Bộ lưu điện UPS

UPS là gì? Đây là một thiết bị lưu trữ điện dự phòng bằng bình ắc quy. Khi sự cố mất điện xảy ra, nguồn điện này sẽ được nghịch lưu để phục vụ cho mục đích nhất định. Tuy nhiên, thời gian cấp điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố.

Bài viết này của DATECH sẽ giúp bạn hiểu thêm về một trong những thiết bị điện hỗ trợ đời sống, cùng tìm hiểu nhé!

UPS là gì? Hệ thống lưu điện UPS là gì?

UPS là viết tắt của từ gì? UPS là từ viết tắt của Uninterruptible Power Supply hay còn được biết đến với cái tên bộ lưu điện. Bộ lưu điện UPS là cụm từ được sử dụng để chỉ các thiết bị cung cấp điện năng trong một khoảng thời gian nhất định. 

UPS là gì?

Thời gian UPS cung cấp điện năng cho các thiết bị điện phụ thuộc vào công suất bộ lưu điện.

Hệ thống lưu điện UPS thường được sử dụng trong các trường hợp làm gián đoạn hoạt động của thiết bị điện như: mất điện, tăng/giảm áp, chập/cháy mạch điện,...Như vậy chỉ qua một vài câu ngắn ngọn mà chúng ta đã rõ bộ lưu điện là gì.

Lịch sử hình thành bộ lưu điện UPS là gì?

Không một ai thực sự có câu trả lời chính xác cho việc UPS được tạo ra khi nào và người đã làm việc đó. Một số nhà khoa học đã có lý thuyết và tiến hành nghiên cứu về vấn đề này trong nhiều năm.

Vào năm 1934, nhà khoa học John Hanley hoàn thành bộ lưu điện UPS đầu tiên tại Hoa Kỳ và được cấp bằng sáng chế.

Tuy nhiên, ban đầu hệ thống lưu điện UPS được gọi với cái tên khác là Apparatus for Maintaining an Unfailing and Uninterrupted Supply of Electrical Energy hay Thiết bị duy trì nguồn cung cấp năng lượng điện liên tục và không bị gián đoạn.

Hiện nay, các bộ lưu điện UPS đã có nhiều thay đổi so với thời điểm những năm 30, 40. Vậy UPS là gì ở thời điểm đó? Những UPS đời đầu bao gồm một bánh đà sẽ cung cấp các đợt ngắn điện dự phòng.

Hệ thống lưu điện này không còn hiệu quả và đáp ứng các máy chủ, cũng như cơ sở dữ liệu hiện đại.  

Bộ lưu điện UPS mới với khả năng đáp ứng nhu cầu sử dụng tốt hơn

Cấu tạo của bộ lưu điện UPS

Sau khi đã nắm rõ về nguồn UPS là gì và lịch sử ra đời của thiết bị, bạn hãy cùng với DATECH tìm hiểu xem, cấu tạo của bộ lưu điện gồm có những gì? Một bộ lưu điện UPS hoàn chỉnh gồm các thành phần sau:

• Bình ắc quy (Battery): Đây là thành phần quan trọng của UPS, có chức năng chính là lưu giữ điện năng.
• Bộ sạc (Charger): Nhiệm vụ chính là sạc (nạp) điện năng cho bình ắc quy.
• Bộ chỉnh lưu (Rectifier): Giúp chuyển dòng điện xoay chiều sang dòng điện một chiều.
• Bộ nghịch lưu (Inverter): Ngược lại với bộ chỉnh lưu, bộ nghịch lưu chuyển dòng điện một chiều thành dòng điện xoay chiều.

Bộ nghịch lưu của UPS giúp chuyển dòng điện một chiều sang xoay chiều

Nguyên lý hoạt động của bộ lưu điện UPS là gì?

Bình ắc quy của bộ lưu điện UPS sẽ lưu trữ nguồn điện năng trong quá trình sử dụng để làm điện dự phòng. Khi có sự cố về điện xảy ra, nguồn điện dự trữ sẵn sẽ được lấy ra để sử dụng, giúp duy trì nguồn điện liên tục.

Tuy nhiên, bình ắc quy chỉ lưu trữ nguồn điện một chiều, nên bộ chỉnh lưu có nhiệm vụ chuyển đổi dòng điện xoay chiều sinh hoạt thành dòng điện thích hợp.

Bộ nghịch chuyển sẽ chuyển dòng điện một chiều trong bình ắc quy sang xoay chiều để phục vụ cho sinh hoạt. 

UPS lưu trữ và chuyển hóa dòng điện theo từng thời kỳ

Ở những loại UPS khác nhau, sẽ có các nguyên lý hoạt động tương ứng. Tuy nhiên, tất cả đều có chung các chế độ hoạt động sau đây:

• Chế độ inverter: UPS lấy nguồn điện từ lưới điện sinh hoạt thông qua bộ lọc, rectifier để chuyển lưu thành dòng điện một chiều. Sau đó, dòng điện này được đưa vào bo mạch công suất IGBT (inverter) để nghịch lưu thành AC xoay chiều, cấp điện cho tải.
• Chế độ ắc quy: Bộ lưu điện UPS chuyển qua chế độ này khi nguồn điện lưới gặp sự cố. Hệ ắc quy đảm nhận nhiệm vụ chuyển đổi, cung cấp nguồn điện một chiều cho UPS thông qua IGBT. Ngoài ra, ở chế độ này, thời gian chuyển mạch tối thiểu 0m/s. 
• Chế độ ECO (chế độ tiết kiệm năng lượng): Ở chế độ này, ắc quy sẽ được sạc, UPS sử dụng nguồn điện lưới, cũng như bật đồng thời bypass và inverter để cấp điện cho tải. Trong tất cả chế độ, chế độ ECO buộc UPS phải hoạt động hiệu suất cao nhất.
• Chế độ bypass: Chế độ này được bật khi còn nguồn điện lưới, nhưng bộ inverter bị quá tải hoặc có sự cố dẫn đến không thể hoạt động. Nguồn điện lưới sẽ được lấy để cấp cho tải thông qua bộ static bypass. tương tự như chế độ ắc quy, chế độ bypass cũng có thời gian chuyển mạch tối thiểu xấp xỉ 0m/s.

Tầm quan trọng của việc sử dụng UPS?

Vai trò của bộ lưu điện UPS là gì thì không cần phải nói nhiều vì các bạn đã cùng DATECH tìm hiểu qua các phần trên. UPS không chỉ được sử dụng phổ biến tại các hộ gia đình mà doanh nghiệp vừa và nhỏ điều rất ưa chuộng.

UPS có vai trò quan trọng trong đời sống

Để giải thích cho tầm quan trọng của bộ lưu điện UPS, DATECH có thể nhắc đến các vai trò sau:

• Bộ lưu điện UPS giúp lưu trữ nguồn điện lưới sinh hoạt dưới dạng dòng điện một chiều trong bình ắc quy. Nhờ đó, UPS có thể cung cấp điện năng cho các thiết bị hoạt động trong khoảng thời gian tương ứng với công suất khi sự cố về điện xảy ra. 
• UPS có tác dụng ổn áp, chống xung, ổn áp và lọc nhiễu cho các thiết bị được kết nối, giúp chúng không bị ảnh hưởng khi nguồn điện chập chờn hoặc kém.
• Ngoài ra, trong mức công suất cho phép, bộ lưu điện UPS giúp bảo vệ các thiết bị tải trước.

Bộ lưu điện UPS dùng để làm gì?

Hiện nay, ứng dụng của bộ lưu điện UPS là gì mà ngày càng được nhiều người sử dụng phổ biến và khẳng định được tầm quan trọng của mình. Dưới đây là một số ứng dụng của bộ lưu điện UPS trong các lĩnh vực khác nhau:

• Văn phòng - hộ gia đình: Đây là những đối tượng cần có bộ lưu điện UPS để bảo vệ dữ liệu không bị mất hoặc thư thiết bị, máy móc nếu điện chập chờn hoặc đột nhiên bị mất. 

UPS giúp dân văn phòng tránh mất dữ liệu

• Y tế, bệnh viện: Cơ sở y tế là một trong những nơi rất cần nguồn điện dự trữ khi có sự cố về điện xảy ra. Nhiều bệnh nhân đang giành giật sự sống nhờ những thiết bị y tế. Do đó, bộ lưu điện UPS sử dụng tại bệnh viện phải có công suất lớn và chất lượng.
• An ninh: Ngày nay, nhiều hệ thống, thiết bị an ninh ra đời như: camera, phòng - chữa cháy, báo trộm,... để đảm bảo an toàn cho con người và tài sản. Do đó, khi sự cố mất điện xảy ra, những thiết bị này sẽ bị vô hiệu. Cách giải quyết tốt nhất là lắp đặt 1 UPS để cung cấp điện dự phòng khi cần.

Duy trì hoạt động hệ thống phòng cháy, chữa cháy

• Công nghiệp, sản xuất: Sự cố mất điện có thể gây thiệt hại cho các doanh nghiệp trong quá trình hoạt động. Do đó, nhiều doanh nghiệp đã trang bị UPS như một giải pháp dự phòng nguồn điện hiệu quả.
• Viễn thông, thông tin: Đây là lĩnh vực có khối dữ liệu vô cùng lớn. do đó, các công ty thường trang bị bộ lưu điện UPS công suất phù hợp để khi có sự cố mất điện cũng không làm ảnh hưởng đến tài nguyên.

Phân loại UPS

Để đáp ứng tối đa nhu cầu sử dụng bộ lưu điện UPS, người ta phân chúng ra thành 3 loại chính. 

UPS online

UPS online là bộ lưu điện cung cấp toàn bộ nguồn điện cho các thiết bị cuối dựa trên cơ chế sau dây:

• Ở trạng thái bình thường, bộ lưu điện UPS chỉnh lưu dòng điện xoay chiều từ nguồn điện lưới thành dòng điện một chiều và được lưu trữ ở bình ắc quy. Sau đó, nghịch lưu dòng điện một chiều thành xoay chiều để tương ứng mạng lưới điện dân dụng.
• Khi nguồn điện lưới gặp sự cố, UPS sẽ dùng nguồn điện một chiều dự phòng trong bình ắc quy để nghịch lưu thành xoay chiều để đến các thiết bị cuối.  

Ưu điểm của loại hình UPS này là tiết kiệm thời gian chuyển mạch và đảm bảo tối đa độ ổn định của dòng điện xoay chiều cấp cho các thiết bị.

UPS online có thời gian chuyển mạch nhanh

UPS offline

Bộ lưu điện UPS offline có hoạt động như sau:

• Ở trạng thái bình thường, để dòng điện đến các thiết bị điện, nguồn điện lưới phải đi qua một công tắc. Do đó, nguồn điện lưới cấp trực tiếp dòng điện xoay chiều cho các thiết bị điện.
• Khi nguồn điện lưới xảy ra sự cố, UPS offline tiến hành thay thế nguồn điện lưới bằng nguồn điện ắc quy. Tuy nhiên, dòng điện từ bình ắc quy là dòng điện một chiều nên cần nghịch lưu thành dòng điện xoay chiều để cấp cho thiết bị điện.

Ưu điểm của loại UPS này là tiết kiệm được chi phí, nhưng có độ trễ khi chuyển mạch từ nguồn điện lưới sang điện ắc quy. 

UPS offline giúp tiết kiệm chi phí

UPS offline line Interactive

UPS offline line Interactive được tích hợp thêm một biến áp tự ngẫu so với UPS offline. Cơ chế hoạt động của bộ lưu điện UPS offline line Interactive như sau:

• Ở trạng thái bình thường, biến áp tự ngẫu không can thiệp vào nguồn điện lưới đầu vào. Các vấn đề hoàn toàn giống với UPS offline.
• Nếu điện áp nguồn điện lưới tăng/giảm nhẹ so với tiêu chuẩn, thì biến áp tự ngẫu sẽ can thiệp nguồn điện lưới đầu về để ổn định. Sau đó, dòng điện xoay chiều tiếp tục được cấp cho thiết bị.
• Khi nguồn điện áp xảy ra sự cố, các cơ chế hoạt động đều tương tự UPS offline.

Ưu điểm của UPS offline line Interactive tương tự UPS offline, nhưng tiên tiến hơn do có tích hợp line Interactive.

UPS offline line Interactive cải tiến hơn so với UPS offline

Lựa chọn UPS phù hợp

Khi đã biết UPS là gì thì bạn có thể tham khảo các vấn đề sau để có thể tìm cho mình bộ lưu điện phù hợp:

• Đặc điểm UPS: Bộ lưu điện chất lượng giúp cung cấp dòng điện dự phòng trong lúc chờ tắt thiết bị điện hoặc khởi động máy phát điện.
• Xác định tải: loại tải, công suất, thời gian cần lưu điện để hoàn thành công việc, tần số, tiêu chuẩn điện cần cung cấp,...
• Thông số UPS: công nghệ, công suất, thời gian lưu điện, dải điện áp đầu vào, khả năng chịu tải,...
• Chọn loại UPS cần thiết: Như đã phân tích ở trên, UPS phổ biến có 3 loại là UPS online, UPS offline và UPS offline line Interactive. Do đó, tùy theo nhu cầu và mục đích sử dụng, bạn có thể lựa chọn sản phẩm phù hợp.
• Chọn công suất của UPS: Cần xác định 2 yếu tố là công suất của tải (KVA) và công suất của UPS (KW) trước khi chọn công suất UPS. Cách tính công suất tải chi tiết, DATECH sẽ đề cập cụ thể ở các mục dưới.

UPS phù hợp giúp việc trữ và dùng điện dự phòng tốt hơn

Lưu ý khi sử dụng và bảo quản UPS là gì?

Sử dụng và bảo quản UPS hợp lý có thể gia tăng tuổi thọ của thiết bị. Từ đó, bạn có thể tiết kiệm chi phí sửa chữa thay mới bộ lưu điện UPS. Một số lưu ý khi sử dụng, bảo quản bộ lưu điện như sau:

• Khi sự cố điện xảy ra, bạn nên nhanh chóng lưu trữ dữ liệu và tắt thiết bị điện để tránh trường hợp tiếp tục làm đến khi nguồn điện dự trữ trong bình ắc quy cạn kiệt. Điều này không chỉ tăng nguy cơ mất dữ liệu mà còn góp phần làm giảm tuổi thọ của UPS.
• Các kết nối giữa UPS và nguồn điện lưới, cũng như với các thiết bị điện phải được đảm bảo. Dòng điện xoay chiều bên trong UPS cấp đao động từ 100 đến 240V có thể gây nguy hiểm đến tính mạng.

UPS cấp nguồn điện lên đến 240V có thể gây nguy hiểm

• Các thiết bị điện không nên được thi công, lắp đặt ở những nơi ẩm ướt và UPS cũng vậy. Bạn hãy chọn một vị trí có không gian thoáng mát để đặt bộ lưu điện, giúp đảm bảo độ bền thiết bị, cũng như an toàn con người.
• Dùng khăn khô/ướt để lau chùi, vệ sinh bình ắc quy thường xuyên, giúp hạn chế tình trạng nhiễm tĩnh điện.
• Tuyệt đối không gỡ rời hoặc lắp ghép bình ắc quy khác vào UPS để đảm bảo công suất, cũng như độ ổn định thiết bị.

Một số thắc mắc về bộ lưu điện

Dưới đây là một số thắc mắc được nhiều bạn quan tâm nhất, đội ngũ nhân viên của DATECH đã tổng hợp và được các kỹ sư, chuyên viên trả lời bên dưới. 

Thời gian hoạt động của UPS?

Mỗi dòng UPS khác nhau sẽ có một thời gian hoạt động riêng. Tuy nhiên, để xác định thời gian hoạt động của UPS, phổ biến nhất dựa hai yếu tố sau:

• Dung lượng điện tích bình ắc quy là yếu tố phổ biến để xác định thời gian UPS sẽ hoạt động kể từ khi sự cố nguồn điện xảy ra. Dung lượng điện tích tỷ lệ thuận với thời gian hoạt động UPS, thường là khoảng 15 - 30 phút.
• Yếu tố thứ hai là tổng công suất của các thiết bị điện kết nối với UPS và sử dụng đồng thời lượng điện dự phòng khi mất điện.

Càng nhiều thiết bị sử dụng, thời gian hoạt động UPS càng thấp

Có thể cắm bao nhiêu thiết bị vào UPS?

Ở trạng thái bình thường, bộ lưu điện UPS chỉ là điểm tiếp nối giữa các thiết bị điện và nguồn điện lưới. Tuy nhiên, nếu xảy ra sự cố điện, thì UPS sẽ là “pin dự phòng” của các thiết bị điện này.

Công suất của bộ lưu điện có giới hạn, tốt nhất bạn không nên cắm quá nhiều thiết bị vào UPS.  

Router ADSL và máy tính là hai thiết bị nên được kết nối với bộ lưu điện UPS để khi mất điện không làm ảnh hưởng đến quá trình lưu dữ liệu trên máy.

Máy tính nên được cắm vào bộ lưu điện UPS

Tính công suất bộ lưu điện UPS

Các loại UPS có công suất lớn thường có giá tiền khá cao, nhưng những bộ lưu điện giá rẻ có thể không đáp ứng đủ thời gian hoạt động.

Do đó, bạn cần xác định công suất tối ưu của bộ lưu điện UPS. Thông thường, công suất UPS sẽ bằng tổng công suất của các thiết bị điện kết nối.

Tuy nhiên, các bạn có thể tính công suất bộ lưu điện UPS chuẩn nhất bằng công thức sau:

Xác định công suất của UPS trên nhãn mác của nhà sản xuất.

Thông thường đơn vị được đề cập sẽ là Volt - Ampere (VA), bạn cần đổi sang Watt (W) bằng cách: VA*pf (hệ số công suất của UPS). Trong đó, pf thường trong khoảng 0,6 - 1 tùy vào từng loại UPS.

Ah = (T * W)/(V *pf)

Trong đó:

• Ah là dung lượng bình ắc quy của UPS.
• T là thời gian cần dùng kể từ khi sự cố về điện xảy ra, tính bằng giờ (h).
• W là tổng công suất phụ tải của các thiết bị điện được kết nối vào UPS.
• V là điện áp nạp sạc bình ắc quy của UPS.
• pf là hệ số công suất.

Sau khi tính được Ah, bạn có thể biết được dung lượng ắc quy tối đa để lựa chọn bộ lưu điện UPS phù hợp nhu cầu với mức chi phí tối thiểu nhất.

Tổng kết

UPS là một trong những thiết bị không thể thiếu khi có sự cố về nguồn điện lưới xảy ra.

Việc nắm rõ tổng quan UPS là gì sẽ giúp các thiết bị điện không bị ngắt kết nối ngay mà có thể hoạt động thêm một thời gian bằng nguồn điện dự phòng.

Để biết thêm thông tin về các sản phẩm công nghệ hoạt dịch vụ thi công mạng, bạn vui lòng liên hệ với DATECH để được hỗ trợ.