طريقة استخدام الحاسبة
- يُدخَل الحمل بالواط أو بالفولت أمبير ومعامل قدرة الحمل، ثم هامش التصميم (25 % ممارسة شائعة وليست قيمة تفرضها مواصفة).
- يُوصَف بنك البطاريات: جهد البطارية الواحدة وسعتها بالأمبير ساعة، وعدد البطاريات على التوالي في كل سلسلة، وعدد السلاسل على التوازي. ولإدخال البنك مباشرة يُكتب جهده وسعته مع 1 و1.
- يُدخَل عمق التفريغ المسموح وكفاءة العاكس من بيانات جهاز UPS.
- يُدخَل زمن الاحتياط المطلوب، فتبيّن النتيجة هل يكفيه البنك وكم أمبير ساعة يلزم له.
- لبطاريات الرصاص الحمضية يُفعَّل تصحيح بويكرت ويُدخَل الأس ومعدل الساعات من بيانات البطارية.
طريقة الحساب: المعادلة
لجهاز UPS قدرة مقننة بالفولت أمبير وأخرى بالواط، ويجب أن يبقى الحمل ضمن الاثنتين معًا، لذلك يُحوَّل الحمل إلى الصيغتين ويُزاد بالهامش. أما زمن التشغيل فهو موازنة طاقة: الطاقة القابلة للاستخدام في البطاريات (Ah × V × DoD) تمر عبر العاكس بكفاءة η ويستهلكها الحمل بمعدل P واط. وتيار البطارية عند قضبان التيار المستمر هو قدرة الحمل مقسومة على جهد البنك وكفاءة العاكس. وبحل العلاقة نفسها بالنسبة إلى C نحصل على السعة اللازمة لزمن مطلوب.
الرموز والوحدات
| الرمز | المعنى | الوحدة |
|---|---|---|
| P | القدرة الفعلية للحمل | W |
| S | القدرة الظاهرية للحمل | VA |
| PF | معامل قدرة الحمل | — |
| m | هامش التصميم | % |
| V, C | جهد البنك وسعته | V, Ah |
| DoD | عمق التفريغ المسموح | — |
| η | كفاءة العاكس | — |
| t | زمن التشغيل الاحتياطي | h |
مثال محلول
حمل قدرته 1200 W ومعامل قدرته 0.8، بهامش 25 %، وأربع بطاريات 12 V 100 Ah على التوالي، وعمق تفريغ 0.8، وكفاءة عاكس 0.9:
ولزمن احتياطي قدره أربع ساعات يحتاج البنك إلى 1200 × 4 / 34.56 = 138.9 Ah، أي سلسلتين متوازيتين من بطاريات 100 Ah.
الافتراضات
- حمل بقدرة ثابتة طوال مدة التفريغ.
- يؤخذ جهد البطاريات مساويًا للجهد الاسمي للبنك.
- كفاءة العاكس ثابتة على مدى الحمل.
- جميع البطاريات متماثلة وسليمة ومشحونة بالكامل عند بدء انقطاع التيار.
- هامش التصميم ممارسة شائعة لاستيعاب نمو الأحمال وتقادم البطاريات، وليس شرطًا في مواصفة.
حدود الاستخدام
- منحنى زمن التشغيل الذي تصدره الشركة المصنّعة لجهاز UPS مع طراز البطارية الفعلي مقدَّم على هذا التقدير، لأنه يتضمن سلوك البطارية عند معدلات التفريغ العالية وجهد القطع في الجهاز.
- تنخفض سعة بطاريات الرصاص الحمضية عند معدلات التفريغ العالية، وهي الحالة المعتادة في أجهزة UPS، فتبالغ المعادلة البسيطة في تقدير الأزمنة القصيرة ما لم يُستخدم تصحيح بويكرت أو جدول التفريغ بقدرة ثابتة من الشركة المصنّعة للبطارية.
- تنخفض سعة البطارية مع التقادم وفي درجات الحرارة المنخفضة، ويضيف كثير من المصممين معامل تقادم (مثل 1.25 في IEEE 485 لبطاريات الرصاص الحمضية).
- الأحمال ذات تيار التدفق أو الاندفاع العالي (طابعات الليزر والسخانات والمحركات والضواغط) تحتاج إلى التحقق من قدرة الجهاز على تحمّل الحمل الزائد، ولا ينصح كثير من المصنّعين بتوصيلها.
- القدرات القياسية المعروضة إرشادية فقط، فالشركات المصنّعة تعتمد تدرجات مختلفة.
المراجع
معايير ومراجع تتناول هذا الموضوع؛ اعتمد الإصدار المعمول به في بلدك.
- IEC 62040-3، أنظمة التغذية غير المنقطعة (UPS) — طريقة تحديد متطلبات الأداء والاختبار (القدرة المقننة بالفولت أمبير وبالواط، وزمن الطاقة المخزنة).
- IEC 62040-1، أنظمة التغذية غير المنقطعة (UPS) — متطلبات السلامة.
- IEEE 485، الممارسة الموصى بها لتحجيم بطاريات الرصاص الحمضية في التطبيقات الثابتة (معاملا التقادم ودرجة الحرارة).
- W. Peukert (1897)، وD. Linden وT. B. Reddy في Linden's Handbook of Batteries، لعلاقة بويكرت بين تيار التفريغ والسعة.
أسئلة شائعة
ما الفرق بين قدرة UPS بالفولت أمبير وقدرته بالواط؟
القدرة بالفولت أمبير هي القدرة الظاهرية التي يستطيع الجهاز تقديمها، والقدرة بالواط هي القدرة الفعلية، والنسبة بينهما هي معامل قدرة الخرج للجهاز، وتختلف من طراز إلى آخر. ويجب أن يبقى الحمل ضمن القيمتين معًا؛ فجهاز قدرته 2000 VA وقدرته بالواط أقل من ذلك لا يستطيع تغذية حمل قدره 2000 W حتى لو كان معامل قدرة الحمل 1.
لماذا يُضاف هامش للتصميم؟
تميل الأحمال إلى الزيادة مع الوقت، وتفقد البطاريات جزءًا من سعتها بالتقادم، والجهاز الذي يعمل قرب قدرته المقننة لا يبقى لديه متسع لتيارات التشغيل العابرة. وهامش يقارب 25 % ممارسة شائعة لا تحددها مواصفة، فإن كانت لديك سياسة تصميم خاصة فاعتمدها.
لماذا يختلف منحنى الشركة المصنّعة عن النتيجة؟
أزمنة التشغيل في أجهزة UPS قصيرة، فتتفرغ البطاريات بمعدل عالٍ تعطي عنده بطاريات الرصاص الحمضية أقل من سعتها المقننة. كما يفصل الجهاز عند جهد نهائي محدد وتتغيّر كفاءته مع الحمل. ومنحنى الشركة المصنّعة مقاس بالبطاريات والجهاز الفعليين، فهو المرجع المقدَّم.
هل تصلح الحاسبة لعاكس منزلي مع بطاريات؟
نعم، فالعلاقة نفسها تنطبق على العاكس المستقل: يُدخَل الحمل وكفاءة العاكس وبنك البطاريات. ولبطاريات الرصاص الحمضية التي تُستخدم يوميًا يطيل عمق تفريغ أقل، مثل 0.5، عمرَ البطاريات.
كيف أعرف التيار الذي يجب أن تحمله كابلات البطارية؟
تعرض النتيجة تيار البطارية عند قضبان التيار المستمر I = P / (V × η). وينبغي أن يُحجَّم الكابل والمصهر على التيار عند أقصى حمل وأدنى جهد للبطارية قبل القطع، وهو أعلى من هذه القيمة الاسمية.