для компьютера они не страшны, поскольку ток сразу выпрямляется.

Для осветительных и обогревательных приборов форма сигнала не имеет значения.

Линейно-интерактивные

Эта схема больше подходит источнику бесперебойного питания для всех насосов системы отопления. Главное отличие от предыдущей схемы заключается в способности менять входное напряжение. Для этого во входной цепи устанавливается трансформатор, первичная обмотка которого имеет несколько выводов, он исполняет роль стабилизатора.

При номинальном напряжении корректировка не вносится, а если равновесие нарушается — автоматически подключаются или отключаются дополнительные витки. Такое ступенчатое переключение позволяет меньше задействовать аккумулятор, что значительно продлевает его срок работы.

Схема интерактивного ибп

Используемые инверторы выдают прямоугольное, трапецеидальное, ступенчатое или синусоидальное напряжение, всё зависит от сложности прибора. Естественно, это сказывается на стоимости.

Инверторные

Инверторная или схема двойного преобразования сильно отличается от предыдущих двух. Прямого подключения нагрузки к сети нет, а подключение происходит по следующей схеме: напряжение сети проходит сетевой фильтр, выпрямитель, после чего часть энергии, если необходимо, идёт на зарядку аккумулятора, а остальная поступает на инвертор, преобразуется в переменный ток и выходит к потребителю.

Внешний вид инверторного ибп

Полностью автоматизированная система, способная контролировать амплитуду и частоту, форма выходного сигнала максимально приближена к синусоиде. При отключении напряжения сети ИБП продолжает работать от аккумулятора, что практически никак не сказывается на выходном сигнале.

Возможные проблемы в работе бесперебойника

Во время эксплуатации оборудования могут возникнуть следующие нарушения в его работе:

• загрязнение внутренней поверхности ИБП, оседание на ней пыли (особенно во время проведения строительных работ в помещении);
• частые перегрузки в работе бесперебойника могут привести к тому, что инвертор выйдет из строя;
• окончание срока службы аккумуляторных батарей (при длительном многолетнем использовании прибора);
• на вентиляторах охлаждения может засохнуть специальная смазка, это также может спровоцировать выход устройства из строя.

При приобретении ИБП и вводе устройства в эксплуатацию также важно обратить внимание на следующие моменты:

1. Не нужно экономить на приобретении данного оборудования и выбирать устройство подешевле, аккумуляторы хорошего качества обеспечат долгую автономную работу ИБП и увеличат срок его службы.
2. Бесперебойник предназначен для подключения к наносу для системы отопления, не нужно подсоединять к нему другие приборы и устройства, поскольку его мощность не рассчитана на это.
3. Специалисты советуют приобретать модели, работающие с фазозависимым оборудованием.
4. Устанавливать ИБП лучше в подвале или полуподвальном помещении, там они не займут часть жилой площади. Однако, устройству и аккумуляторным батареям необходимо обеспечить сухое пространство, чтобы надежно защитить от влажности. Для этого оборудование можно установить в небольшом шкафу, который будет герметично и надежно закрываться.

Постоянная подача электрической энергии обеспечит полноценную и эффективную работы системы отопления. Бесперебойник для насоса будет отличным решением проблем, связанных со сбоями в подаче электроэнергии. Стоит качественное оборудование недешево, однако, эти затраты быстро окупятся, тем более установка ИБП будет менее затратной, чем ремонт или замена всей системы отопления.

Как выбрать стабилизатор напряжения для газового котла — полезные советы

Термостат для котлов отопления — принцип работы