Bộ Inverter trong UPS (Uninterruptible Power Supply) là thành phần chính dùng để chuyển đổi dòng điện một chiều (DC) từ pin thành dòng điện xoay chiều (AC) để cung cấp cho các thiết bị điện khi có sự cố về nguồn điện lưới. Đây là một phần quan trọng giúp Bộ lưu điện – UPS có thể cung cấp nguồn điện dự phòng một cách ổn định và an toàn cho thiết bị.
Sau đây là một số thông tin chi tiết về Bộ Inverter:
Bộ Inverter là gì?
Bộ Inverter trong UPS (Uninterruptible Power Supply) là một bộ biến tần có nhiệm vụ chuyển đổi dòng điện một chiều (DC) từ pin hoặc ắc quy sang dòng điện xoay chiều (AC) để cung cấp cho các thiết bị điện khi xảy ra sự cố về nguồn điện.
Bộ Inverter được chia làm 2 loại chính: Inverter tĩnh và Inverter động. Inverter tĩnh là dòng inverter được sử dụng phổ biến nhất, là thành phần chính trong hầu hết các UPS phổ thông hiện nay, sở hữu khả năng hoạt động êm và hiệu quả cao. Trong khi đó, Inverter động lại ít phổ biến hơn, sử dụng động cơ và máy phát điện để chuyển đổi dòng điện và được dùng trong các hệ thống yêu cầu công suất lớn.
Cấu tạo của bộ Inverter
Cấu tạo của bộ Inverter trong UPS thường bao gồm 6 thành phần chính sau:
1. Bộ Chuyển Mạch (Switching Device)
- Transistor MOSFET hoặc IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor): Đây là các linh kiện bán dẫn quan trọng được sử dụng để thực hiện quá trình chuyển mạch dòng điện.
- MOSFET: Dùng cho các ứng dụng công suất thấp đến trung bình, có tốc độ chuyển mạch nhanh, hiệu quả cao.
- IGBT: Dùng cho các ứng dụng công suất cao, có khả năng chịu đựng điện áp và dòng điện lớn.
- Chức năng: Chuyển đổi nhanh dòng điện DC thành các xung AC bằng cách đóng/mở liên tục với tần số cao.
2. Bộ Điều Khiển (Control Circuit)
- Mạch điều khiển là thành phần trung tâm điều khiển hoạt động của các linh kiện chuyển mạch. Nó tạo ra các tín hiệu điều khiển để đóng/mở MOSFET hoặc IGBT nhằm tạo ra dòng điện xoay chiều.
- Mạch PWM (Pulse Width Modulation): Một kỹ thuật điều chế độ rộng xung thường được sử dụng để điều khiển tần số và biên độ của dòng điện AC đầu ra. PWM giúp tạo ra dạng sóng AC gần như hình sin, giảm thiểu nhiễu và cải thiện chất lượng điện.
3. Biến Áp (Transformer)
- Biến áp có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp đầu ra từ Inverter lên mức điện áp mong muốn (thường là 220V AC).
- Có hai loại biến áp thường sử dụng:
- Biến áp tăng áp (Step-up Transformer): Tăng điện áp đầu ra từ mức thấp (như 12V, 24V DC) lên mức 220V AC.
- Biến áp cách ly: Đảm bảo cách ly an toàn giữa đầu vào và đầu ra, giúp bảo vệ thiết bị khi xảy ra sự cố.
4. Bộ Lọc (Filter Circuit)
- Mạch lọc LC (Inductor-Capacitor Filter): Sử dụng cuộn cảm và tụ điện để lọc các xung điện áp cao tần do quá trình chuyển mạch gây ra, giúp cải thiện chất lượng dạng sóng AC đầu ra, làm cho nó gần với hình sin hơn.
- Chức năng: Giảm nhiễu, ổn định điện áp và tạo ra dòng điện xoay chiều có dạng sóng mượt, ổn định.
5. Bộ Khởi Động và Bảo Vệ (Protection and Starting Circuit)
- Mạch bảo vệ quá tải: Ngăn chặn sự cố do quá tải, bảo vệ bộ Inverter và các thiết bị kết nối.
- Mạch bảo vệ ngắn mạch: Phát hiện và ngắt mạch khi xảy ra ngắn mạch để tránh hư hại cho hệ thống.
- Mạch bảo vệ quá nhiệt: Giám sát nhiệt độ của các linh kiện chính như MOSFET/IGBT, đảm bảo hoạt động an toàn.
6. Bộ Điều Chỉnh Điện Áp (Voltage Regulation Circuit)
- Bộ điều chỉnh điện áp giúp giữ điện áp đầu ra ổn định, ngay cả khi điện áp đầu vào từ pin có thể thay đổi do tình trạng sạc/xả.
- Thường sử dụng mạch Buck-Boost hoặc các bộ điều chỉnh tuyến tính để điều chỉnh điện áp.
Quá trình hoạt động của Inverter
Inverter thông thường hoạt động theo 5 bước chính sau:
- Pin cung cấp điện DC cho bộ Inverter khi có sự cố về nguồn điện lưới.
- Bộ chuyển mạch (MOSFET hoặc IGBT) sẽ bật / tắt với tần số cao, tạo ra các xung điện có dạng hình vuông.
- Bộ điều khiển PWM điều chỉnh độ rộng của các xung này để tạo ra dạng sóng AC có biên độ và tần số phù hợp (thường là 50Hz hoặc 60Hz).
- Bộ lọc LC làm mịn dạng sóng, giảm nhiễu, và tạo ra dạng sóng gần giống hình sin.
- Biến áp nâng điện áp đầu ra lên mức mong muốn (220V AC) và cung cấp cho các thiết bị điện.
Chức năng chính của bộ Inverter trong UPS:
Trong UPS, bộ Inverter có các vai trò chính sau:
- Chuyển đổi điện DC từ pin sang điện AC:
- Trong UPS, pin lưu trữ năng lượng ở dạng dòng điện một chiều (DC). Tuy nhiên, hầu hết các thiết bị điện thông dụng (như máy tính, máy chủ, thiết bị mạng) lại sử dụng dòng điện xoay chiều (AC).
- Bộ Inverter chịu trách nhiệm biến đổi điện DC từ pin thành điện AC để cung cấp cho thiết bị khi mất điện.
- Ổn định tần số và điện áp đầu ra:
- Bộ Inverter trong UPS thường có các mạch điều khiển giúp ổn định tần số (50Hz hoặc 60Hz tùy quốc gia) và điện áp (110V, 220V) để đảm bảo nguồn điện đầu ra phù hợp và ổn định cho các thiết bị.
- Điều này giúp bảo vệ thiết bị khỏi các hiện tượng như sụt áp, quá áp và nhiễu điện.
- Hoạt động liên tục (với UPS Online):
- Trong UPS Online, bộ Inverter hoạt động liên tục và luôn cung cấp điện cho thiết bị. Nó nhận dòng điện DC từ bộ chỉnh lưu (Rectifier) và chuyển đổi sang AC ngay cả khi điện lưới bình thường. Điều này giúp loại bỏ thời gian chuyển mạch và đảm bảo nguồn điện luôn ổn định.
- Kích hoạt khi xảy ra sự cố (với UPS Offline):
- Trong UPS Offline, bộ Inverter chỉ được kích hoạt khi mất điện hoặc điện lưới có sự cố. Nó sẽ chuyển đổi từ nguồn pin dự phòng sang cung cấp điện AC cho thiết bị với một khoảng thời gian chuyển mạch ngắn (thường là 2 – 10 ms).
Vai trò của Bộ Inverter trong UPS
Trong UPS, Bộ Inverter chứa vai trò quan trọng
- Chuyển đổi dòng điện DC từ pin sang AC: Thiết bị điện tử thường sử dụng nguồn AC (220V/110V), nhưng pin lưu trữ năng lượng dưới dạng DC. Bộ Inverter đảm nhận việc chuyển đổi này để đảm bảo thiết bị có thể hoạt động liên tục khi mất điện lưới.
- Cung cấp điện ổn định: Bộ Inverter trong UPS Online giúp chuyển đổi dòng điện liên tục và ổn định nhờ quá trình chuyển đổi kép (AC -> DC -> AC), giúp loại bỏ nhiễu và dao động của dòng điện lưới, từ đó bảo vệ các thiết bị nhạy cảm.
- Đảm bảo thời gian chuyển mạch: Trong UPS Offline, khi có sự cố về nguồn, bộ Inverter cần kích hoạt nhanh chóng để chuyển đổi và cung cấp nguồn điện tạm thời. Thời gian kích hoạt của Inverter càng nhanh thì thời gian chuyển mạch càng ngắn, giúp giảm nguy cơ gián đoạn.
Trên đây là một số thông tin cơ bản về Bộ Inverter và vai trò của chúng trong UPS. Nếu bạn còn băn khoăn hoặc thắc mắc khác về thiết bị Inverter hoặc đang tham khảo Bộ lưu điện – UPS có trang bị bộ Inverter, hãy liên hệ ngay đến hotline Minh Phát Tech 0964.160.888 để được tư vấn miễn phí và nhận nhiều ưu đãi mới nhất.
