Механические безбатарейные системы ИБП

Безбатарейные, или механические источники бесперебойного питания (ИБП), выполняют ту же функцию, что и обычные ИБП — защита электрооборудования и предотвращение прерывания питания в случае сбоя энергосистемы. Безбатарейные системы ИБП имеют ряд преимуществ по сравнению с обычными, одним из которых является их экологичность. Учитывая современный тренд на бережное отношение к окружающей среде, механический тип ИБП имеет отличные перспективы. 

Принцип работы безбатарейной системы ИБП

Если обычный блок бесперебойного питания работает на основе аккумуляторной батареи, то основой безбатарейного ИБП является увеличенный силовой модуль с маховиком. Маховик — это механическое устройство, которое вращается с высокой скоростью. Он преобразует кинетическую энергию вращения в постоянный ток, а затем через ИБП подает ее оборудованию, преобразуя в переменный ток. 

Маховик работает за счет инерции, возникающей при сопротивлении изменению скорости вращения. Количество кинетической энергии, которое может давать маховик, равно массе, умноженной на квадрат скорости его вращения. Увеличить или уменьшить скорость вращения можно приложением крутящего момента к оси симметрии. 

Эта технология — одна из старейших в мире, именно она лежит в основе работы первого гончарного круга и веретена, изобретенных еще в эпоху неолита. Маховики использовал Леонардо да Винчи для своих чудесных механизмов. Джеймс Ватт внес огромный вклад в промышленную революцию, использовав маховик в паровом двигателе. Конечно, современные маховики намного сложнее, хотя и используют тот же принцип накопления кинетической энергии. В механических генераторах используются роторы из стали или композитного углеродного волокна, которое легче и прочнее на растяжение. Ротор выступает как двигатель, генератор и накопитель энергии.

Использование безбатарейных систем ИБП

Механические ИБП защищают электрооборудование от переходных провалов и перенапряжений в случае отключения электроэнергии. Они также способны «очищать» напряжение низкого качества, обеспечивая на выходе стабильную чистую синусоиду. 

Один из наиболее удачных вариантов использования — выравнивание нагрузки для крупных аккумуляторных систем. Маховик параллельно соединяется с классической батареей VRLA и предотвращает ее полный разряд и перезаряд. Таким образом сокращается количество циклов заряда-разряда, а значит и продлевается срок службы аккумуляторной батареи. 

ИБП с маховиком используются для мгновенного регулирования частоты сети: краткосрочный резерв энергии вращения уравновешивает внезапные изменения между подачей тока и его потреблением. 

В ветряных турбинах механические ИБП используются для хранения лишней энергии, которая вырабатывается в часы непиковой нагрузки или при сильном ветре. 

Применение безбатарейных систем ИБП ограничивается тем, что после того, как его кинетическая энергия израсходована, требуется некоторое время, чтобы вернуться к инерции. Критические нагрузки они способны выдерживать только в течение 10–30 секунд за один раз. Другой недостаток — необходимость в регулярном техническом обслуживании, особенно если речь идет о маховиках на подшипниках (магнитные нуждаются в этом значительно меньше). 

Примеры использования механических систем ИБП: 

• Правительственные учреждения, например, Министерство обороны США. 
• Объекты критически важной структуры. 
• Промышленные объекты со специфическими суровыми условиями работы, например, добыча нефти и газа. 
• Альтернативная (зеленая) возобновляемая энергетика. 

Преимущества механических безбатарейных систем ИБП

• Маховики, в отличие от аккумуляторных батарей, имеют практически неограниченный срок службы. Их можно разряжать полностью и перезаряжать сколько угодно, это не влияет на рабочие характеристики. 
• Габариты бесперебойных систем ИБП сравнимы с аккумуляторными литий-ионными системами аналогичной мощности, они меньше, чем традиционные свинцово-кислотные батареи. 
• Маховики значительно менее чувствительны к высоким температурам и потому нуждаются в охлаждении меньше, чем обычные системы ИБП. Верхняя граница их рабочего диапазона составляет 40–50 ⁰С. Кроме того, они в отличие от батарей, они не способны достичь теплового разгона. 
• Легко убедиться в том, что маховик работает: если он вращается, он производит энергию. Нет необходимости в проверке. 
• Нет необходимости замены батарей. 
• Отсутствие батареи устраняет необходимость их последующей утилизации и тем самым минимизирует вред, наносимый окружающей среде.