UPS (Uninterruptible Power Supply) là một thiết bị có thể
cung cấp tạm thời điện năng nhằm duy trì sự hoạt động của thiết bị sử dụng điện
lưới gặp sự cố (mất điện, sụt giảm điện áp quá thấp, sự cố khác...) trong một
khoảng thời gian với công suất giới hạn theo khả năng của nó.
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..
.
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)
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:
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.
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 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.
Và
bây giờ, xin xem hình dưới này, tôi nghĩ rằng nó đã bị chia thành bốn hình cho
các trường hợp khác nhau nên để dành cho nó về việc phân tích nguyên lý làm
việc một cách sâu hơn chút nữa.
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
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.
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.
Để
biết thêm thông tin xin vui lòng liên hệ :
CÔNG
TY TNHH ĐẦU TƯ VÀ PHÁT TRIỂN THƯƠNG MẠI GLOBEJSC
Văn Phòng: Số 92 - Ngõ 192 - Lê Trọng Tấn - Phường Khương Mai - Quận Thanh Xuân - Hà Nội
Tel: 04.36408344
Hotline: 093.66.88.202 hoặc 0984.994. 684
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét