В наше время, всё актуальнее становится применение мощных бесперебойных источников питания (UPS) для домашних хозяйств. Особенно это касается расположенных в доме электрических приборов, для которых перебои с электроэнергией критичны, например: газовые котлы, медицинская аппаратура или компьютеры. Одна из проблем с маломощными UPS заключается в больших перепадах мощности, возникающие при подключении к ним различных типов нагрузки, ведущие к срабатыванию защиты. Например, в момент включения, двигатели и лампы накаливания могут дать кратковременное превышение мощности в 5-10 раз. Таким образом, самый обычный холодильник, потребляющий 150 Вт в стационарном режиме, при включении может запросить один и более киловатт. А раз так, то компьютерный UPS на 500 Вт к нему не подойдёт.

Ещё одна проблема, с которой можно столкнуться при выборе UPS, это время его работы при отключённой внешней сети. Опять же для примера, компьютерные UPS поддерживают свою работоспособность в течении 15-30 минут, затем требуют полной подзарядки. Но время работы такого аппарата, при отсутствии сети, должно исчисляться часами. Очевидно, что здесь всё дело в ёмкости аккумуляторных батарей (АКБ), питающих такой бесперебойник.

В этой заметке мы представим достаточно мощный UPS, который хорошо держит перегрузки, и к которому можно подключать любые аккумуляторы (в диапазоне допустимых напряжений). Но самое главное, — это его модульная система, позволяющая собирать устройство последовательно, а при поломке любого модуля — просто его заменить. Все его элементы можно купить в широкоизвестных магазинах. Также, со временем, можно будет поменять любой блок на более мощный, если его предыдущие параметры окажутся недостаточными.

Здесь мы рассмотрим набор модулей для киловаттного UPS, на борту которого размещается аккумулятор на 48 В и 12 А*ч. Он будет включать в себя модуль зарядки и всю необходимую автоматику. Но наши читатели, по аналогии, смогут пересчитать это устройство на другую мощность, вольтаж и ёмкость АКБ, просто изменяя параметры того или иного модуля. Таким образом можно собрать «народный» UPS исключительно для своих собственных задач.

Принципиальная схема UPS представлена на рисунке 1. Из неё видно, что основным элементом, связующим все модули, является реле Relay1, имеющее три контактные группы. В первом своём состоянии это реле находится под током, а сетевое напряжение (вход IN), через замкнутые контакты (4-7 и 5-8), прямиком идёт на выход OUT. При этом, модуль зарядки Charge1 остаётся подключённым к сети (X1-X2) и производит подзарядку аккумуляторной батареи Battery1 через контакты X3-X6. Поскольку здесь применяется модуль зарядки, специально предназначенный для Li-ion аккумулятора, то он заряжает АКБ только до необходимого уровня, а затем автоматически отключается. Это нам и нужно. В этом состоянии, АКБ подключено к модулю инвертора Inverter1, но контакты реле 3 и 9 разомкнуты, и запрещают его работу. В этом режиме этот блок не потребляет энергию.

Когда сетевое напряжение пропадает, то реле переходит во второе состояние — без тока. В этом случае, выход OUT запитывается от выходов инвертора (X13-X14), через нормально замкнутые контакты реле 1-7 и 2-8. Сам же модуль включается через X11-X12 контактами реле 3-9 при условии, что контакты переключателя SW1 замкнуты. Этот переключатель необязателен, но может помочь экономить заряд аккумулятора при отключённой сети. С его помощью вы можете подключать инвертор только тогда, когда требуется подать аварийное питание.

Весь блок включается в разрыв между сетью и потребителем, и обеспечивает бесперебойную работу устройств, подключённых к его выходу OUT.

Реле Relay1 должно иметь три группы контактов и быть рассчитано на AC 220 вольт, как по обмотке, так и по контактным группам. Также, его контакты должны выдерживать максимальный ток не менее 10 ампер. Автор применил следующее реле: HLS-13F-3-AC220V, паспорт которого приводится в приложении [1]. Для более удобного монтажа, автор рекомендует приобрести к нему также специальную колодку (рис. 2). Она имеет возможность внешнего крепления и подписанные выводы, соответствующие схеме на рисунке 1. Наши читатели могут применить любое другое реле с подобными параметрами, например: QY13F-220AC-3ZTD.

Inverter1 — это инвертор 48 В с правильным синусом, рассчитанным на мощность 3000-4000 Вт. Нужно помнить, что в магазине указывается пиковая мощность, а стационарная, по факту, окажется в 3-5 раз меньше. На рисунке 3 показаны выводы инвертора X9-X10 для подключения к аккумулятору (рис. 4). Выводы X11-X12 — это контакты внешнего выключателя инвертора, названного на рисунке «ON/OFF SWITCH». Они получаются путём припаивания двух проводов параллельно этому выключателю, и выводятся наружу инвертора через любое воздушное отверстие. По сути, вам просто нужно продублировать выключатель инвертора — на панель всего UPS, только в разрыв его контактов включить контакты реле 3-9.

Выводы X13-X14 на рисунке представлены, как стандартная розетка «AC RECEPTACLE». Их также можно вывести путём припаивания проводов внутри инвертора, а лучше — применить вилку, подходящую к этой розетке.

С модулем аккумуляторов Battery1 дело обстоит немного сложнее, т.к. найти качественные АКБ не всегда удаётся. Например, ранее использованные АКБ могут иметь большое внутреннее сопротивление и не смогут выдать заявленный ток. А раз так, то и весь UPS не выдаст возможную максимальную мощность. Но это вопрос выбора магазина или поставщика. Автор выбрал Li-ion аккумулятор на 48В и на 12 А*ч (реально замерянный параметр). Он имеет два разъёма, обозначенных на фото 4: для подключения к модулю зарядки (X5-X6), и для подключения к инвертору (X7-X8). Последний разъём — типа XT60 fimale, к которому желательно приобрести такой же, но male. Тогда конструкция устройства будет более мобильная.

Вы можете выбрать любые другие аккумуляторы, но нужно учитывать соответствие их напряжения с инвертором. Если же в выбранных вами АКБ не окажется отдельного входа для зарядки, то выводы зарядного блока X3-X4 нужно будет подключить непосредственно к аккумуляторам (к выводам X7-X8 по схеме).

Модуль зарядки Charge1 часто продаётся в комплекте с АКБ, что для нас очень хорошо, т.к. тогда этот блок уже точно настроен для этих аккумуляторов и нам достаточно его просто подключить к ним. А вообще говоря, для Li-ion аккумуляторов нужен блок зарядки на 54.6 вольта (верхний предел заряда таких АКБ), и на несколько ампер. Пример. Более точно ток зарядки АКБ, обычно, указывает продавец. Для нас же важно, чтобы зарядный блок не превышал этот ток. Подключение этого модуля очень простое, его выводы X1-X4 представлены на фото 5.

Монтаж всей конструкции желательно производить в металлическом корпусе, из соображений пожарной безопасности. Для совсем надёжной схемотехники для UPS, можно установить автоматические предохранители на его вход и выход. Переключатель SW1 необходимо вывести наружу устройства для оперативного доступа. Вход IN сделайте в виде шнура от компьютерного блока питания, а выход OUT — в виде наружной розетки.

При правильно собранной схеме, её настройка не требуется.