💖Hà Nội hôm nay mưa, lại thêm vào nữa bị thất tình, đúng là hợp cảnh quá, không còn hứng chơi game hay làm gì. Thôi thì viết blog cũng được, để lại cho đời tiếng thơm ... :D

Hôm nay mình sẽ lên cho anh em các kiến thức về UPS, mình đã bỏ ra khá nhiều time để ngâm cứu đấy nhé, hầu như tất cả những kiến thức này mình đọc trên các tài liệu nước ngoài chứ ở VN thì chán lắm, đọc các bài viết thì toàn thứ linh tinh, thập cẩm...

Lưu ý: Bài viết này của dân ngoại đạo "điện tử công suất" thế nên sẽ tìm hiểu một cách cơ bản và tổng quan, không đi sâu vào công nghệ.

Mở bài tí nhỉ :D

1. Giới thiệu

    Trong xã hội hiện đại ngày nay, với sự bùng nổ của thời đại 4.0 các trung tâm dữ liệu, doanh nghiệp và cụ thể là các thiết bị điện tử đòi hỏi những yêu cầu khắt khe về tính liên tục của nguồn điện cũng như chất lượng của nguồn điện. Sự gián đoạn trong cung cấp điện có thể sẽ gây những hậu quả lớn đến an toàn, an ninh trong khu vực, cũng có thể làm tổn thất cực lớn đến kinh tế của doanh nghiệp.

    UPS khác với nguồn phụ hoặc hệ thống điện khẩn cấp hoặc máy phát ở chỗ nó bảo vệ tức thời cho tải khi nguồn bị gián đoạn, bằng cách cung cấp điện từ battery hoặc flywheel. Thời gian chạy trên battery của UPS là tương đối ngắn (chỉ vài phút) nhưng là đủ để khởi động nguồn phụ hoặc tắt thiết bị cần bảo vệ một cách an toàn.

    UPS thường dùng để bảo vệ máy tính, datacenter, thiết bị viễn thông hoặc các thiết bị điện mà khi mất nguồn có thể gây gián đoạn công việc, mất mát dữ liệu làm thiệt hại nghiêm trọng. UPS có công suất từ nhỏ (200VA) cho đến lớn hoặc cực lớn (đủ bảo vệ cả trung tâm dữ liệu hoặc toà nhà). UPS lớn nhất hiện nay trên thế giới là Battery Electric Storage System (BESS), có công suất 46 MW ở Fairbanks, AK có thể cấp điện cho cả thành phố và các vùng lân cận khi mất điện.

Trong phạm vi bài viết này chỉ giới thiệu loại UPS thông dụng là UPS tĩnh hay UPS có bộ backup là Battery.

2. Khái niệm

UPS - Uninterruptible Power Supply là thiết bị cung cấp nguồn liên tục hay bộ lưu điện dự phòng nhằm làm tăng độ tin cậy cung cấp điện cho hệ thống. UPS cung cấp tạm thời điện năng nhằm  duy trì sự hoạt động liên tục của các thiết bị sử dụng khi điện lưới gặp sự cố (như mất điện, tăng giảm điện áp, tần số quá giới hạn cho phép, sự cố khác...) trong một khoảng thời gian với công suất giới hạn theo khả năng của UPS.

Một hệ thống UPS sẽ bao gồm các thành phần chính sau:

o   Rectifier/charger (bộ chỉnh lưu/mạch nạp) để tạo ra nguồn DC nạp vào Acquy và cấp nguồn vào Inverter (bộ nghịch lưu).

o   Inverter (bộ nghịch lưu): Dòng điện DC sẽ được “băm” và điều chế thành dòng AC Sin hoặc gần Sin, tùy vào công nghệ chế tạo.

o   Battery (Pin/acquy): Dòng điện DC sẽ được lưu trữ và thời gian backup trong khoảng từ 8 phút- 1 giờ hoặc hơn.

 

3. Phân loại UPS

UPS tĩnh được IEC 62040 phân thành 3 loại sau:

o   Passive standby ( Hay được gọi là Off-line)

o   Line interactive (Hay được gọi là Advanced Offline)

o   Double conversion (Hay được gọi là On-line)

a. Passive standby (Offline)

Inverter được kết nối song song với đầu vào AC ở chế độ chờ. 

v Chế độ bình thường

    Tải được cấp nguồn trưc tiếp từ nguồn lưới thông qua bộ triệt xung và bộ lọc (filter), giúp lọc một số thành phần nhiễu từ lưới như xung quá áp của sét lan truyền. Đồng thời nguồn lưới sẽ nạp điện vào acquy qua bộ chỉnh lưu (bộ sạc).

v Chế độ Battery backup

    Khi chất lượng điện vượt quá giới hạn cho phép : Quá điện áp, thấp áp hay không ổn định… hay khi mất điện lưới, lúc này Battery (Acquy) và Inverter sẽ tham gia cấp điện cho tải với thời gian chuyển mạch dưới 10ms. Khi nguồn lưới về điều kiện bình thường, UPS chuyển sang chế độ bình thường.

Lưu ý: Các bộ UPS offline có công suất nhỏ (dưới 2KVA), thường không có khả năng mở rộng, thích hợp cho các tải nhỏ không yêu cầu quá cao về chất lượng điện áp như máy tính bàn, máy in, điện thoại cố định…

Thường thì các bộ UPS offline này bộ inverter của nó cùi bắp, đầu ra là sóng không Sin hoặc thậm chí là sóng vuông, tuy nhiên vẫn thoải mái cấp cho các bộ máy tính bàn hoặc laptop có bộ adapter bởi lẽ khi vào adapter nguồn điện sẽ được băm te tua và nắn chỉnh cho mịn tướp. do đó cũng chẳng đáng lo :D

b. Line interactive (Advanced Offline)

UPS line interactive là thiết kế phổ biến nhất được sử dụng cho máy chủ doanh nghiệp, Web và phòng ban. Trong thiết kế này, bộ biến tần (inverter) luôn được bật tại đầu ra, điều này giúp giảm quá độ chuyển mạch khi so sánh với UPS offline.

o   Chế độ bình thường: Công tắc chuyển (transfer switch) sẽ đóng lại và bộ biến tần (inverter) sẽ cùng lúc cấp nguồn cho tải và sạc cho acquy (battery). Trong chế độ này nguồn lưới được nối với tải qua bộ inverter do đó lọc được một số thành phần song hài và các xung quá áp hay sét lan truyền. Cung cấp khả năng lọc bổ sung hơn so với UPS Offline.

o   Chế độ backup: Khi nguồn điện đầu vào vượt quá giá trị (thấp áp, quá áp) cho phép hay mất nguồn lưới, công tắc chuyển sẽ mở ra (thời gian chuyển mạch từ 2ms-10ms) và dòng điện từ acquy sẽ được nghịch lưu thành dòng điện AC cung cấp cho tải.

Ngoài ra nhiều Line interactive UPS hiện nay đều đã được tích hợp thêm một bộ AVR (điều chinh điện áp) cho phép điều chỉnh điện áp dao động về phạm vi chấp nhận được. Do đó UPS có thể hoạt động như một thiết bị ổn áp.

Hiệu quả cao, kích thước nhỏ, chi phí thấp và độ tin cậy cao cùng với khả năng sửa chữa thấp khiến đây là loại UPS chiếm ưu thế trong dải công suất dưới 5 kVA.

c. Double conversion (On-line)

    Với thiết kế này, bộ chỉnh lưu (rectifier) và nghịch lưu (inverter) được mắc nối tiếp với tải, lưới điện được đi qua bộ chỉnh lưu và sau đó được điều chế thành điện áp SIN hoặc gần SIN qua bộ nghịch lưu. Do đó nguồn điện đến tải hầu như “sạch” hoàn toàn loại bỏ được hầu hết các sóng hài điện áp hoặc biến dạng sóng, điện áp đầu ra và tần số không phụ thuộc vào điều kiện điện áp và tần số đầu vào. Điều này có nghĩa là UPS khi được thiết kế dạng này, có thể hoạt động như một bộ biến tần.

    Khi nguồn điện gián đoạn hoặc mất, ngay lập tức acquy sẽ được nghịch lưu thành dòng AC cấp điện cho tải, do không có công tắc chuyển mạch nên thời gian trễ gần như bằng 0.

So sánh:

Hệ thống	UPS offline	Line interactive UPS	UPS online
Chi phí ban đầu	Thấp	Trung bình	Cao
Kích thước	Nhỏ gọn và nhẹ	Lớn và nặng	Nhỏ và nhẹ
Hiệu quả	(95%-98%)	(90%-96%)	(80%-90%)
Tỏa nhiệt	Thấp hơn	Cao hơn	Cao nhất
Tuổi thọ ắc quy	Ngắn	Ngắn hơn	Dài hơn
Tiêu tốn điện năng	Ít hơn	Nhiều hơn	Nhiều nhất
Dải công suất	<0.5 kVA	0.5 KVA- 5KVA	5KVA-5MVA
Ứng dụng điển hình	Máy tính bàn..	Server vừa và nhỏ, CCTV	Viên thông, công nghiệp,..

 

So sánh về các chức năng bảo vệ:

Hệ thống	UPS offline	Line interactive UPS	UPS online
Back up	ü	ü	ü
Xung điện áp (sét lan truyền)	ü	ü	ü
Thấp áp		ü	ü
Quá áp		ü	ü
By-pass		ü	ü
Biến dạng hài			ü
Nhiễu điện áp			ü
Điều chỉnh tần số			ü

 

Mình đã trình bày xong các khái niệm và hiểu biết cơ bản về UPS, để chọn lựa một hệ thống UPS mời bạn đọc bài viết 

Cách lựa chọn một hệ thống UPS