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Backup Power with a 48V DC Generator

Poder de backup com um gerador de 48V DC

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Artigo de Könner & Söhnen® Equipamento de energia 9 de agosto de 2023

Backup Power Solutions com DC gerador KS 48V-DC

A sociedade moderna se move em direção à flexibilidade e energia renovável.

As soluções da Power Island e os sistemas de fonte de alimentação com baterias se tornaram uma tendência e estão se tornando cada vez mais comuns. Atualmente, estamos experimentando mudanças rápidas na fabricação de baterias e acumuladores, que estão cada vez mais afetando nossa vida cotidiana.

Os dispositivos de armazenamento de eletricidade estão cada vez mais se tornando parte de diferentes sistemas de fonte de alimentação. Sistemas solares, turbinas eólicas, carros elétricos, eletrodomésticos com baterias recarregáveis, sistemas de computador com UPSs, telecomunicações, sistemas de vigilância etc. estão equipados com baterias de longa vida.

As baterias são carregadas de uma fonte de energia CA ou CC. No entanto, a tensão CA deve primeiro ser corrigida, o que é um problema técnico em si em níveis mais altos de potência.

A maioria dos carregadores AC/CC e também módulos de carregamento nos inversores têm um consumo de energia pulsado e a maioria deles carrega o dispositivo de armazenamento de bateria de maneira pulsada:

Consumo atual (verde) do carregador

Corrente de carregamento (verde) da bateria

A tensão da rede elétrica é mostrada em amarelo. No caso de carregadores ou módulos de carregamento sem correção do fator de potência, apenas os máximos da onda senoidal são consumidos.

O consumo de corrente de pulso possui um fator de potência de 0,5-0,6, que causa alta potência reativa. Ao operar a partir da rede pública de energia, há menos problemas porque vários consumidores de energia correm em paralelo e se equilibram.

Ao usar um gerador CA, no entanto, surgem vários problemas técnicos, o que significa que você não pode usar mais da metade do poder nominal do gerador e as medidas devem ser tomadas para estabilizar o circuito contra os harmônicos causados ​​pelo consumo de corrente do tipo pulso.

Na prática, muitas vezes leva a uma operação instável do carregador e até danos ao gerador, como enrolamentos superaquecidos, regulador de tensão quebrado ou módulo inversor.

Um gerador convencional não deve ser usado como fonte de energia de backup para um UPS ou um inversor, pois o módulo de carregamento pode distorcer sua tensão, que por sua vez afeta os consumidores de eletricidade a serem fornecidos. Os geradores com tecnologia de inversor são mais adequados para isso, mas você deve considerar as limitações no desempenho.

Geradores DC Como fonte de energia para armazenamento de bateria, resolva o problema de uma maneira diferente e tenha muitas vantagens nesse sentido.

O KS 48V-DC é conectado diretamente à bateria ou barramento de 48V e desempenha a mesma função que outras fontes de corrente direta, como um campo solar ou turbina eólica com um controlador de carga.

Carregar a bateria através do controlador de carga solar é complicado, dependendo do consumo de energia do inversor:

Na imagem à esquerda, nenhuma energia está sendo desenhada do inversor para alimentar a casa e na imagem à direita, a energia está sendo desenhada em pulsos para criar uma onda senoidal.

O gerador CC possui vários enrolamentos e controle eletrônico, o que torna a corrente de saída muito mais suave. É assim que a corrente de carregamento (em verde) de uma bateria de vida (um caso extremo) na corrente 40A e 70A (valor RMS) se parece:

A ondulação da tensão de saída do gerador CC é muito baixa, o que ainda pode causar a ondulação de corrente de carregamento em uma bateria de vida. À medida que a corrente de carregamento aumenta, a diferença entre a própria tensão da bateria e a tensão do gerador aumenta, o que pode levar a uma redução na ondulação da corrente de carregamento.

Um gerador de CC para carregar as baterias é uma boa solução de todos os pontos de vista e, em alguns casos, não há alternativa melhor, se houver,.

Por exemplo, com inversores na grade com função de energia de backup e com um armazenamento de bateria DC, não há como usar um gerador CA em vez da rede de energia pública, pois esse gerador pode ser danificado pelo feedback de energia. O armazenamento direto da bateria de corrente direta só pode ser recarregado de uma fonte de corrente direta.

A Könner & Söhnen está sempre trabalhando para oferecer boas soluções aos nossos clientes. Uma fonte de alimentação confiável é extremamente importante e os geradores da DC da Könner & Söhnen devem desempenhar um papel importante nisso.

O gerador de corrente direta KS 48V-DC foi desenvolvido especialmente para armazenamento de bateria de 48V cuja faixa de tensão de trabalho se sobrepõe à faixa de 48-54V.

Aqui estão os parâmetros das baterias mais comuns em comparação:

Estado de acusação
SOC, %

Tensão
 LifePo₄
(16x3.2 V)

Tensão
 LifePo₄
(15x3.2 V)

Tensão
Liion
(14x3.7v)

Tensão
Liion
(13x3.7V)

Tensão
AGM
(4x12v)

Tensão
Blei-säure
(4x12v)

100

54.4

51.0

58.0

53.9

52.0

50.4

90

53.2

49.9

56.7

53.1

51.0

50.0

80

53.0

49.7

55.4

51.9

50.0

49.7

70

52.8

49.5

54.1

50.7

49.2

49.3

60

52.6

49.3

52.8

49.5

48.6

48.8

50

52.5

49.2

51.5

48.3

48.2

48.2

40

52.3

49.1

50.2

47.1

47.8

47.6

30

52.0

48.8

48.9

45.8

47.2

47.0

20

51.6

48.4

47.6

44.6

46.6

46.3

10

48.0

45.0

46.3

43.4

46.0

45.2

 

É imperativo prestar atenção a parâmetros como tensão máxima de carregamento, capacidade de corrente e utilizável recomendada:

Cobrar
parâmetros,
máx

 LifePo₄
16 células
(16x3.2 V)

 LifePo₄
15 células
(15x3.2 V)

Liion
14 células
(14x3.7v)

Liion
13 células
(13x3.7V)

AGM
4 baterias
(4x12v)

Blei-säure
4 baterias
(4x12v)

Tensão,
V

57.6

54.0

58.0

53.9

58.0

57.2

Atual,
C

1.0

1.0

0.5

0.5

0.2

0.2

Utilizável
capacidade, %

90-100

90-100

90-100

90-100

50-80

50

A tensão de saída máxima do KS 48V-DC é selecionada de tal maneira que não ocorra sobrecarga, mesmo com Baterias AGM e Cíder-Aces. Isso está na área de cobrança de gotejamento e não pode danificar as baterias, mesmo que o gerador funcione por várias horas.

Se a tensão na barra de barramento de 48V for subir para 57V (por exemplo, devido a outras fontes de energia CC), o gerador para imediatamente, independentemente do modo.

As baterias de lítio estão equipadas com controladores BMS, que também impedem a sobrecarga.

A faixa de tensão de 48-54V se encaixa na maioria das barras de ônibus de 48V. A queda de tensão nos cabos do gerador para as barras de barramento de 48V também deve ser levada em consideração, o que pode ser de 0,5-1,0V, dependendo da força atual.

O KS 48V-DC funciona como um carregador ou um módulo de carregamento com uma característica da UI:

Ele desempenha a mesma função que qualquer outra fonte CC conectada ao barramento de 48V, fornecendo energia ao sistema quando necessário.

Diferentes algoritmos de função podem ser implementados usando o modo de controle automático ou externo existente. Ao escolher entre o modo de controle automático e externo, os recursos especiais do sistema a serem fornecidos devem ser levados em consideração. Quando o gerador está em execução e é a única fonte de energia CC no barramento de 48V, ele assume praticamente toda a fonte de alimentação, pois sua tensão de saída permanece ligeiramente acima da tensão da bateria.

Se o requisito médio de energia for superior a 50% do poder nominal do gerador (por exemplo, sistemas de telecomunicações), recomendamos o uso de vários KS 48V-DC para aumentar a energia:

A potência total nominal dos geradores DC conectada em paralelo deve ser pelo menos duas vezes maior, pois o consumo médio de energia dos consumidores de energia conectada, para que a operação ininterrupta possa ser garantida a longo prazo. Por exemplo, metade dos geradores de DC pode correr enquanto a outra metade pode ser resfriada, reparada ou reabastecida.

No modo automático, esse sistema também seria auto-regulador. Mesmo um pequeno desvio na tensão inicial do gerador significa que o 1º gerador inicia primeiro e os outros aparecem quando a tensão da bateria continuará caindo se a saída do 1º gerador sozinha não for suficiente. Se a corrente de saída de um dos geradores ativos cair abaixo de 20A, ela será desligada em 30 segundos, enquanto os outros geradores continuarão sendo executados.

Se outras fontes de corrente direta se tornarem ativas no barramento de 48V (módulo de carregador do inversor ou da UPS, conversor AC/DC, controlador de carga dos módulos fotovoltaicos ou da turbina eólica, etc.) e assumirá a fonte de alimentação em parte ou na plena, a corrente do KS 48V-DC e quando está no modo AUTO, o modo Autocor Se vários KS 48V-DC forem executados em paralelo, eles serão desligados um após o outro e somente os continuarem a funcionar onde o consumo atual excede 20a.

Isso economiza combustível porque o motor não é executado em cargas baixas, mas na faixa de velocidade econômica.

No modo de controle externo, o KS 48V-DC está ligado e desligado apenas por contatos externos sem potencial "seco", exceto para proteção de sobretensão, que desliga o gerador a 57V.

OPERAÇÃO  No modo automático

O gerador no modo automático monitora a tensão da bateria a ser fornecida e inicia automaticamente quando o valor mais baixo de 47.5-48V é atingido. Tempo de reação cerca de 5 segundos.

O gerador carrega a bateria com uma tensão de até 53,5-54V e uma corrente de até 70-75a e desligará assim que a tensão atingir 53,5-54V e a corrente de carregamento cai abaixo de 20a. Tempo de reação cerca de 30 segundos.

O gerador pode ser iniciado pressionando o botão Iniciar a qualquer momento, independentemente da tensão da bateria, mas será interrompido dentro de 30 segundos após o draw atual chegar abaixo de 20A.

A lâmpada de sinal verde (exibição operacional) acende continuamente quando o desenho atual excede 20a e pisca quando o sorteio atual cair abaixo de 20A.

Se o consumo de energia no respectivo caso tiver tecnicamente nunca cair abaixo de 20A (barramento de 48V), o modo de controle externo deve ser usado para que o gerador não funcione continuamente.

Operação no modo de controle externo

O gerador no modo de controle externo será iniciado fechando os contatos do terminal de controle e parado abrindo -os. Esse modo permite que o gerador seja adaptado de maneira ideal a diferentes sistemas de armazenamento de bateria por controle externo de dispositivos com contatos "secos" sem potencial, que expandem significativamente a gama de aplicação do gerador. Com o jumper entre os contatos do terminal de controle, o gerador inicia imediatamente assim que o interruptor rotativo for girado para a posição ON e para quando estiver na posição desligada. Esse uso é recomendado para poder iniciar e interromper o gerador manualmente, independentemente da tensão da bateria.

Muitos dispositivos estão equipados com contatos “secos” sem potencial (inversores, UPSs, baterias com controladores BMS, monitores de bateria, relés de tempo etc.) e isso permite implementar todos os algoritmos possíveis do uso do gerador.

Proteção de sobretensão e sobrecarga

Se a tensão no barramento de 48V ou a bateria a ser fornecida deve subir para 57V e mais alto por qualquer motivo, o gerador desligará imediatamente.

A tensão de saída do gerador é reduzida quando a corrente máxima é excedida e pode ser menor que 48V, mas se ficar muito baixa, é reconhecida como um curto -circuito e o gerador será desligado imediatamente.

É normal que o vermelho levou a acender enquanto carregava na corrente máxima. Isso significa apenas que a corrente máxima de saída do gerador foi atingida.

Proteção em caso de baixo combustível ou óleo do motor

Se o combustível for usado, o motor parar.

Se o nível do óleo estiver muito baixo (o LED amarelo acende), o motor para imediatamente.

Se as condições de partida forem atendidas (a tensão da bateria estiver abaixo de 47.5-48V no modo automático ou contatos de controle externo serão curtos-circuitados no modo de controle externo), o mecanismo tenta iniciar 5 vezes e, se não funcionar, uma mensagem de erro será exibida (o LED vermelho pisca).

Serviço fácil 

O gerador não possui sua própria bateria e é iniciada pela bateria a ser fornecida. A bateria a ser fornecida geralmente tem capacidade para vários kWh e, mesmo com uma carga baixa, ainda há energia mais do que suficiente para iniciar o gerador, mesmo após várias tentativas de iniciá -la. Isso elimina a necessidade de manutenção regular da bateria do gerador, como é habitual com geradores CA, por exemplo, e aumenta a confiabilidade da fonte de alimentação de emergência quando o gerador raramente é usado.

Com o gerador, no entanto, deve -se tomar cuidado para garantir que a vida útil do combustível não seja excedida. Recomendamos apenas o uso de gasolina duradoura com um número de octanas de 90 a 95 como combustível, prestando atenção aos possíveis depósitos no carburador e drenando-os em tempo útil, dependendo da vida útil da gasolina.

Também é importante prestar atenção à vida útil do óleo do motor. Isso deve ser alterado a cada 12 a 18 meses, de acordo com as especificações do fabricante ou a cada 50 horas de operação.

O filtro de ar deve ser substituído dependendo de quão sujo está.

Nota importante: 

O gerador de corrente direta KS 48V-DC só pode ser operado com baterias de 48V, listadas na tabela acima. É imperativo prestar atenção aos parâmetros de todo o sistema de fonte de alimentação. Em sistemas em que o barramento de 48V é fornecido exclusivamente pelo inversor, deve -se garantir que outras fontes de energia DC possam ser conectadas ao barramento de 48V e que não haja falhas no controlador (especialmente com o gerenciamento de energia com base nos fluxos de energia) da planta causada.

ISENÇÃO DE RESPONSABILIDADE:

Essas instruções só podem ser tomadas como recomendação, são ilustrativas e devem ser adaptadas às circunstâncias e condições locais exatas durante a instalação. A própria instalação deve ser realizada em conformidade com todos os padrões e regulamentos. Não se responsabilizamos pelas instalações erradas e suas consequências.

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