Thiết bị lưu điện (UPS) là gì?

Khoa học kỹ thuật không ngừng tiến bộ, đã mang lại sự thoải mái và tiện lợi cho đời sống,vô tình chúng ta đã ỷ lại nhiều về thiết bị máy móc tự động hóa của khoa học kỹ thuật, tuy nhiên chúng ta cũng gặp phải sự bất tiện khi bị cúp điện, trục trặc của tự động hóa. Đa số thiết bị điện không nhạy cảm đối với sự cúp điện, nhưng khi có điện lại thì có thể hoạt động tiếp tục, ví du: thang máy, tivi, máy giặt, tủ lạnh… Nhưng một số thiết bị tinh vi lại rất nhạy cảm khi cúp điện, không những gây tổn thất lớn, và sinh mạng có thể bị đe dọa khi xảy ra nghiêm trọng, ví dụ như giàn máy tính lớn, giao dịch chứng khoán, sản xuất linh kiện chip, máy đo tim phổi, thiết bị dẫn đường…

Máy phát điện là nguồn cung cấp điện thường dùng trong khi bị cúp điện, sẽ cung cấp điện cho các thiết bị trong khi bị cúp điện, tốc độ khởi động của bất kỳ máy phát điện dù nhanh cách mấy, từ sau khi cúp điện đến khi máy phát điện nhận được tín hiệu cần khởi động để phát điện, đến lúc điện áp, tần số của máy phát điện ổn định để có thể cung cấp điện, cần có mâý mươi giây hoặc mấy mươi phút. Trong khoảng thời gian này, các thiết bị điện phải ngưng làm việc, như vậy có thể gây tổn hại cho các thiết bị hoặc mang lại tổn thất cho tài sản và sinh mạng, từ đó ta thấy máy phát điện không thể hoàn toàn thỏa mãn nhu cầu sử dụng cho thiết bị điện.

Thiết bị lưu điện sẽ cung cấp không ngừng và ổn định dòng điện xoay chiều để phục vụ cho máy vi tính và các thiết bị quan trọng khác khi điện lực thành phố cung ứng thất thường, thiết bị điện vẫn làm việc bình thường, không gây tổn hại và tê liệt.

Chúng tôi sẽ giới thiệu sơ về cấu tạo và đặc tính quan trọng của các thiết bị lưu điện, để cho đọc giả hiểu sâu về kết cấu và chức năng của các thiết bị lưu điện, tăng thêm nhận thức về ứng dụng của các lĩnh vực khác nhau, hiểu biết được thiết bị có thể phục vụ cho chúng ta những gì, lựa chọn sản phẩm nào là thích hợp, để có ứng dụng hiệu quả cao.

Chủng loại của hệ thống

Khi phân biệt về cấu tạo, UPS (Uninterruptible Power Supply System) đại thể được chia làm hai loại là dạng tịnh chỉ và dạng động lực. Tạo ra nguồn điện bằng động cơ, mô tơ, máy phát điện, bánh đà, được tập hợp là dạng động lực. Có thể chia làm dạng trên tuyến và dạng cách tuyến, dạng trên tuyến là toàn bộ hoặc một phần thiết bị của UPS được đặt ở khoảng giữa của dòng điện và chịu tải, có tác dụng cách ly. Dạng cách tuyến ở trạng thái máy nóng chờ đợi sử dụng, chỉ cung cấp điện khi nguồn điện bị ngắt, nên không có khả năng cách ly dòng điện có chất lượng xấu do sự quấy nhiễu, áp cao, áp thấp, biến đổi trong hệ thống cung cấp điện, trừ khi khả năng tài chánh eo hẹp, đừng sử dụng loại này, nên không giới thiệu trong bài văn này.

Dạng tịnh chỉ UPS:

Cấu tạo chủ yếu gồm:
1. Mạch nạp điện/bộ chỉnh lưu.
2. Bình ắc quy
3.Bộ biến đổi
4 Công tắc chuyển đổi dạng tịnh chỉ
5 Công tắc đường rẽ bảo vệ.
6 Mạch biến áp cách ly phối hợp.

Dạng động lực UPS:

Chủng loại của sản phẩm dạng động lực rất nhiều, đặc điểm chung của các loại sản phẩm là dùng các linh kiện động lực như bánh đà hoặc loại giống như bánh đà để chuyển đổi nguồn điện (giữa thiết bị cung cấp điện của thành phố và nguồn giữ điện) sẽ phóng thích ra năng lượng lưu trữ õ, để làm cầu nối chuyển tiếp, cung cấp điện lực khi dòng điện bị ngắt đi hoặc khi mạch kín chịu tải bị chập mạch, cung cấp nguồn điện lớn và loại trừ các trục trặc về sự cách ly.

Trong hệ thống này, nếu phân biệt theo kết cấu, có thể chia làm 2 dạng: toàn động lực và dạng hỗn hợp, chủ yếu khác nhau do các cấu kiện hợp thành.

Dạng toàn động lực

(1) Cuộn chắn động điện
(2) Máy đồng bộ (tổ máy phát điện mô tơ)
(3) Bộ ly hợp
(4) Động cơ
(5) Thiết bị dự trữ năng lượng (như thiết bị bánh đà)
(6) Công tắc đường rẽ bảo vệ.

Loại hỗn hợp

(1) Cuộn chắn động điện và công tắc mở dòng điện
(2) Thiết bị dự trữ năng lượng
(3) Máy nạp điện/ bộ biến đổi
(4) Bình ắc quy
(5) Động cơ điện
(6) Công tắc đường rẽ bảo vệ.

Trạng thái làm việc của hệ thống

Dạng tịnh chỉ

Khi vận hành bình thường

Hệ thống được cung cấp điện bởi điện lực thành phố, sau khi qua máy nạp điện/ bộ chỉnh lưu, một phần nhỏ sẽ chuyển đến bình ắc quy, phần lớn được chuyển đổi thành dòng điện xoay chiều qua bộ chuyển đổi để cung cấp cho tải, nguồn điện cho ra của bộ biến đổi phải đồng bộ với nguồn điện đường rẽ, đường cung cấp điện theo hình 1 Do điện ra và vào cần đi qua máy nạp điện / bộ chỉnh lưu và bộ biến đổi, nên có thể tồn tại những tín : ở trạng thái tạm ngưng, điện áp thấp, cúp điện trong giây lát, sóng cộng huởng và các tín hiệu nhiễu v.v.và tình trạng này không truyền ra đến ngõ ra, đây là một trong những công dụng lớn của dạng UPS trên tuyến.

Khi hệ thống khác thường

(1) Khi nguồn điện vào AC khác thường, bộ biến đổi được cung cấp điện từ bình ắc quy đã nạp đầy điện, nguồn điện xoay chiều từ ngõ ra cung cấp cho máy vận hành tự do. ( cái gọi là vận hành tự do không cần đồng bộ với bất kỳ nguồn điện, nhưng tần số vẫn giữ ở mức trong 60 b 0.5 Hz) như hình 2.
(2) Máy nạp điện/bộ chỉnh lưu trục trặc
Trường hợp này như trên, nhưng nguồn điện ra của bộ biến tần vẫn đồng bộ với nguồn điện đường rẽ.
(3) Trục trặc ở bộ biến đổi
Công tắc chuyển đổi dạng tịnh chỉ lập tức chuyển đổi chịu tải đến nguồn điện đường rẽ như hình 3, cái gọi là “không ngắt” là chỉ tình trạng này, động tác chuyển đổi của công tắc chuyển đổi dạng tịnh chỉ cần phải nhanh chóng, nhanh đến mức ngõ thiết bị điện đang sử dụng không kịpù cảm nhận và vẫn làm việc bình thường. Do UPS dạng tịnh chỉ phán đoán nguồn điện lực cung cấp có bình thường hay không thông qua việc kiểm tra điện áp của ngõ vào, từ đó có sự “đứt đoạn” gây tác động chuyển đổi (tức là ngắt trước nối sau), nên nói một cách khác là sự “không đứt đoạn” hay gọi là “đứt đoạn trong giây lát” mới thực sự phù hơpï thực tế. Thời gian “đứt đoạn trong giây lát” này thường nhỏ hơn 4ms (mili giây); sau khi bộ chuyển đổi ra điện bình thường,tải chuyển trở lại bộ chuyển đổi.
(4) Chức năng khôi phục tự động xảy ra khi tình huống khác thường như : quá tải, quá nóng, chịu tải chập mạch, mà không phải trục trặc ở bộ chuyển đổi thì công tắc chuyển đổi dạng tịnh chỉ lập tức chuyển đổi chịu tải như nguồn điện đường rẽ ở hình 3, sau khi loại trừ các nguyên nhân trên, công tắc chuyển đổi dạng tịnh chỉ tự động chuyển nguồn điện đường rẽ trở về bộ chuyển đổi, trở lại trang thái hình 1.

Khi sửa chữa

Sửa chữa công tắc đường rẽ và các công tắc liên quan sẽ cách ly hoàn toàn các bộ phận mang điện của bộ chuyển đổi và công tắc chuyển đổi dạng tỉnh chỉ, bảo đảm không bị điện giật khi sửa chữa như hình 4

Dạng toàn động lực:

Khi vận hành bình thường

Hệ thống được cung cấp điện từ điện lực thành phố, cung cấp cho tải sử dụng qua cuộn chắn động điện, một phần nhỏ cung cấp cho máy đồng bộ và bánh đà để bổ sung tổn thất cho sự ma sát để duy trì động năng. Máy đồng bộ ngoài có chức năng làm cho điện áp ra ổn định, còn có chức năng cung cấp công suất vô hiệu để cải thiện thừa số công suất ngõ vào để gần bằng một. Qua tác dụng của cuộn chắn động điện và máy đồng bộ, có thể điều tiết dòng điện chịu tải không cân bằng, để dòng điện ngõ vào được cân bằng.

Ký hiệu :

1. Động cơ ; 2. Bộ ly hợp ; 3. Máy đồng bộ ; 4. Công tắc cho ra của máy phát điện; 5.Thiết bị trữ năng (bánh đà); 6. Ngõ vào của dòng điện thành phố ; 7.Công tắc ngõ vào; 8. Cuộn chắn động điện; 9. Công tắc ngõ chịu tải; 10. Công tắc đường rẽ bảo vệ; 11. Điện cho ra.

Vì thế, bất cứ sóng cộng hưởng do ngõ chịu tải sản sinh ra hoặc đa số sóng cộng hưởng của ngõ nhập đều suy giảm. Cuộn chắn động điện cũng có thể tách điện áp bị nhiễu bởi ly tín hiệu tạp trong nguồn điện ngõ vào .
Động cơ ở trạng thái tịnh chỉ, những máy đang nóng và đang được làm nhờn, đã làm cho động cơ ở trạng thái có thể khởi động vào bất cứ lúc nào, bộ ly hợp trở thành đường mở (open), như hình 5.

Khi cúp điện

Khi hệ thống trinh trắc dò được dòng điện do thành phố cung cấp bị cúp, Công tắc ngõ vào mở liền, mượn năng lượng được phóng ra của thiết bị trữ năng, máy động bộ tạm thời trở thành máy phát điện, tiếp tục cung cấp điện cho chịu tải. Đồng thời lập tức khởi động động cơ, sau khi đạt tốc độ ổn định trong vòng 2 giây, bộ ly hợp đóng lại, động cơ truyền dẫn bánh đà và máy đồng bộ có tốc độ chuyển động dần dần chậm lại, trạng thái làm việc như hình 6 . Cần phải chú ý nếu động cơ không thể khởi động một cách thuận lợi, bộ ly hợp sẽ bị cưỡng chế đóng lại, lợi dụng vòng xoay của máy đồäng bộ chuyền động động cơ. Đây gọi là khởi động cao tốc, để tránh cúp điện.

Khi có điện lại

Khi dòng điện thành phố cung cấp trở lại, tải qua một thời gian, dự thiết đã trở về sử dụng dòng điện của thành phố cung cấp đồng thời bộ ly hợp mở, động cơ ngưng máy, hệ thống trở lại như trạng thái hình 5.

Khi sửa chữa

Công tắc đường rẽ kín, công tắc vào và ra mở,tải chuyển cung cấp qua mạch đóng của công tắc đường rẽ, tốc độ quay của máy đồng bộ giảm dần dần đến ngưng hẳn như hình 7.

UPS dạng hỗn hợp:

Là tổ hợp các linh kiện động lực và tịnh chỉ, cung cấp dòng điện ổn định và chắc chắn. Đây chỉ là một trong những dạng hỗn hợp, xin tham khảo phụ lục để biết những loại hình khác.

Thiết bị trữ năng của loại hình này là các linh kiện động lực, có máy nạp điện và bộ biến đổi để bổ sung cung cấp điện cho thời gian cúp điện quá dài, cũng có thể trang bị động cơ khác để cung cấp điện. Thiết bị trữ năng có thể chia là loại mô tơ và máy phát điện. Cũng có thể là loại hợp nhất. Chức năng hai loại này giống nhau, nhưng kết cấu khác nhau thì hiệu suất khác nhau, ở đây lấy loại hợp nhất để làm ví dụ.

Khi vận hành bình thường

Khi bình thường, dòng điện qua công tắc cầu dao, bộ chắn động điện, thiết bị trữ năng đến tải, công tắt cầu dao có chức năng chống dòng điện chập mạch ở ngõ vào, tránh nguồn năng lượng bị hút đi; bộ chắn động điện sẽ hạn chế mức đối đa công suất vô hiệu; mạch kín dòng điện vào sẽ chuyển thành dòng điện xoay chiều qua máy nạp điện, một mặt nạp điện cho ắc quy, mặt khác cung cấp cho bộ biến đổi chuyển đổi thành dòng điện xoay chiều đồng bộ cho ra cùng với ngõ vào của thiết bị trữ năng, hình thành trạng thái hot stand by.

Khi cúp điện

Khi hệ thống nhận biết được dòng điện thành phố bị cúp, công tắt ngõ vào mở, bộ biến đổi cung cấp điện tức khắc, ắc quy cũng bắt đầu phóng điện. Đồng thời, với năng lượng tạm trữ, thiết bị trữ điện cũng tạm thời cung cấp điện cho tải, vì thế, giống như UPS dạng toàn động lực là loại thiết bị giữ điện hoàn toàn, có một điều yên tâm hơn so với dạng toàn động lực là : vài phút đến mấy mưoi phút sau khi cúp điện có bình ắc quy và bộ biến đổi cung cấp điện, không như dạng toàn động lực cần mấy giây thời gian để khởi động động cơ có sự lo lắng về phần cung cấp điện bị gián đoạn. Thời gian cung cấp điện của bình ắc quy có hạn, thông thường từ 15-30 phút, vượt quá thời gian này , hệ thống vẫn còn sử dụng, nếu muốn kéo dài khả năng cung cấp điện cho thời gian cúp điện kéo dài, có thể gắn thêm mô tơ để thúc đẩy máy đồng bộ, chỉ cần có nhiên liệu, có thể kéo dài thời gian cung cấp điện.

Khi sửa chữa

Công tắt mạch rẽ kín, công tắt vào ra mở, tải chuyển cung cấp qua mạch đóng của công tắc đường rẽ, tốc độ quay của máy đồng bộ giảm dần dần đến ngưng hẳn như hình 7.

Khái quát về chức năng

UPS dạng tịnh chỉ

Mạch nạp điện/ bộ chỉnh lưu

Chức năng chủ yếu của thiết bị này là chuyển dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều, một mặt cung cấp cho bộ biến đổi chuyển thành dòng xoay chiều để đi đến chỗ tải, mặt khác nạp điện cho bình ắc quy. Dung lượng của thiết bị này ngoài việc cần đầy đủ điện lượng cung ứng, còn cần có thêm 10-25 % để cung cấp cho công việc nạp điện.

Bình ắc quy

Trong UPS dạng tịnh chỉ, bình ắc quy có vai trò rất quan trọng, khi cúp điện mà không có nó, UPS cũng ngưng theo,như vậy UPS cũng hết công dụng là UPS. Thời gian lưu điện của bình ắc quy thông thường là 10-15 phút, tùy theo tình trạng cung cấp điện của thành phố, có cần tự chuẩn bị máy phát điện hay không, đẳng cấp chịu tải và yếu tố kinh tế v.v thời gian dự trữ dài hoặc ngắn không đồng đều, có trường hợp dài từ 1-3 tiếng. Nhưng thời gian lưu trữ của bình ắc quy bao lâu, nếu trong thời gian dài cần dung lượng ắc quy rất lớn, không những chiếm diện tích chỗ khá lớn, kinh phí đầu tư cũng nhiều, nên đầu tư máy phát điện.

Bộ biến đổi

Trong dạng tịnh chỉ, bộ biến đổi là trái tim của UPS, bộ biến đổi chuyển dòng điện một chiều từ bình ắc quy hoặc bộ chỉnh lưu thành dòng điện xoay chiều để cung cấp cho tải sử dụng, điện nguồn UPS tốt hay xấu, hoàn toàn quyết định ở bộ biến đổi, trong dạng hỗn hợp ra điện của bộ biến đổi phải qua máy đồng bộ, chất lượng của nguồn điện đã lọc qua, nên không nghiêm khắc đối với yêu cầu hình sóng cho ra của bộ biến đổi, dù là sóng vuông cũng được.

Công tắt chuyển đổi dạng tịnh chỉ

Trong UPS dạng tịnh chỉ, nếu cho bộ biến đổi là trái tim của UPS, thì STS có thể cho là linh hồn của UPS, vì giữa 2 nguồn điện, UPS chuyển đổi tỷ lệ tốc độ ngắn hơn 4ms, không làm đứt đoạn nguồn điện, STS là công thần số một.

STS có thể chia làm dạng cơ giới và dạng điện tử. Dạng cơ giới sử dụng công tắc điện tử hoặc bộ ngắt thông thường. Khi chuyển đổi, điện lực đứt khoảng 50-250ms. Cái gọi là “đứt đoạn” bắt đầu tính từ khi điện áp thấp hơn trị số cho phép (thông thường qui định là 85%) đến lúc hoàn thành động tác chuyển đổivà đến khi điện áp trở lại bình thường. Tốc độ trinh trắc tuy rất nhanh nhưng động tác chuyển đổi lại rất chậm, những thiết bị tinh vi hoặc máy vi tính sẽ không thể chịu đựng nổi. Tốc độ tring trắc của STS dạng điện tử ngắn hơn 4ms, động tác chuyển đổi chỉ 0.5 ms, nên thời gian ở giai đoạn giữa của điện ngắn hơn 4.5ms, có thể thỏa mãn cho nhu cầu một số máy vi tính thông thường và một số thiết bị tinh vi.

Kết cấu của công tắt dạng điện tử có thể chia làm dạng trang thái toàn bộ cố định và dạng hỗn hợp như sau:

(1) Dạng trạng thái toàn bộ cố định

STS dạng trạng thái toàn bộ cố định tổ hợp từ SCR, có các tác động thiết thực, trục trặc ít, nhưng do thuộc dạng vận hành liên tục, STS cần sử dụng “cấp bậc vận hành liên tục”, giá thành hơi cao. Và khi SCR có điện đi qua sẽ sản sinh điện áp thấp, không những mang lại tổn thất cho điện (khoảng 1~ 2%) cũng làm tăng tải của máy điều hòa, nên năng suất hơi thấp.

Trong hình, điện do bộ chuyển đổi cung cấp đi qua từ tổ # 1 SCR,dòng điện do thành phố cung cấp chuyển từ #2 SCR đến tải, khi bình thường chỉ có tổ #1 SCR thông qua, khi bộ chuyển đổi trục trặc hoặc sửa chữa thì qua từ tổ #2 SCR, tín hiệu chuyển đổi giữa 2 SCR này do mạch điện điều khiển.

(2) Dạng hỗn hợp

Dạng trạng thái toàn bộ cố định có khuyết điểm là tiêu hao điện nhiều, gây lãng phí năng lượng, giá thành hơi cao và tăng tải của máy điều hòa, vì thế vẫn có người sử dụng dạng hỗn hợp.

Khi bình thường, CB2 ON, CB1 OFF trong hình (a) và Sw trong hình (b) ở vị trí 1, chịu tải được cung cấp điện từ bộ chuyển đổi, khi bộ chuyển đổi trục trặc hoặc khi sửa chữa thì CB1 On, CB2 Off và Sw ở vị trí 2, tải được chuyển cung cấp điện từ thành phố. Quy trình chuyển đổi như sau:

(A) Khi bộ chuyển đổi trục trặc hoặc sửa chữa

* SCR OFF hoặc trong hình (b), SCR ON* CB2 OFF, CB1 ON*Trong hình (a), SCR ON   SCR OFF.*Sw chuyển đến 2

(B) Khi phục hồi

* SW chuyển đến 1 *Trong hình (a), CB2 ON, CB1 OFF hoặc trong hình (b), SCR ON  SCR OFF.

Từ đó ta biết được mấy việc : 1. SCR chỉ đảm nhiệm cung ứng điện trong thời kỳ quá độ khi chuyển đổi, một khi CB1 ON hoặc SW chuyển đến vị trí 2, SCR thì thoát ra. 2. SCR không phải là dạng vận hành liên tục, nên dung lượng của nó có thể nhỏ hơn. 3. Trong quá trình chuyển đổi, nhất định phải “tiếp trước đứt sau”, hai nguồn điện liên kết ở một chỗ, vì thế sự đồng bộ rất quan trọng.

CB và SW của dạng hỗn hợp nếu trong quá trình chuyển đổi không thuận lợi (ví dụ bị kẹt), thì SCR không thể đảm nhận sử dụng liên tục sẽ bị cháy, cũng là khuyết điểm của dạng hỗn hợp, người sử dụng cần đặc biệt chú ý.

Công tắc bảo vệ đường rẽ

Sau khi qua một thời gian sử dụng, UPS cần phải bảo trì, công tắc này có thể cung cấp một đường lối không liên quan hoàn toàn với UPS, UPS có thể tắt máy yên tâm để sửa chữa, bảo trì. Nhưng đây là một mạch kín cung cấp điện cuối cùng, nếu không may, lúc này công ty điện lực lại cúp điện, sẽ không tránh khỏi máy phải bị tắt đi, vì thế nên mở sẵn máy phát điện trước khi sửa chữa, sẽ an toàn hơn.

Bộ biến áp tách ly phối hợp

Nếu điện áp nguồn điện đường rẽ (ví dụ như 3 ψ , 4W, 380v) và điện áp thiết bị điện dùng (ví dụ như 3 ψ , 4W, 208/120 v) trong hệ thống cung cấp điện khác nhau, thì hệ thống UPS cần gồm có thiết bị này. Thiết bị này giúp điện áp nguồn điện đường rẽ hoàn toàn giống như điện áp ra của bộ chuyển đổi, để khi có xảy ra sự cố nêu trên, tải có thể không bị đứt đoạn khi chuyển đổi giữa hai nguồn điện.

UPS dạng toàn động lực:

Cuộn chắn động điện

Nói như trên, chủ yếu là linh kiện cách ly sự can nhiễu cao tần và thành phần sóng cộng hưởng của nguồn điện và tải. Cũng có nghĩa là sóng cộng hưởng do tải sản sinh sẽ không thể truyền đến phía nguồn điện, và sóng cộng hưởng , tín hiệu tạp do nguồn điện mang lại cũng không thể đến phía tải.

Máy đồng bộ (tổ máy phát điện mô tơ)

Khi điện lực thành phố cung cấp bình thường, máy đồng bộ được cung cấp năng lượng từ nguồn điện thành phố để duy trì chuyển động (năng lượng lớn để khởi động được mô tơ cung ứng) tác dụng như mô tơ, nhưng có thể duy trì điện áp ổn định do tải biến đổi điều tiết cho ra điện áp. Công suất vô hiệu sẽ do máy đồng bộ cung ứng, vì thế, bất kể thừa số công suất tải là bao nhiêu, thừa số công suất phía vào có thể điều chỉnh đến 1. Khi điện lực thành phố bị cúp, máy đồng bộ tức khắc trở thành máy phát điện, chuyển năng động trữ trong thiết bị trữ năng chuyển thànhø điện năng tiếp tục cung cấp điện cho tải. Thiết bị trữ năng có thể lập tức giải phóng điện, nên dung lượng chập mạch sẽ nhiều hơn UPS dạng tịnh chỉ.

Bộ ly hợp

Bộ ly hợp có hai chức năng, một là khi hệ thống bắt đầu phục vụ, cần mô tơ kéo theo máy đồng bộ chuyển động, khi mô tơ chuyển tốc gần đến mức quy định, bộ ly hợp kép lại dần dần, máy đồng bộ và thiết bị trữ năng tăng tốc dần dần đến tốc độ quy định. Loại2 là sau khi phục vụ bình thường, nếu điện lực thành phố bị cúp, mô tơ có thể khởi động vô tải với tốc độ nhanh, làm tăng cơ hội khởi động thành công, bộ ly hợp kép lại sau khi mô tơ khởi động, cung cấp điện từ mô tơ.

Mô tơ

Giống như mô tơ bình thường, chỉ cần có nhiên liệu thì có thể chuyển động không hạn chế thời gian.
Thiết bị trữ năng (như là thiết bị bánh đà).
Khi bị cúp điện sẽ phóng thích ra năng lượng, nhưng năng lượng dự trữ sẽ có hạn, chỉ có thể cung ứng ước lượng là dưới 2 giây, trong khoảng thời gian này, mô tơ cần phải khởi động thuận lợi để cung cấp chịu tải, để tránh nguồn điện bị đứt đoạn.

Công tắc bảo vệ đường rẽ

Giống như dạng tịnh chỉ, công tắc này cung cấp Router khi sửa chữa hệ thống.

UPS dạng hỗn hợp

Cuộn chắn động điện và công tắc điện

Cuộn chắn động điện thiết kế ở giữa nguồn điện thành phố và thiết bị trữ năng, nếu tỷ lệ biến động điện áp của dòng điện thành phố dưới ± 15%, có thể giảm công suất vô hiệu từ phía dòng điện thành phố đi vào và đi ra thiết bị trữ năng.

Khi chập mạch phía điện vào, để tránh tổn thất năng lượng ra, vì thế công tắc điện cũng thiết kế ở giữaphía dòng điện thành phố và thiết bị trữ năng, khi chập mạch ở phía điện thành phố, công tắc điện lập tức mở , cách ly hệ thống và điểm trục trặc.

Thiết bị trữ năng

Dây điện của mô tơ và máy phát điện cùng quấn trên cùng một Stator, hình thành một bộ biến áp rất đặc biệt, cuộn dây mô tơ là một lần trắc, cuộn dây máy phát điện là hai lần trắc. Khi dòng điện đi vào cuộc dây mộ tơ, sẽ sản sinh ra từ trường xoay vòng, cuộn dây hai như máy biến áp sản sinh điện áp ra ở cuộn dây máy phát điện, đồng thời từ trường xoay vòng này kéo theo Rotor chuyển động, tác dụng như máy điện cơ cảm ứng. Máy biến áp thông thường không có cách ngăn chặn sóng cộng hưởng một lần hoặc điện áp biến đổi truyền đến hai lần trắc, nhưng loại máy này có Rotor, chỉ cần điều kiển dòng điện kích từ của Rotor thì có thể điều kiển dòng điện ra được tương đối tốt mà không bị ảnh hưởng của sóng cộng hưởng một lần trắc hoặc chuyễn đổi. Cơ chế chủ yếu để giải trừ sóng cộng hưởng:trong Rotor có (Damper Windings) với thiết kế có tác dụng làm suy giảm sự sản sinh của sóng cộng hưởng.

Trong UPS dạng động lực, kết cấu dạng này có mấy đặc điểm như sau:năng lượng một lần trắc đến hai lần trắc không qua chuyển đổi với phương thức cơ giới năng , hiệu suất cao; điện áp một lần và điện áp hai lần có một khắc; mô tơ và máy phát điện hợp thành một thể, thể tích rút nhỏ thể tích của Rotor có thể cung cấp điện để bù lại điện lực bị cúp trong thời kỳ quá độ ; có động năng quán tính, dung lượng chập mạch đặc biệt lớn.

Mạch nạp điện /bộ chuyển đổi

Cấu tạo và chức năng giống như mạch nạp điện /bộ chuyển đổi của dạng tịnh chỉ nhưng do mạch nạp điện chỉ chịu tổn thất không tải của bộ chuyển đổi và điện lực sung nổi của bình ắc quy, nên dung lượng hơn nhỏ.

Bình ắc quy

Giống như bình ắc quy của dạng tịnh chỉ.

Mô tơ

Giống mô tơ của dạng toàn động lực , nhưng vì có bình ắc quy, cho nên không nhất thiết phải có.

Công tắc bảo vệ đường rẽ.

Giống như công tắc bảo vệ đường rẽ của dạng toàn động lực.

Lựa chọn và ứng dụng

Sau khi tìm hiểu được cấu tạo của UPS và các linh kiện, tiếp theo sẽ là làm thế nào lựa chọn một bộ thích hợp với nhu cầu và hệ thống của mình để mua được 1 bộ UPS chất lượng cao, ít trục trặc tuổi thọ dài...

Mạch nạp điện / bộ chỉnh lưu

Đặc tính của khảo lượng chủ yếu :

Hạn lưu (Current Limit)

Sau khi có điện lại, do phải cung cấp điện cùng một lúc cho tải và nạp điện cho bình ắc quy, lúc nạp điện trở lại bình ắc quy cần dòng điện rất lớn, đặc tính ở đây có thể tránh khỏi quá tải của máy nạp, cũng có thể tránh được dòng điện nạp quá lớn của bình ắc quy.trị số hạn lưu có thể điều chỉnh theo trạng thái chịu tải từ 50~110%.

Khởi động chậm (walk-in hoặc Soft Start)

Nâng cao dần dần để cho ra điện áp, điện lực cũng dần dần nâng cao, ngoài việc bảo vệ tổ linh kiện lọc sóng bản thân không bị dòng điện lớn phá hoại, cũng có thể tránh được điện áp hạ giảm hoặc máy phát điện vận hành thất thường do ngõ vào thu hút một dòng điện lớn trong giây lát. Thông thường, thời gian bắt đầu từ điểm nâng lên của dòng điện vào đến trị số hạn định của dòng điện vào không thể ít hơn 3 giây. Đặc tính này không thể đưa vào sau khi sử dụng công tắc tính giờ, vì sau khi đưa vào sử dụng vẫn sản sinh ra dòng điện lớn.

Dòng điện sung nhập thấp (Low Inrush Current)

Trong mạch kín điện vào của máy nạp điện thường có bộ biến áp, cuộn dây hoặc điện dung v.v, dòng điện kích từ hoặc dòng điện sung điện trong dây lát mở máy có thể đạt đến 600~1000% khi vận hành bình thường và liên tục đến thời gian 500ms ,thường làm cho máy phát điện không ổn định hoặc ngưng máy, hạn chế lớn nhỏ của dòng điện sung nhập, có thể nâng cao độ ổn định của thiết bị. Nối một điện trở ở chuổi ngõ nhập để hạn chế điện lưu sung vào, sau khi bộ biến áp được kích từ hoặc bộ điện dung được nạp điện, mới làm chập mạch điện trở ấy, là cách hữu hiệu để loại trừ dòng điện sung nhập.

Điều chỉnh điện áp nạp điện theo nhiệt độ

Khi nhiệt độ cao, điện áp sung điện nên hạ giảm đúng mức, nếu không ngoài phần nước bị phân giải, cũng dễ xảy ra hiện tượng nhiệt độ mất khống chế. Nhiệt độ mất khống chế là một tuần hoàn ác tính, nhiệt độ hoặc điện áp nhiệt áp quá cao, gây dòng điện sung điện quá lớn, và dòng điện sung quá lớn lạilàm nhiệt độ tăng cao làm sản sinh quá nhiều hidrogen, oxygen, tuần hoàn ác tính như thế này đến mức làm cho bình ắc quy quá nóng và áp lực nội bộ quá lớn và gây nổ. Đặc tính bình ắc quy mỗi hiệu mỗi khác, trị số điện áp phải điều chỉnh cũng khác nhau, nên cài đặt sau khi tìm hiểu kỹ, để tránh sản sinh ra hiệu quả ngược lại.

Can nhiễu điện từ

Nên phù hợp với VDE 0871 Class A, để tránh sự can nhiễu cho thiết bị sung quanh. Can nhiễu điện từ có thể là những tạp tin, quấy nhiễu vận hành bình thường của của các thiết bị điện lân cận, hoặc cảm ứng điện áp khác thường, phá hoại thiết bị điện tử lân cận, nên cần phải chú ý.

Bình ắc quy:

Kỹ thuật sản suất bình ắc quy không ngừng tiến bộ, dạng Vent truyền thống đã bị dạng Valve Regulated thay thế dần dần. Dạng Valve Regulated có các đặt tính chủ yếu như sau:

Khí hidrogen và oxygen tái kết hợp và van an toàn

Trong quá trình nạp điện của bình ắc quy, do công suất nạp điện không phải 100%, một phần điện lực sẽ bị phân giải nước và sản sinh ra khí hidrogen và oxygen, hiện tượng này đặc biệt rõ ràng khi nạp điện quá nhiều hoặc nhiệt độ quá cao. Cứ mặc cho khí hidrogen và oxygen bay trong không khí, nước trong bình sẽ khô dần dần không thể sử dụng được, vì thế cần phải thêm nước định kỳ, để giữ được trạng thái bình thường cho bình ắc quy. Bình ắc quy dạng Valve Regulated được thiết kế đặc biệt, dưới điện áp nạp điện và nhiệt độ bình thường, khí hidrogen và oxygen có thể kết hợp để hoàn lại thành nước, cứ tuần hoàn như vậy, đặc tính của bình ắc quy sẽ được giữ không thay đổi. Nhưng nếu điện áp nạp điện quá cao, tỷ lệ tốc độ sản sinh khí cao hơn tỷ lệ tốc độ tái kết hợp, nội bộ sẽ đầy khí, áp lực tăng sẽ có nỗi lo bị nổ. Để tránh sản sinh ra áp lực cao do điện áp khác thường hoặc nhiệt độ khác thường, làm bình ắc quy trở thành một quả bom nổ, nên nắp trên bình ắc quy có lắp một chiếc van xả áp “chỉ ra không vào” khi áp lực lớn hơn trị số cài đặt, van xả áp mở ra, khi áp lực được xả, van xả này kép lại sau khi giảm áp lực, cách tuyệt không khí bên ngoài để tránh bản cực bị oxy hóa. Nhưng đừng quên rằng những cái xả ra là khí hidrogen và oxygen kết hợp thành nước, nếu thường xả áp nước trong nội bộ bình ắc quy cũng tiêu hao nhanh chóng, dung lượng giảm đi rất nhanh, vì thế điện áp nạp điện chính xác và nhiệt độ nước vừa mức là cách giữ gìn trang thái tốt nhất cho bình ắc quy. Ngoài xả áp, van xả áp còn có chức năng là chống lửa, khi bình ngoài của bình ắc quy bị cháy , ngọn lửa bị vật chất sili trong nội bộ van xả cách ly, lửa không vào được nội bộ của bình ắc quy để đốt cháy hidrogen trong bình mà làm nổ; Có một số nhà máy thêm vào nội bộ chất Catalyst , để tăng hiệu quả tái kết hợp của khí hidrogen và oxygen, kéo dài tuổi thọ sử dụng của bình ắc quy.

Bản cực

Bản cực chính thông thường là dạng Paste hoặc dạng Tubular. Dạng trước đa số là sản phẩm của Mỹ, Nhật và trong nước, Dạng sau thường là hàng Châu Âu. Nội trở của dạng Paste hơi nhỏ, có khả năng toả ra dòng điện lớn, dạng Tubular có khả năng tỏa điện trong thời gian dài rất mạnh và tuổi thọ hơi dài.

Dung dịch điện giải dạng Gelled hoặc dạng Absorbed

Dung dịch điện giải của dạng trước được sợi ni lông thu hút ổn định, và dung dịch điện giải dạng sau được pha thành dạng hồ, dung dịch điện giải của hai dạng đều có tính không lưu động, vì thế sau khi được thiết kế đặc biệt, bình ắc quy có thể lắp ráp theo dạng thẳng góc hay mặt phẳng, đây không những tiết kiệm được không gian lắp ráp, còn có thể mang lại nhiều phương tiện cho công việc vận hành. Dạng thu hút dùng lâu sẽ sản sinh ra hiện tượng “tầng hóa”(Stratification), có nghĩa là axit sunfuric trầm lắng ở dưới đáy, hình thành tỷ trọng phần dưới hơi cao, tỷ trọng càng trên thì càng thấp , tình hình này sẽ ảnh hưởng một ít cho chúc năng phóng điện.

Máng bình ắc quy và nắp bình ắc quy

Để tránh gây thêm tai hại khi phòng máy bị hỏa hoạn, vật liệu của máng bình ắc quy và nắp bình ắc quy phải là vật chất khó cháy, và chỉ số khí oxygen (level of Oxygen Index : LOI ), cần phải trên 28. Ý nghĩa của LOI 28 là vật chất đó sẽ cháy khi hàm lượng oxygen phải là trên 28%, nên không thể tự cháy trong không khí.
Nội dung trên chú trọng nói đến bình ắc quy dạng lead storage battery, nếu mội trường làm việc của bình ắc quy có nhiệt độ quá cao, rất dễ lão hóa nên mỗi tăng lên 80C, tuổi thọ của loại bình ắc quy ead storage battery sẽ giảm 1/2, bình ắc quy loại niken cadmium chỉ giảm 1/4, nếu sử dụng loại bình ắc quy niken cadmium sẽ có lợi ích tuổi thọ dài hơn.

Bộ biến đổi

Chức năng của bộ biến đổi chủ yếu là thiết bị đưa dòng điện một chiều qua điều khiển chấn động, để sản sinh ra dòng điện xoay chiều, có đặc tính chủ yếu là;

Khả năng đồng bộ

Khi dòng điện xoay chiều có hai nguồn, để đảm bảo chuyển đổi giữa hai nguồn mà điện không bị cúp, hai nguồn điện phải đồng bộ. Khi đồng bộ, chênh lệch pha giữa hai dòng điện phải trong 50, Chênh lệch tần số phải trong phạm vi 0.3Hz, chênh lệch điện áp trong phạm vi 10%. Nhưng chúng ta không thể nắm rõ do nguồn điện thành phố hay thay đổi, nên có thể điều khiển nguồn ra của bộ biến đổi để theo dõi nguồn điện thành phố. Nguồn điện thành phố sẽ thay đổi trong phạm vị hợp lý, nguồn ra của bộ biến đổi cũng biến đổi theo.

Khả năng quá tải

Vào lúc đầu đưa điện vào,tải của mô tơ, bộ biến áp có dòng điện sung vào tương đối cao, như nhiều loại tải đồng thời đưa điện, dòng điện đi vào càng thấy khả quan, dòng điện đưavào tuy giảm dần theo chuyển tốc gia tăng của mô tơ và điện áp được xây dựng ở bộ biến áp, nhưng chỉ giữ ở mấy chu trình (Cycle), bộ chuyển đổi phải có khả năng đảm nhiệm quá tải trong thời gian ngắn, không đến nỗi không đủ sức chịu đến lúc chuyển sang phía dòng điện thành phố. Do có thiết bị trữ năng với quán tính chuyển động, nên dạng động lực có khả năng chịu tải siêu mạnh. Thông thường khả năng siêu tải là 140% duy trì 30 giây, 125% duy trì 5 phút.

Phạm vi điện áp làm việc rộng rãi

Nguồn điện nhập của bộ chuyển đổi là dòng điện một chiều, nếu lấy ví dụ sử dụng 180 cái bình ắc quy lead storage battery có van Valve Regulated, điện áp khi nạp điện khoảng 2.4V/ Cell, thì mức tối đa của điện áp làm việc là 2.4x180=432V, khi cho điện 30 phút, điện áp thấp đến mức 1.67v/Cell, trong khoảng 301V~432V, bộ chuyển đổi đều làm việc bình thường. Do phạm vi điện áp làm việc rộng lớn, nên dung lượng bình ắc quy được lợi dụng tối đa, tiết kiệm cho sự đầu tư của bình ắc quy. Nhưng cần chú ý là điện áp của bình ắc quy không nên thấp quá 1.67V/Cell, để tránh bình ắc quy phóng điện quá độ mà hư hỏng.

Về mặt kinh tế:

Nhãn hiệu, loại hình của UPS rất nhiều, giá cả cũng khác nhau ví dụ loại tịnh chỉ, sau khi chọn một nhãn hiệu, nên suy nghĩ các trang thiết bị có phù hợp nhu cầu sử dụng hay không để điều chỉnh cho hợp lý, ví dụ: loại ắc quy 30 phút (axít chì, tuổi thọ 8 năm) chiếm chi phí 1/3 của hệ thống, nếu chọn loại bình ắc quy có tuổi thọ 2 - 3 năm, giá cả đương nhiên hạ nhiều; nếu có một máy phát điện N+1 thì bình ắc quy có thể rút ngắn thời gian 5 - 10 phút, đương nhiên tiết kiệm được chi phí.

Độ đáng tin cậy:

UPS loại tịnh chỉ có bị đứt đoạn khoảng 4ms khi chuyển đổi điện đã thoả mãn nhu cầu của thiết bị thông thường, MTBF cao đến mức trên 70.000 giờ; UPS loại động lực lại có thể không đứt đoạn điện, cấu tạo lại đơn giản, công việc bảo trì ít, MTBF cao đến mức trên 200.000 giờ, thích hợp cho ngành nghề máy vi tính cao cấp hoặc sản xuất chip, nên có sử dụng nhiều các khu nghiên cứu khoa học kĩ thuật.

UPS dạng hỗn hợp có các thiết bình ắc quy và bộ biến đổi, khi dòng điện thành phố bị cúp có thể cung cấp điện với độ cao đáng tin cậy. Bình ắc quy dạng động lực không có bình ắc quy chỉ có thiết bị trữ năng chỉ duy trì được mấy giây.

Không gian:

Trong thành phố với đất đai ít và tri giá cao, sự chiếm diện tích lớn cũng là một trong những vấn đề về giá thành để kinh doanh. Dang tịnh chỉ và dạng hỗn hợp do có bình ắc quy, nên chiếm diện tích hơn lớn. Dạng toàn động lực tuy không có bình ắc quy, và thể tích mô tơ cũng nhỏ hơn bình ắc quy, nhưng cần nghĩ đến tiếng ồn, tỏa nhiệt và xả hkói khi vận hành của mô tơ làm ảnh hưởng đến môi trường xung quanh.

Hiệu suất:

Hiệu suất và dung lượng của dạng tịnh chỉ thành một tỷ lệ thuận, ở khoảng 83%~93%, trong mạch điện của dạng động lực ngoài có cuộn chắn động lực, không có linh kiện chuyển đổi điện lực khác, nên hiệu suất rất cao: trong dạng hỗn hợp, có chuyển động điện lực của thiết bịlưu điện, hiệu suất là thứ yếu. Khi mua máy đương nhiên không thể đặt hiệu suất là sự lựa chọn duy nhất, nhưng hiệu suất cao sẽ tiết kiệm được rất nhiều chi phí về điện, với ví dụ là 500KVA/400KW, nếu khoảng cách là 4%, thì 400KWx4%x24Hx365 ngày x 2.5 đồng/KW=350.400 đồng/năm, không thể nói là không lớn.

Ngoài ra, khi tính hiệu suất, cũng nên nghĩ đến điều kiện liên quan, ví dụ trong dạng toàn động lực, để đảm bảo mô tơ được khởi động thuận lợi để chịu tải, dầu nhớt và nước làm lạnh trong đó phải luôn giữ nhiệt độ thích hợp và tuần hoàn, cũng không ít điện lực, và điện lực tiêu hao tăng do chịu tải cho máy điều hòa nhiệt độ cũng nên được tính trong đó.

Khi cần sử dụng bộ biến áp cách ly phối hợp, do bộ biến áp này là thiết bị không tải, sử dụng bộ biến áp không phải chất tinh thể [10]là thích hợp nhất, trị giá khoảng 1.6 lần dạng đúc khuôn, nhưng tổn hao sắt của đó thấp nhất tiết kiệm được tiền điện và tiền điều hòa nhiệt độ, có thể thu hồi vốn trong vòng 3~5 năm.

Liên kết:

Theo quy luật, có điện lực do thành phố cung cấp, công thêm máy phát điện, lại thêm UPS có thể cung cấp dòng điện chắc chắn, nhất là MTBF của dạng động lực cao đến mức mấy trăm ngàn giờ, nhưng vẫn khó tránh khỏi trục trặc. Vẫn không đầy đủ đối với các thiết bị phục vụ tuyệt đối không thể đứt đoạn như thông tin , y tế, quân sự, tài chánh. Trong cộng việc lưu điện, UPS là chủ thể, nếu sử dụng nhiều máy UPS nhân đôi (Redundant), có thể cung cấp tỷ lệ sử dụng cao đến mức 99.9999%.

UPS kết đôi có hai loại, một là liên kết đôi, nguồn điện ra của mấy bộ UPS nối chung với nhau, sự trục trắc của bất kỳ máy nào đều không ảnh hưởng đến sự cho ra điện và dung lượng, có thể sử dụng đầy đủ dung lượng của UPS: nhưng có khuyết điểm là có một máy bị trục trặc, có khả năng gây treo máy cho cả hệ thống. Loại khác là nhân đôi cách ly, nguồn ra của mấy UPS nối riêng ở các tổ chịu tải của mình, ngoài ra có thêm một máy ở trạng thái nóng, bất kỳ một máy nào bị trục trặc, tổ chịu tải của nó sẽ chuyển đổi đến UPS máy nóng, không ảnh hưởng đến ổn định của hệ thống: khuyết điểm là dung lượng giữa UPS không thể chi viện với nhau, tỷ lệ sử dụng thấp, và nếu có một máy nào bị trục trặc, sẽ không có tổ máy nối tiếp, tổ chịu tải phải bị treo.

Kết luận:

Trên thị trường tràn ngập rất nhiều UPS, dạng tịnh chỉ và dạng động lực đều có đặc điểm của nó, nhưng cái nào là tốt, là tuỳ sự lựa chọn của nhu cầu, tài liệu này không thể giới thiệu hết chỉ giới thiệu vài loại có đặc điểm tiêu biểu, nếu muốn biết rõ chi tiết, phải tham khảo các tư liệu kỹ thuật của từng loại sản phẩm. Nếu muốn mua được sản phẩm tốt, thích hợp sử dụng của mình, đề nghị cân nhắc theo những điều kiện sau đây:

Tạp âm, can nhiễu, năng lượng, độ chắc chắn, không gian, chi phí đầu tư, hiệu suất, sử dụng, tin chắc sẽ đạt được tâm nguyện của bạn.

Từ yêu cầu của các thiết bị về mức độ nguồn điện liên tục và chất lượng, UPS được phân thành các dòng sản phẩm chính về công nghệ như sau:

UPS Offline

UPS Offline công nghệ Line-interactive.

UPS Online.

- Ngày nay, UPS đóng một vai trò rất quan trọng là giải pháp tối ưu nhất cho các sự cố về nguồn điện. Điều này rất có ý nghĩa đối với hệ thống của chúng ta hiện nay.

- Nếu xảy ra sự cố mất điện lưới trong một thời gian dài thì việc kết hợp giữa UPS và máy phát điện xoay chiều đem lại hiệu quả cao cho người sử dụng trong việc duy trì một nguồn điện liên tục cho thiết bị.**

Ngoài tính năng chính là duy trì một nguồn điện ổn định, liên tục, sạch và xanh cho thiết bị, UPS còn cung cấp thêm những tiện ích khác mà người sử dụng có thể khai thác như:

- Hệ thống bảo vệ chống sét lan truyền, chống nhiễu từ trường (EMI), bảo vệ chống sét cho đường dây điện thoại, bảo vệ chống sét cho Modem/Fax (RJ11), bảo vệ chống sét cho hệ thống mạng (RJ45).

- Phần mềm giao tiếp máy tính qua cổng RS232/USB, Card Web qua hệ thống mạng để quản trị và điều khiển UPS cũng như thiết bị.

Trong tất cả các hệ thống cung cấp điện quá tải xoay chiều hiện nay, UPS Online là giải pháp cung cấp điện lý tưởng và hiệu quả nhất.

Ở Việt Nam, UPS thường quen được gọi là: cái lưu điện hay bộ lưu điện, cục lưu điện...Các loại UPS thông dụng hiện nay thường bao gồm ba loại chính theo nguyên lý làm việc của chúng: UPS offline, UPS offline công nghệ Line interactive và UPS online. Nếu lựa chọn một chiếc UPS thì bạn chọn loại nào? giá tiền của chúng ra sao và sự ảnh hưởng của từng loại UPS đối với thiết bị sử dụng như thế nào...

Cũng như bắt đầu một bài viết mới mà bạn có thể định viết, tôi bắt đầu tìm các thông tin về chúng tại Internet để xem có cần thiết phải viết ra không - thay vì chỉ cần chỉ ra nơi có bài viết tốt dành cho bạn, và chỉ việc bổ sung các ý kiến khác của mình mà thôi. Tôi bắt đầu đi tìm trên Wikipedia, và thấy một bài cùng tên UPS[1], thật vui vì phiên bản đó cũng có đối với tiếng Anh (cột bên trái của Wikipedia ở mỗi mục đều có phần dành cho liên kết đến với ngôn ngữ khác trên thế giới), tôi tìm được mục từ Uninterruptible Power Supply trên phiên bản Wikipedia tiếng Anh[2]. Tất nhiên là tôi lấy một phần kiến thức của chúng cho entry này của mình, và sắp xếp cho chúng bắt đầu từ thế nào mà thôi. Bạn thấy không, tất cả đều rất dễ dàng.

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. Nếu bạn đang sử dụng một chiếc UPS thì nhiều khả năng thuộc loại này, có phải rằng tôi đã chủ quan khi nói điều đó? bởi vì tôi biết rằng người đọc blog ở Việt Nam (thông qua sự thống kê của geovisit mà tôi đang dùng trên blog) thường chưa hiểu rõ về các UPS và các loại của chúng nên lựa chọn theo cảm tính và giá rẻ là phần nhiều.

Dưới đây là sơ đồ cơ bản về nguyên lý làm việc của UPS offline, loại thông dụng nhất trên thị trường hiện nay: (lưu ý rằng hình minh hoạ này có thể chứa các ngôn ngữ không quen thuộc đối với bạn)

Theo sơ đồ này, ta nhận thấy rằng 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.
  

Nhìn qua sơ đồ này 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.

Tất nhiên là sơ đồ trên chỉ cho bạn thấy một cách nhìn tổng thể, sơ đẳng nhất, ở dưới đây là một sơ đồ có vẻ như sẽ tốt hơn cho bạn hình dung về quá trình làm việc của UPS offline. Tại sao tôi không sử dụng sơ đồ này ngay nhỉ? Ồ, thật đơn giản rằng nếu không có sơ đồ trên thì có lẽ rằng sơ đồ phía dưới đây sẽ trở lên khó hiểu hơn đối với bạn - nhất là những người ít khi nhìn vào các mạch điện hoặc là có am hiểu nhiều về điện-điện tử.

Ở hình này thể hiện hai trạng thái làm việc của một UPS offline thông thường (không có công nghệ Line interactive):

• Ở trạng thái lưới điện ổn định thì nguồn tiêu thụ sử dụng điện trực tiếp của lưới điện. UPS lúc này chỉ sử dụng một bộ nạp (charger) để nạp điện một cách tự động cho ắc quy mà thôi.
  
• Khi điện áp lưới điện không đảm bảo (quá cao, quá thấp) hoặc mất điện thì lúc này mạch điện chuyển sang dùng điện cung cấp ra từ ắc quy và bộ inverter.
  

Qua nguyên lý được phân tích như trên thì ta thấy rằng thời gian cung cấp điện cho thiết bị tiêu thụ vì thế mà bị gián đoạn. Sự gián đoạn này gây ra việc cung cấp nguồn điện không ổn định tại phía các thiết bị tiêu thụ:

Một số máy tính bị tắt do nguồn máy tính (PSU) thuộc loại chất lượng thường hoặc công suất thấp, có khả năng tích điện tại tụ đầu nguồn đầu vào thấp so với nhu cầu công suất của các linh kiện trên máy tính, nên thời gian chuyển mạch của UPS đã gây dừng sự hoạt động của PSU. Rất nhiều người đã gặp điều này nhưng lại đổ lỗi cho chiếc UPS của họ - và họ có thể mang đi bảo hành rồi lại bị trả lại bởi vì kỹ thuật viên nơi bán đã kiểm tra và thấy chúng chẳng bị làm sao cả.

Cũng qua sơ đồ, ta thấy rằng 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. (lưu ý rằng hình minh hoạ này có thể chứa các ngôn ngữ không quen thuộc đối với bạn) Bạn có thấy rằng sơ đồ mạch của loại UPS này có vẻ gì đó giống như sơ đồ mạch của loại UPS offline đơn thuần phía bên trên hay không? Chắc là bạn cũng nhận thấy điều này: Phần nhánh ắc quy và inverter không thay đổi, chỉ có phía bên nhánh cung cấp điện cho thiết bị tiêu thụ điện lẽ ra được nối trực tiếp thì lại được nối loằng ngoằng qua những ký hiệu gì đó khó hiểu. Đúng thế thật, tôi nhìn vào đó cũng chẳng biết gì - bởi vì tôi không được học chính thống về điện tử, và do đó tôi đoán bạn cũng như vậy.

Một lát nữa thôi, bạn sẽ nhìn xuống phía dưới và nhìn thấy chúng thật đơn giản: đó là một biến áp. Như vậy thì UPS offline công nghệ line interactive hơn gì so với loại UPS offline thông thường? Tôi nghĩ chính là ở điểm có cái biến áp đó. Biến áp này về bản chất thì giống như các loại biến áp tự ngẫu[6] trước đây mà nhiều người dân Việt Nam đã từng sử dụng (thời điểm trước khi xuất hiện các ổn áp nội địa hiệu LiOA chiếm lĩnh thị trường): Có nghĩa là nếu điện áp của lưới điện thấp hay cao thì chúng ta phải chạy đến chỗ cái biến áp tự ngẫu đó để xoay xoay, vặn vặn nó. Ở đây cũng vậy, mặc dù chúng không được như chiếc "ổn áp" để có thể tự động xoay mà lại sử dụng các nấc chuyển mạch để thay đổi mức điện áp của nó nhưng cũng có các cách để tự động thực hiện việc đó.

Có nên giải thích sơ qua về một chiếc biến áp không nhỉ? Tôi nghĩ rằng mình đã viết rồi ở đâu đó trên blog này. Vâng, đúng vậy, mặc dù chưa được hoàn thiện như mong muốn, nhưng tôi mời bạn xem qua một bài viết của tôi về cái ổn áp, từ đó bạn sẽ thấy ý nghĩa của nó. Nó đây, với một cái tên khá buồn cười: Ổn áp nghiến răng. (bạn click vào đó thì trình duyệt sẽ mở ra một cửa sổ mới, sau đó quay lại đây để mời bạn đọc tiếp những dòng phía dưới này.

Và giờ đây thì chắc bạn hiểu được rằng điện áp xoay chiều mà ta thường dùng có thể thay đổi bởi biến áp bằng cách thay đổi số vòng dây của cuộn sơ cấp hoặc thứ cấp. Các biến áp tự ngẫu thường là thay đổi số vòng của cuộn dây đầu vào - tức là cuộn sơ cấp - để có thể thay đổi điện áp đầu ra.

Ở đây, theo hình ngay phía trên, ta dễ nhận thấy rằng nhánh cung cấp điện trực tiếp cho thiết bị tiêu thụ được thông qua một biến áp tự ngẫu (sơ đồ trên vẽ thì không chính xác là biến áp tự ngẫu đâu, nhưng ta nên hiểu là biến áp tự ngẫu). Ở đây 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 còn 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 ột 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.

Dưới đây là sơ đồ nguyên lý làm việc đơn giản của nó:

Ở đây, 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 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 [3] 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.

Nếu như vậy, bạn nhận thấy có cần thiết sử dụng một chiếc UPS cho các máy tính xách tay hay không? Tôi nghĩa là không cần thiết, bởi có vẻ như mỗi chiếc máy tính xách tay có pin còn làm việc tốt thì phần cấp điện chính cho bo mạch chủ và các thiết bị khác làm việc sẽ luôn giống như một chiếc UPS online.

CÁC TÍNH NĂNG KHÁC CỦA UPS

UPS có thể có một số tính năng phụ như sau để giúp người sử dụng có thể an toàn hơn hoặc quản lý điện năng tốt hơn với máy tính.

Chống sét cho đường dây điện thoại hoặc đường Internet.

Bạn có thể nhìn thấy hình minh hoạ đầu tiên của một chiếc UPS có tính năng này. Ở đây bạn nhìn thấy có hai cổng vào/ra để bảo vệ chống sét gây hư hại đến máy tính của bạn: Việc sử dụng đơn giản nhất là thay vì cắm đầu kết nối vào máy tính của bạn (từ ổ cắm trên tường trong các doanh nghiệp hoặc từ modem của bạn đến) thì bạn cắm vào UPS và đầu ra theo cổng phù hợp của UPS này bạn nối vào máy tính. Tương tác với máy tính thông qua kết nối Đây là một tính năng cao cấp của các loại UPS cao cấp, không phải mọi loại UPS đều có tính năng này.

Tính năng này cho phép sự tương tác giữa UPS với máy tính của bạn - mà trực tiếp là với hệ điều hành bạn đang sử dụng. Bạn biết rằng mỗi một UPS chỉ có thể cung cấp năng lượng trong một thời gian nhất định mà thôi, do đó sẽ có lúc mà UPS này sẽ hoàn toàn không thể cung cấp điện năng được nữa. Tất nhiên, cho dù chúng cung cấp khoảng thêm 5 phút, cho đến khoảng 20 phút nữa thì ắc quy của nó cũng sẽ hết điện.

Như vậy thì nếu bạn không để ý, khi UPS hết điện sẽ làm cho máy tính của bạn bị ngắt điện và có khả năng là bạn bị mất dữ liệu thành quả của bạn khi làm việc. Có thể rằng điều này sẽ không xảy ra khi mà bạn đang ngồi cạnh máy tính và UPS sẽ báo động bằng còi khi trạng thái lưới điện bị mất để bạn có thể ghi lại thành quả và tắt máy tính an toàn. Nhưng đúng là có những lúc bạn không có ở đó thì máy tính sẽ không tự động được shutdown an toàn.

Nếu như UPS được nói chuyện với máy tính thì lại khác: Hệ điều hành biết trước rằng UPS sắp sửa ngừng cung cấp điện cho nó và lúc này hệ điều hành sẽ tự ra lệnh shutdown máy tính một cách an toàn sau khi tự động ghi lại toàn bộ thành quả đang làm việc.

Bạn biết rằng: Nguồn điện lưới thì không thể phát tín hiệu được cho máy tính biết được rằng nó sắp bị sự cố[4], và tương tự như vậy thì UPS cũng thế, bởi vì chúng không khác gì nguồn điện lưới: Cũng ba chân cắm vào nguồn máy tính[5]. Vậy thì UPS phải có một cách khác để có thể giao tiếp với máy tính? Bạn có nhìn thấy hình ảnh rất nhiều ý nghĩa ở phía trên về mặt sau của một chiếc UPS hay không (tại sao tôi không chọn một hình ảnh mặt trước UPS một cách đẹp đẽ nhỉ^^), ở đó bạn sẽ thấy một cổng giao tiếp mà người sử dụng quen gọi là cổng COM để có thể nối với máy tính. Hiện nay thì các cổng chập như vậy đã dần biết mất khỏi cấu trúc máy tính cá nhân, chúng được thay thế bằng các cổng USB.

Qua cổng giao tiếp với máy tính (COM, USB...) tất nhiên là máy tính chẳng thể hiểu được rằng UPS định làm gì cả, lại phải có các phần mềm, các trình điều khiển đi kèm (nếu cần) để hệ điều hành có thể biết được UPS có đã đến thời gian sắp cắt điện để có thể thực hiện các công việc của nó. Các phần mềm này sẽ có các hướng dẫn đi kèm, nếu bạn có nó, bạn sẽ tự cài đặt, thiết lập một cách rất nhanh thôi. Thông báo trạng thái:
Không phải loại UPS nào cũng có các hình thức thông báo trạng thái làm việc của chúng, tuy nhiên những loại UPS có chất lượng cao thì thường có tối thiểu là các đèn LED để thông báo trạng thái làm việc, trạng thái tích điện của ắc quy...

Cá biệt, có các loại UPS có một màn hình tinh thể lỏng nhỏ để hiển thị các thông số làm việc của chúng.

Tôi nghĩ rằng tất cả các loại UPS có tính năng cao cấp này thì đều thuộc loại Offline với công nghệ Line- Interactive hoặc loại Online.