skip to Main Content
Menu

Bộ lưu điện ups là gì? Nguyên lý hoạt động của ups

Bộ lưu điện ups là gì?

Bộ lưu điện ups là hệ thống nguồn cung cấp liên tục hay đơn giản hơn là bộ lưu trữ điện dự phòng nhằm làm tăng độ tin cậy cung cấp điện cho hệ thống.

Nguyên lý hoạt động:

Nguyên tắc hoạt động của UPS dựa trên việc biến đổi điện áp một chiều từ ắc quy sang dòng điện xoay chiều phù hợp với yêu cầu của máy tính. Ngoài chức năng chính là bộ lưu điện dự phòng thì một số UPS còn được bổ sung những chức năng khác như tự động ổn áp, ổn tần, chống xung, lọc nhiễu hoặc chống sét lan truyền.

Bên trong UPS có 1 hoặc nhiều ắc quy dùng để tích năng lượng điện. Sử dụng một bo mạch có chức năng biến đổi điện một chiều ắc quy thành điện xoay chiều, và dòng điện xoay chiều này giao động tần số và điện áp phù hợp với yêu cầu sử dụng – tức là 220Vac 50Hz/60Hz.

Cấu tạo:

-Bộ chuyển mạch/bộ chỉnh lưu

-Bình acquy

-Bộ biến đổi

-Công tắc chuyển đổi dạng tịnh chỉ

-Công tắc đường rẽ bảo vệ

-Mạch biến áp cách ly phối hợp

Phía ngoài gồm các cổng:

– Gigabit,nút mở /tắt  nguồn,

– Các cổng Lan ,

-Cổng cắm thiết bị tải hoặc máy tính khi chúng ta sử dụng (Bettury backup: Cung cấp nguồn điện ra .Suger only: Cổng có tính năng ổn định nguồn điện,

-Cuối cùng là cổng nguồn điện vào

Màn hình LCD hiển thị các chức năng bộ nguồn ups như: Dung lượng pin, thời lượng pin, tần số , công suất tiêu thụ các thiết bị….

Các phím chức năng: Phím tắt loa báo khi gần hết pin, phím nguồn, phím bấm hiển thị các chức năng của ups như tần số tiêu thụ , công suất tiêu thụ của các thiết bị.

Phân loại UPS

Dựa trên nguyên tắc hoạt động, UPS được phân thành 2 dòng sản phẩm chính là Offline và Online. UPS Offline cung cấp dòng điện đầu ra dạng sóng gần sin, dòng Online với công nghệ chuyển đổi kép trực tuyến (Online Double Conversion), cung cấp dòng điện đầu ra dạng sóng sin chuẩn. Bên cạnh đó, dòng UPS Offline cũng phân thành 2 nhánh là Offline tiêu chuẩn và Offline cải tiến với công nghệ Line Interactive.

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 ở Việt Nam (thông qua sự thống kê của geovisit mà tôi đang dùng ) 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.

(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.

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.

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 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.

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.

Chú thích:

1^. UPS, mục từ trên Wikipedia [vi].

2^. Uninterruptible power supply, mục từ trên Wikipedia [en].

3^. Inverter: Biến tần, thực sự thì thói quen ăn sâu vào đầu tôi là nói đến inverter là nghĩ đến các loại biến tần dùng cho điều khiển tốc độ động cơ (ví dụ các loại biến tần tôi dùng nhiều nhất là của hãng Omron, Siemens, và một số hãng khác xuất xứ từ Đài Loan, TQ). Các biến tần này làm việc theo cơ chế biến đổi tần số khác nhau để điều khiển tốc độ động cơ theo như ý muốn của sự điều khiển.

4^. Khi viết đến đây, tôi có một ý tưởng hơi điên rồ một chút về nguồn điện lưới cảnh báo sự cố của nó: Bởi lưới điện cũng có thể cung cấp dịch vụ kết nối đến Internet nên nếu như nguồn điện lưới mang tín hiệu tựa như việc cung cấp kết nối thì nó hoàn toàn có khả năng cung cấp cảnh báo về sự cố của nó đối với các máy tính. Điều cần thiết thêm rằng các máy tính phải có bộ tiếp nhận tín hiêu này. Ý tưởng này khó có thể thành hiện thực bởi vì hầu hết các nguồn điện ở các quốc gia phát triển đều khá ổn định – nhưng nó có thể không là điên rồ nếu như tất cả các thiết bị sử dụng điện trong tương lai sẽ thông minh hơn khi gửi đi các thông tin về công suất đăng ký sử dụng, thời gian sử dụng, chu kỳ … để nguồn điện tự động phân tải…có thể lắm chứ – năm 3008 chẳng hạn^^.

5^. Ở Việt Nam thì hiện nay thường quen với các ổ cắm chỉ có 2 tiếp điểm, nhưng ở các quốc gia coi trọng sự an toàn cao đối với con người và thiết bị thì người ta sử dụng các ổ cung cấp điện với 3 tiếp điểm: Hai tiếp điểm thông thường và một tiếp điểm cho dây dẫn nối xuống đất. Sự nối đất này luôn luôn được nối với vỏ của thiết bị điện có tác dụng hạn chế tối đa sự nguy hiểm cho con người.

6^. Biến áp tự ngẫu: Loại biến áp chỉ có một cuộn dây: cuộn sơ cấp và thứ cấp có thể có các vòng dây dùng chung. Các loại ổn áp kiểu như LiOA hiện nay đều thuộc loại này nhưng thay vì có các đầu ra thì chúng được cấu tạo mài một loạt ở một chiều, do đó cứ một vài vòng dây lại có một đầu ra tiếp xúc với chổi than.

Loại biến áp khác với biến áp tự ngẫu là biến áp cách ly: có cuộn sơ cấp và thứ cấp độc lập nhau mà không có bất kỳ một sự nối liền nào với nhau. Một ví dụ của biến áp cách ly là các loại adapter biến điện áp 220Vac thành 6/9/12V thông thường cho các thiết bị tiêu thụ điện công suất thấp nhằm đảm bảo an toàn cho người sử dụng.

Nguồn copy: Webdien

Xem thêm:

 

Đối tác
logo-web-bach-thang
doi-tac-06
doi-tac-03
doi-tac-04
doi-tac-05
doi-tac-01
doi-tac-02
Back To Top
Thiết kế bởi: Web Bách Thắng