Przy prawidłowym zasilaniu z sieci 230 VAC urządzenie dostarcza energię do odbiorników, a jednocześnie ładuje akumulator i utrzymuje go w stanie gotowości. Po zaniku sieci energia jest pobierana z akumulatora, natomiast układ sterujący nadzoruje jego rozładowanie, zabezpiecza go przed pracą poza dopuszczalnym zakresem i sygnalizuje stany alarmowe. Zasilacz buforowy pełni dzięki temu funkcję źródła zasilania gwarantowanego DC.
Napięcie wyjściowe w różnych trybach pracy
Zasilacze buforowe są dostępne między innymi w wykonaniach 12, 24 i 48 VDC, a wybór napięcia zależy od zastosowanych odbiorników, wymaganej mocy i przeznaczenia instalacji. Przy doborze trzeba również uwzględnić, że wartość napięcia wyjściowego może zależeć od tego, czy zasilacz pracuje z sieci, w jakiej fazie znajduje się ładowanie akumulatora oraz czy energia jest aktualnie pobierana z baterii.
Dobrze obrazuje to układ 24 VDC, w którym napięcie wyjściowe jest bezpośrednio związane z napięciem akumulatora. Może ono zmieniać się od około 28,8 V podczas ładowania do około 21 V przy końcu pracy bateryjnej. Jest to naturalna cecha takiego rozwiązania, dlatego projektant powinien sprawdzić, czy wszystkie odbiorniki mogą poprawnie pracować w całym przewidywanym zakresie.
Jeżeli część urządzeń wymaga napięcia stabilizowanego, zasilacz może zostać wyposażony w dodatkową przetwornicę DC/DC. Przykładem jest ZEM100 Merawex, który zależnie od wykonania utrzymuje na wybranym wyjściu napięcie nie niższe niż 24 V również podczas rozładowania akumulatora, a także może udostępniać dodatkowe wyjścia o napięciach dostosowanych do innych odbiorników. Pozwala to zasilać z jednego systemu urządzenia o różnych wymaganiach napięciowych.
Jaki zasilacz zastosować do wybranego akumulatora?
Rodzaj i pojemność akumulatora wynikają najczęściej z wymaganego czasu podtrzymania oraz przewidywanego obciążenia. Zasilacz musi mieć wystarczającą moc, aby równocześnie zasilać odbiorniki i ładować baterię, przy czym w bilansie należy uwzględnić maksymalny prąd obciążenia, krótkotrwałe prądy rozruchowe oraz prąd przeznaczony na ładowanie. Od wartości tego ostatniego zależy czas potrzebny do ponownego naładowania akumulatora po pracy bateryjnej.
Procesem ładowania zarządza sterownik mikroprocesorowy, który kontroluje napięcie i prąd oraz realizuje zaprogramowane tryby pracy, w tym pracę buforową i ładowanie przyspieszone. W zasilaczach Merawex serii ZM można ustawić napięcie ładowania oraz ograniczyć jego prąd odpowiednio do pojemności zastosowanego akumulatora. Umożliwia to współpracę zarówno z mniejszą baterią, dla której prąd ładowania powinien być ograniczony, jak i z akumulatorem o większej pojemności, wymagającym zapewnienia odpowiednio większego prądu.
Na parametry ładowania wpływa również temperatura akumulatora. Sonda umieszczona w jego pobliżu przekazuje wartość temperatury do sterownika, który koryguje napięcie zgodnie z ustalonym współczynnikiem kompensacji. Ogranicza to ryzyko przeładowania w wysokiej temperaturze oraz niedoładowania w temperaturze niskiej, pomagając zachować trwałość przewidzianą przez producenta baterii.
Możliwość ustawienia napięcia, ograniczenia prądu i odpowiedniego algorytmu ładowania pozwala przygotować wykonania współpracujące z akumulatorami kwasowo-ołowiowymi VRLA AGM, LiFePO₄ oraz innymi typami akumulatorów litowych. W przypadku pakietów litowych sposób pracy zasilacza musi być dodatkowo skoordynowany z układem BMS odpowiadającym za ochronę poszczególnych ogniw.
Nadzór nad akumulatorem podczas eksploatacji
Po przejściu na pracę bateryjną zasilacz wykorzystuje energię akumulatora, a jednocześnie nadzoruje jego napięcie, sygnalizuje zbliżające się rozładowanie i odłącza baterię po osiągnięciu ustalonego progu. Chroni ją w ten sposób przed głębokim rozładowaniem, natomiast w wybranych rozwiązaniach może również wcześniej odłączyć odbiorniki o niższym priorytecie, pozostawiając dostępną energię dla urządzeń wymagających dłuższego podtrzymania.
Sam pomiar napięcia nie daje jednak pełnej informacji o stanie akumulatora, ponieważ może on osiągać prawidłową wartość napięcia spoczynkowego, a mimo to nie zapewnić wymaganego czasu pracy. Zasilacz może zatem cyklicznie sprawdzać zachowanie baterii pod obciążeniem oraz mierzyć rezystancję jej obwodu, wykrywając nie tylko pogarszający się stan akumulatora, lecz także problemy z przewodami, zaciskami lub bezpiecznikiem. Pomiar ten wspiera diagnostykę, ale nie zastępuje badania pojemności przez kontrolowane rozładowanie.
Stany pracy mogą być sygnalizowane lokalnie za pomocą diod LED, przekazywane przez styki przekaźnikowe albo przesyłane przez interfejs RS- 485. System nadrzędny otrzymuje dzięki temu informację o zaniku sieci, pracy bateryjnej, przeciążeniu lub uszkodzeniu obwodu akumulatora, zanim problem ujawni się podczas kolejnego zaniku zasilania.
Rozwiązanie dobrane do konkretnej aplikacji
Zasilacz buforowy może mieć postać modułu przeznaczonego do zabudowy w projektowanym urządzeniu albo kompletnej stacji zawierającej akumulatory, zabezpieczenia, sygnalizację i odpowiednią obudowę. Wybór rozwiązania powinien wynikać z charakteru obciążenia, wymaganego czasu podtrzymania, technologii baterii, warunków środowiskowych oraz oczekiwanego sposobu komunikacji.
Przed wyborem urządzenia należy więc określić napięcie i maksymalny prąd odbiorników, dopuszczalny zakres ich pracy, wymagany czas podtrzymania, technologię i pojemność akumulatora oraz potrzebne funkcje diagnostyczne. Merawex projektuje zarówno modułowe zasilacze buforowe, jak i kompletne systemy zasilania gwarantowanego DC, dzięki czemu rozwiązanie może zostać przygotowane dla konkretnego urządzenia, obciążenia i rzeczywistych warunków eksploatacji.
MERAWEX sp. z o.o.
tel. 32 23 99 400
www.merawex.com.pl
