SCP Cube - Емкостной ИБП и Система мониторинга электропитания в сети в одной коробке

Традиционные источники бесперебойного питания имеют большие и тяжелые аккумуляторы. Инновационный продукт SPC Cube Series от Arbor Technologies представляемой на российском рынке компанией ID Solution работает на основе емкостных конденсаторов. Ниже мы рассмотрим, как можно применить наш ИБП на основе емкостных конденсаторов для встраиваемых решений.

Надежность системы питания в современной промышленности

Стабильное напряжение на сегодняшний день очень важно в современных промышленных условиях. Высокоавтоматизированные, управляемые датчиками и облачные установки Industry 4.0, в частности, полагаются на стабильный ток на протяжении всего цикла работы. Перебои в питании и неровности недопустимы, так как они могут привести к простоям на производстве, потере данных, повреждению оборудования и другим негативным последствиям. Это ставит обязательным наличие надежного и автономного источника бесперебойного питания.

Обычно бесперебойность обеспечивается системами резервного питания от аккумулятора. Они могут поддерживать электропитание на перебоях ограниченной продолжительности или, по крайней мере, обеспечить достаточное резервное питание при стандартных отключениях.

Системы резервного питания от батареи, однако, имеют ряд недостатков. Они громоздкие и тяжелые и со временем теряют свою емкость. Чувствительны к колебаниям температуры, нуждаются в периодическом обслуживании и требуют сложных систем диагностики.

Кроме того, имеются и более опасные недостатки: неисправные литиевые батареи могут загореться и нанести всевозможные повреждения (мы недавно наблюдали, как батарея портативного компьютера перегрелась во время зарядки, разбила дисплей, увеличившись в три раза). В случаях таких серьезных сбоев возможны не только простои, но и потеря оборудования, травмы персонала и многое другое. Именно здесь технология суперконденсаторов, компенсирующая эти недостатки и приходит на помощь.

Суперконденсаторы

А конденсаторы - это принципиально другой вид батареи. В то время как стандартные батареи накапливают энергию посредством химических процессов, конденсаторы накапливают энергию в виде электрического поля. Большинство конденсаторов являются небольшими и используются в электронных схемах различных целей, таких как фильтрация колебаний или преобразование мощности. Суперконденсаторы имеют гораздо большую емкость и могут использоваться для накопления энергии. Это делает их отличной заменой батарей.

Таблицы сравнения характеристик Li-On батарей и Емкостных конденсаторов:

Проектирование и сборка ARBOR SCP CUBE

Это бокс размерами 16 х 10,4 х 19 сантиметра со скошенными углами. Корпус из стали, электронная часть - белого цвета, а конденсаторная - черного. Прозрачный акрил позволяет увидеть двенадцать больших суперконденсаторов.

Поскольку многие Arbor SCP Cube, будут развернуты в промышленных условиях, то для них предусмотрен стальной корпус промышленного класса защиты. SCP Cube может работать в широком диапазоне рабочих температур от -20 до 70C, устойчив к вибрации, а корпус, при помощи DIN-рейки, может быть установлен практически везде. Он также имеет USB и последовательный порт RS232 и может обеспечивать от 12 до 28 Вольт, при этом, в режиме работы иметь температуру около 30 градусов цельсия.

Демонстрационная утилита SCP Cube

Тестовая система с демонстрационной утилитой Arbor SCP Cube. Она позволяет настраивать куб SCP, через USB-кабель типа male-male. Три снимка экрана ниже показывают:

• Слева - домашний экран утилиты с выбором COM-порта, версией программного обеспечения, состоянием зарядки и графическим отображением заряда (который, как ни странно, использует батарею, а не конденсатор);
• Посередине экрана «Настройки», который позволяет выбрать целевое состояние питания: либо спящий режим S4, либо мягкое выключение S5 (полное выключение и цикл загрузки при возвращении питания). Здесь также возможна установка времени между отключением питания и началом выключения (от 30 до 240 секунд) или оставаться включенным до тех пор, пока резервное питание не будет исчерпано, и только после этого отключаться.
• Справа видно обратный отсчет при сбое питания. В данном случае утилита была установлена на 240 секунд.

Расчет емкости и времени работы конденсатора

Давайте посмотрим на некоторые основы конденсатора. Как указано выше, конденсатор является электронным компонентом, который может хранить электрический заряд так же, как аккумулятор. Разница в том, что обычная батарея использует химическую реакцию, чтобы медленно и непрерывно генерировать свой собственный заряд до тех пор, пока батарея не разрядится или, если она перезаряжаемая, не зарядится. Конденсатор, с другой стороны, заряжается, а затем разряжается. Потенциал накопления конденсатора измеряется в фарадах. Конденсатор на 1 Фарад может хранить 1 кулон (мера количества электронов) при 1 вольт, что соответствует 1 ампер-секунде.

Чтобы понять, что представляет собой 1 ампер-секунда, следует понимать, что хорошая батарея АА может генерировать 4,2 Вт / час (1,5 В x 2800 мАч). Так какой тип конденсатора потребуется для хранения того же количества энергии, что и батарея типа АА? Это было бы 3600 ампер-секунд x 2,8 ампер x 1,5 вольт = 15 120 фарад

Интеграция с LoRa

ARBOR SCP Cube - серия LoRa взаимодействует с облаком, передавая информацию о состоянии и питании подключенной системы, а также данные об окружающей среде, которые хранятся и анализироваться, предоставляя конечным пользователям функции удаленного мониторинга и управления.

LoRa - это спецификация беспроводной передачи данных для использования в приложениях LPWAN (Low Power Wide Area Network). LPWAN является недорогим, потребляет мало энергии, имеет хороший радиус действия и достаточно быстр для связи с датчиками IoT. Поэтому он идеально подходит для частных беспроводных сенсорных сетей, которым даже не нужен Интернет.

Заключение

В серии SCP Cube на основе суперконденсаторов технология ARBOR предлагает очень интересную альтернативу обычным системам бесперебойного питания на батарейках. Хотя SCP Cube не предназначен для УНИВЕРСАЛЬНОЙ замены резервных батарей, технология суперконденсаторов предлагает ряд явных преимуществ по сравнению с химическими батареями, что делает его убедительным предложением в многочисленных промышленных и HMI системах.

ЗАКАЗАТЬ SPC Cube

Дополнительно вы можете скачать полную спецификацию:

Оригинальная спецификация