NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG CỦA UPS – Bộ lưu điện UPS ELIT

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

Trước hết xin giải thích thêm một chút về năng lượng tích tụ trong UPS như thế nào? Rất nhiều người đã biết rằng bên trong UPS sẽ có các ắc quy để tích điện, có lẽ chỉ cần biết đến thế là biết được nguyên lý làm việc của chúng một cách sơ đẳng nhất: Chuyển điện từ ắc quy sang thành nguồn điện dân dụng của địa phương.

Tích trữ năng lượng bằng ắc quy

Như vậy thì bên trong mỗi UPS đều có ắc quy. Tôi luôn nhìn thấy hai chiếc để có một điện áp khoảng 24Vdc, nhưng một bạn đã comment rằng có loại UPS chỉ sử dụng một chiếc ắc quy 12V mà thôi.

Như vậy thì có thể loại UPS này công suất khá thấp hoặc là chúng có loại ắc quy rất tốt để cho phép xuất một dòng điện lớn, bởi vì công suất phát của ắc quy tính theo P^{(công suất, W)} = U^{(điện áp, V)}.I^{(dòng điện, A)} thì ví dụ như để phát khoảng 200W, với 1 ắc quy 12V phải xuất một dòng điện khoảng 16,6A, nhưng với 2 ắc quy 12V nối tiếp thì chỉ phải xuất ra 8,3A thôi. Để xuất một dòng lớn như 16,6A thì ắc quy phải có các bản cực to và điện môi tốt, các mạch điện lại bị gây tổn thất nhiệt cao nên hiệu suất giảm. Do đó mà tôi nghĩ rằng ai đó thiết kế ra loại UPS dùng một ắc quy có lẽ là … chưa được chuyên nghiệp cho lắm.

• 

• 

Biến đổi thành dòng điện xoay chiều

Và ắc quy cung cấp điện một chiều thì làm thế nào để có thể biến chúng thành xoay chiều? Điều này thì chắc chỉ có ai học điện tử mới hiểu rõ được, nhưng bạn có thể hiểu loáng thoáng rằng có một mạch điện nào dó biến đổi điện một chiều thành các giao động xoay chiều, và các giao động này với tần số và điện áp phù hợp với địa phương mà bạn sử dụng – tức là 220Vac 50Hz hoặc 110Vac 60Hz.

Có phải tất cả các UPS đều có các nguyên lý hoạt động giống nhau? Không, chúng có các loại sơ đồ nguyên lý khác nhau, chính do đó mà có đến ba loại UPS được phân loại như sau:

PHÂN LOẠI UPS

UPS loại phổ thông nhất được phân thành các dòng sản phẩm chính về công nghệ như sau: UPS Offline (đơn thuần), UPS Offline với công nghệ Line-interactive, UPS Online. (còn hai loại khác nữa là: UPS tĩnh, UPS quay thì có lẽ rằng chúng không sử dụng các nguyên lý như loại UPS phổ thông dùng trong dân dụng nên ít được nhắc tới, bản thân tôi cũng chưa biết đến chúng)

UPS offline

Được sử dụng nhiều nhất hiện nay có lẽ là các loại UPS offline bởi giá thành của chúng rẻ hơn nhiều so với các loại UPS cùng loại. Phương pháp làm việc của nó như sau:

• Nguồn điện lưới đầu vào thông qua một công tắc ngắt mạch (được ghi chữ “bypass” trong sơ đồ) đến với đường đầu ra.

• Nguồn điện từ pin được chuyển đổi thành điện áp xoay chiều theo tham số phù hợp với nguồn điện địa phương.

• Khi mất điện lưới, hệ thống ắc quy cung cấp cho mạch điện giao động để chuyển thành dòng điện xoay chiều tiếp tục cung cấp cho thiết bị tiêu thụ.

Chúng ta dễ nhận ra nhược điểm của loại UPS offline: Thời gian chuyển mạch từ khi sự cố điện lưới cho đến khi nguồn pin cung cấp cho thiết bị tiêu thụ. Hiểu một cách đơn giản thế này: Công tắc ngắt điện khỏi nguồn lưới để chuyển sang dùng điện từ pin phải đảm bảo khi ngắt hoàn toàn ra khỏi lưới điện mới được phép cung cấp điện từ bộ inverter (trên thực tế thì các UPS này có đến hai “công tắc chuyển mạch” kiểu như trên dược điều khiển cùng lúc – trong kỹ thuật thường gọi là “rơ le”) bởi nếu không dòng điện cung cấp từ pin sẽ phải cấp cho cả lưới điện địa phương – và cũng như máy phát điện, hệ thống sẽ hư hỏng vì quá tải.

UPS offline không có công dụng ổn áp khi chúng sử dụng điện lưới bình thường – bởi đơn giản khi không có sự cố về lưới điện thì các thiết bị phía sau UPS đơn thuần được nối trực tiếp với lưới điện thông qua rơ le (phần bypass trong sơ đồ trên). Có vẻ như nhiều người cho rằng UPS luôn tích hợp sẵn công dụng ổn áp phải không? Đúng là nó có tính năng ổn áp, nhưng không phải loại UPS offline này – mà là loại UPS online mà bạn sẽ xem ở phần dưới.

UPS offline với công nghệ Line interactive

Khắc phục nhược điểm của loại UPS offline thông thường là loại UPS offline công nghệ Line interactive. Do sự tích cực hơn trong nguyên lý hoạt động nên chúng lại có giá thành cao hơn so với loại UPS offline thông thường. Có các trường hợp sau:

• Trong trường hợp điện áp cấp vào UPS bình thường, có nghĩa là chúng xấp xỉ thông số đầu ra ở lưới điện địa phương của bạn thì mạch UPS hoạt động như khung hình phía trên-bên trái. có nghĩa rằng biến áp tự ngẫu lúc này có số vòng dây sơ cấp bằng thứ cấp, do đó không có sự can thiệp nào vào điện áp đầu ra – và UPS hoạt động giống như loại UPS offline thông thường.

• Trong trường hợp điện áp của lưới thấp hơn so với điện áp chuẩn, biến áp tự ngẫu sẽ chuyển mạch sang một nấc khác, làm cho điện áp đầu ra đảm bảo đúng thông số yêu cầu. Trong trường hợp điện áp của lưới điện cao hơn so với thông số chuẩn thì trường hợp này cũng vậy.

• Trong trường hợp mất điện lưới UPS offline công nghệ Line interactive sẽ chuyển các mạch giống như loại UPS thông thường: tức là chúng ngắt nhánh đi qua biến áp tự ngẫu và chuyển sang sử dụng nhánh ắc quy với inverter.

Bạn thấy chúng có ổn định được điện áp hay không? Rõ ràng rằng loại UPS offline theo công nghệ line interactive này tiến bộ hơn loại UPS offline truyền thống: Chúng có thể ổn định điện áp so với việc không có một chút chức năng ổn áp nào của loại offline truyền thống như đã nói ở trên.

Mở rộng ra một chút với người am hiểu về điện-điện tử bạn có thể hiểu rằng chiếc biến áp trong sơ đồ trên hoàn toàn thuộc loại biến áp tự ngẫu thông thường, có nghĩa là chúng chỉ có một cuộn dây và các đầu ra khác nhau. Vậy thì chúng chuyển mạch bằng cách nào? Tất nhiên là qua các rơ-le rồi. Khi tôi mở một chiếc UPS công nghệ Line-Interactive thì nhận thấy chúng có khoảng 5 chiếc rơ-le, trong đó một chiếc lớn nhất nằm ở phía sau máy, bốn chiếc còn lại trên mạch in. Rơ le này do các mạch điện của UPS điều khiển chúng. Nếu bạn có một chiếc UPS loại này thì bạn dễ nhận thấy rằng chúng có thể phát ra các tiếng kêu lách tách nhỏ do sự làm việc của các rơle đó.

UPS online

Khắc phục hoàn toàn các nhược điểm trên là loại UPS online, chính vì vậy mà loại UPS này thường có giá bán cao nhất so với các loại trên.

Chúng ta thấy rằng viếc cấp điện cho thiết bị tiêu thụ là hoàn toàn liên tục khi có sự cố về lưới điện. Hãy thử phân tích sơ đồ trên dưới góc độ người sử dụng như sau:

Nguồn điện lưới lúc này không cung cấp điện trực tiếp cho các thiết bị, mà chúng được biến đổi thành dòng điện một chiều tương ứng với điện áp của ắc quy. Ở đây trong mạch đã thể hiện sự cung cấp điện từ ắc quy và chính từ lưới điện đến bộ inverter để biến đổi thành điện áp đầu ra phù hợp với thiết bị sử dụng.

Như vậy, có thể thấy rằng trong bất kỳ sự cố nào về lưới điện thì UPS online cũng có thể cung cấp điện cho thiết bị sử dụng mà không có một thời gian trễ nào. Điều này làm cho thiết bị sử dụng rất an toàn, và ổn định.

UPS online sẽ luôn luôn ổn định điện áp đầu ra bởi cũng theo mạch thì điện áp đầu vào lúc này được biến đổi xuống mức điện áp ắc quy và chúng có công dụng như một ắc quy có dung lượng lớn vô cùng (nếu không bị sự cố lưới điện), mạch inverter^] sẽ đóng vai trò một bộ ổn định điện áp. Vì vậy chỉ với các loại UPS online mới có công dụng ổn áp một cách triệt để.

Công Ty TNHH Kỹ Thuật VBS chuyên cung cấp UPS Online cho các thiết bị máy móc CNC, Laser, CNC công nghiệp gia công cơ khí chính xác, Hệ thống PLCs, Hệ thống dây chuyền sản xuất Nhà máy, Hệ thống điện tòa nhà