What is a UPS? Structure and operating principle of UPS
Bộ lưu điện là một thiết bị cung cấp nguồn điện dự phòng ổn định, giúp máy móc thiết bị duy trì hoạt động liên tục, tránh được các sự cố về điện lưới gây hư hỏng hoặc mất dữ liệu. Bộ lưu điện được ứng dụng rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau của đời sống, phù hợp cho hộ gia đình, các trung tâm dữ liệu, bệnh viện, ngân hàng…
Vậy, bộ lưu điện là gì?
Bộ lưu điện – UPS (Uninterruptible Power Supply) là một thiết bị lưu trữ điện năng dự phòng, cấp nguồn liên tục cho các thiết bị điện trong trường hợp nguồn điện lưới xảy ra sự cố mất điện, chập chờn hay tăng giảm điện áp đột ngột… UPS sẽ đảm bảo duy trì nguồn điện trong một khoảng thời gian tương ứng với công suất thiết kế để thiết bị tiếp tục vận hành ổn định cho đến khi được tắt đúng cách, hoặc máy phát điện hoạt động. Điều này, giúp người sử dụng tránh được tình trạng hư hỏng của thiết bị và lưu trữ kịp thời những thông tin dữ liệu quan trọng.
Single Phase UPS của INVT
Hiện nay, trên thị trường có 3 dòng UPS được tích hợp những công nghệ hiện đại: UPS Offline, UPS Offline với công nghệ Line-interactive và UPS Online.
UPS Offline được rất nhiều người lựa chọn sử dụng, là bộ lưu trữ điện thông dụng nhất hiện nay. UPS Offline giúp bảo vệ thiết bị và hệ thống điện khỏi 3 sự cố: mất điện, tăng và giảm áp tức thời trong khoảng thời gian ngắn.
UPS Offline Line-Interactive tích hợp thêm bộ tự biến áp AVR, điện áp đầu vào được điều chỉnh ổn định trước khi đến thiết bị. UPS Offline Line-Interactive giải quyết 5 sự cố điện gồm: mất điện, tăng áp tức thời, giảm áp tức thời, giảm và tăng áp trong thời gian dài.
UPS Online là dòng sản phẩm UPS tiên tiến nhất, giúp xử lý hầu hết mọi sự cố về nguồn điện, được ứng dụng nhiều công nghệ tiên tiến, phù hợp cho hệ thống lớn và quan trọng như: hệ thống điều khiển, server, ATM, thiết bị y khoa…
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của UPS
Cấu tạo chung của UPS
Xét về cấu tạo chung một bộ UPS được hình thành từ 2 bộ phận chính: bộ main và ắc quy. Trong đó, bộ main chính của UPS sẽ gồm các thành phần sau:
- Bộ chỉnh lưu, chuyển mạch
- Công tắc chuyển đổi
- Công tắc bảo vệ
- Mạch biến áp (Biến áp cơ)
- Bộ biến đổi
- Bộ sạc
Nguyên lý hoạt động chung
Ắc quy sẽ lưu trữ điện để tạo thành nguồn điện dự phòng khi nguồn điện lưới gặp sự cố, giúp duy trì nguồn điện liên tục.
Nguồn điện của ắc quy trong bộ lưu điện là dòng điện một chiều. Trong khi đó, dòng điện lưới thông thường là nguồn điện xoay chiều. Bo mạch Rectifier được tích hợp trong UPS có chức năng chuyển đổi dòng điện một chiều từ ắc quy sang dòng điện xoay chiều có cùng điện áp và tần số thích hợp với dòng điện sử dụng thông thường 220V/380V và 50/60Hz. Tùy thuộc vào công suất hệ thống, nhu cầu và thời gian back-up, chúng ta có thể chọn lựa được bộ lưu trữ điện UPS phù hợp.
Nguyên lý hoạt động chung của tất cả các loại UPS sẽ tùy thuộc vào từng chế độ hoạt động.
a) UPS hoạt động ở chế độ inverter
Ở chế độ này, bộ lưu điện sẽ lấy nguồn trực tiếp từ lưới điện, thông qua bộ lọc, chỉnh lưu và được đưa vào bo mạch công suất IGBT (inverter) để nghịch lưu dòng DC thành AC xoay chiều cấp điện cho tải.
b) UPS hoạt động ở chế độ ắc quy
Khi nguồn lưới có sự cố, bộ lưu điện sẽ chuyển qua chế độ hoạt động với ắc quy. Thời gian chuyển mạch xấp xỉ bằng 0ms. Lúc này, hệ ắc quy sẽ đóng vai trò là nguồn điện cấp cho bộ lưu điện, nguồn DC từ ắc quy được chuyển đổi thành nguồn AC xoay chiều cấp cho tải thông qua bộ IGBT.
c) UPS hoạt động ở chế độ ECO (chế độ tiết kiệm năng lượng)
UPS sẽ sử dụng nguồn lưới, sạc cho ắc quy, đồng thời bật đường dẫn bypass và inverter hoạt động cùng lúc để cấp điện cho tải. Trong chế độ hoạt động ECO, bộ lưu điện cho hiệu suất cao nhất.
d) UPS hoạt động ở chế độ bypass
Khi nguồn lưới vẫn còn, bộ inverter bị quá tải hoặc có sự cố bất thường mà không hoạt động được, UPS sẽ chuyển qua chế độ này. Nguồn lưới sẽ được lấy trực tiếp để cấp cho tải, nó có thể được cấp qua bộ static bypass hoặc thao tác bằng tay. Trong hệ thống bình thường, static bypass sẽ được ưu tiên sử dụng để đảm bảo hệ thống không bị gián đoạn, thời gian chuyển mạch của nó cũng xấp xỉ bằng 0 ms.
Nguyên lý làm việc của từng loại UPS
Bộ lưu điện Offline
– Điện lưới được đấu với bộ switch ở đầu ra. Đồng thời nguồn điện dùng để nạp năng lượng cho ắc quy được đưa qua bộ Charger (bộ nạp điện vào ắc quy của UPS).
– Khi nguồn điện lưới bị cắt thì hệ thống ắc quy sẽ cung cấp nguồn điện một chiều, nhưng nguồn này không cung cấp trực tiếp cho tải. Nguồn một chiều này phải đi qua thiết bị Inverter để chuyển đổi thành dòng xoay chiều để tiếp tục cung cấp nguồn điện cho nguồn tải.
Bộ lưu điện sử dụng công nghệ Line-Interactive
Nhằm khắc phục nhược điểm của UPS Offline, loại UPS Offline công nghệ Line-interactive được tích hợp nhiều tính năng hơn trong nguyên lý hoạt động nên chúng có giá thành cao hơn so với loại UPS offline.
UPS Offline cung cấp điện cho thiết bị tiêu thụ được thông qua một biến áp tự ngẫu.
Trong trường hợp điện áp cấp vào UPS bình thường xấp xỉ thông số đầu ra 220V thì UPS sẽ hoạt động như khung hình phía trên – bên trái. Do đó không có sự can thiệp vào điện áp đầu ra – và UPS hoạt động giống như loại UPS Offline.
Trong trường hợp điện áp ngõ vào hơi thấp/cao hơn điện áp chuẩn, biến áp tự ngẫu sẽ tự động chuyển mạch sang một nấc khác giúp cho điện áp đầu ra đảm bảo được đúng thông số yêu cầu.
Trong trường hợp điện áp quá cao/thấp hơn chuẩn hoặc mất điện ngõ vào UPS Offline công nghệ Line-interactive sẽ được chuyển sang quy trình hoạt động giống như loại UPS Offline. Nghĩa là chúng ngắt nhánh đi qua biến áp tự ngẫu, rồi chuyển sang sử dụng nhánh ắc quy với inverter.
Bộ lưu điện Online
UPS Online là sản phẩm tối ưu nhất khi có thể khắc phục hoàn toàn nhược điểm của 2 dòng trên. Chính vì vậy mà loại UPS Online thường có giá thành cao nhất so với các loại trên.
– Nguồn điện ngõ vào không cung cấp trực tiếp cho tải (thiết bị) mà chúng được biến đổi thành nguồn một chiều tương ứng với điện áp ắc quy.
– Bộ Charger + Rectifier cung cấp nguồn điện từ ắc quy và điện lưới cho bộ chuyển đổi Inverter biến đổi nguồn một chiều thành xoay chiều, phù hợp với tải sử dụng.
Mỗi nhóm bộ lưu điện UPS có nguyên lý hoạt động riêng, được thiết kế với công suất phù hợp, thích hợp sử dụng cho từng loại thiết bị tải. Do vậy, tùy vào mục đích sử dụng, tùy vào quy mô, công suất mà chúng ta nên chọn cho mình sản phẩm thông minh nhất.
Hy vọng với bài viết về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của UPS, bạn sẽ lựa chọn được loại UPS phù hợp với nhu cầu và mục đích sử dụng, giúp duy trì nguồn điện liên tục cho các thiết bị và hệ thông điện hiệu quả hơn.
