1. Tên gọi UPS

Vào cuối thế kỷ 20, độ tin cậy cung cấp điện của các nước công nghiệp phát triển vào khoảng 99.9%, tương ứng khoảng thời gian mất điện trong một năm là 8 giờ mà phổ biến dưới dạng mất điện trong một vài phút. Điều này không thành vấn đề đối với hệ thống chiếu sáng hoặc hệ thống điện cơ, tức với kỹ thuật tương tự (analog), chất lượng điện chỉ bao gồm hai chỉ tiêu quan trọng nhất là điện áp và tần số.

Nhưng đối với hệ thống kỹ thuật số (Digital) vấn đề không đơn giản như vậy. Đặc biệt với các thiết bị trong lĩnh vực công nghệ thông tin được ứng dụng từ công nghệ kỹ thuật số luôn được xem là bước đệm quan trọng trong việc làm gia tăng sản phẩm, giảm thiểu chi phí sản xuất và tạo sự ổn định bền vững cho xã hội.

Độ tin cậy cung cấp điện của các hệ thống có máy tính cần phải tăng lên rất nhiều, vì mất điện dù chỉ trong một vài mini giây sẽ có nguy cơ mất hết thông tin hoặc làm rối loạn quá trình trao đổi dữ liệu máy tính và các yêu cầu hệ thống kỹ thuật số phải khởi động lại.

Chính vì vậy, UPS được viết tắt của cụm từ tiếng Anh: Uninterruptible Power Supply được hiểu như 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 ra đời.

  1. Lịch sử phát triển UPS

Công nghệ thay đổi nhanh chóng làm gia tăng các loại thiết bị công nghệ cao, nhạy cảm hơn với nguồn điện. Thiết bị lưu điện (UPS) được sử dụng để bảo vệ nguồn điện cũng được quan tâm nhiều hơn. Công suất của UPS có thể từ vài trăm VA (bảo vệ nguồn điện cho máy tính cá nhân, thiết bị tiêu thụ điện công suất nhỏ) đến hàng triệu VA (MVA – bảo vệ nguồn điện cho các trung tâm dữ liệu, viễn thông lớn). Ở một thời điểm, hoàn cảnh nào đó, có nhiều tên gọi được sử dụng để đặt cho các UPS gây ra một số nhầm lẫn, không rõ ràng cho người sử dụng. Để thuận tiện cho người dùng về việc đánh giá, lựa chọn, vận hành UPS, chúng tôi giới thiệu một số điểm khác biệt của các UPS căn cứ trên phân loại của IEC (International Electrotechnical Commission), Cenelec (European standardisation committee). Tiêu chuẩn IEC 62040-3 và EN 50091-3 đưa ra ba loại UPS và các cách để sử dụng đúng giá trị, hiệu năng của các loại UPS này. UPS được gọi với tên “On-line” (trực tuyến) được sử dụng từ những năm 1970. Tiếp theo đó, vào những năm 1980, UPS với tên gọi “Off-line” (dự phòng thụ động/ Passive standby)- ngược với “On-line”- được sử dụng để đáp ứng yêu cầu rộng rãi hơn cho các loại tải khác nhau. Và vào những năm 1990, thuật ngữ “Line-interactive” (tương tác đường dây) được sử dụng, đánh dấu sự ra đời của loại UPS thứ ba – UPS chuyển đổi thuận nghịch. Tuy nhiên, nhiều tên gọi khác của loại “Line-interactive” cũng được nhắc đến như “In-line” hoặc một số trường hợp được gọi là “On-line”.

  1. Phân biệt điểm khác nhau giữa các công nghệ UPS (Offline/ Line-interactive/ Online)
  2. Về nguyên lý hoạt động

– UPS offline: Khi có nguồn điện lưới UPS sẽ cho điện lưới thẳng tới phụ tải. Khi mất điện, tải sẽ được chuyển mạch cấp điện từ ắc quy qua bộ inverter. Như vậy, chất lượng nguồn điện ra từ UPS hoàn phụ thuộc vào chất lượng của nguồn điện vào UPS.

Hình 1

Hình 1: Nguyên lý hoạt động của UPS công nghệ offline

– UPS Line-interactive  hay UPS offline công nghệ Line-interactive (UPS công nghệ tương tác đường dây) có thêm bộ điều chỉnh điện áp tự động AVR được nắp đặt theo từng thiết kế của nhà sản xuất. Khi có nguồn điện lưới UPS sẽ cho điện lưới qua bộ AVR rồi tới tải. Khi mất điện, điện từ ắc quy qua bộ inverter qua bộ AVR tới tải. Như vậy, nhờ bộ tự động điều chỉnh điện áp AVR, điện áp đầu ra của UPS được ổn định, không phụ thuộc vào điện áp của nguồn đầu vào.

Hình 2

Hình 2: Nguyên lý hoạt động của UPS công nghệ Line-interactive

– UPS Online: Hoạt động theo nguyên tắc chuyển đổi kép: từ AC sang DC sau đó chuyển ngược DC sang AC. Do đó nguồn điện cung cấp cho tải hoàn toàn do UPS tạo ra đảm bảo ổn định cả về điện áp và tần số. Điều này làm cho các thiết bị được cung cấp điện bởi UPS hầu như cách ly hoàn toàn với sự thay đổi của lưới điện. Vì vậy, nguồn do UPS online tạo ra là nguồn điện sạch (lọc hầu hết các sự cố trên lưới điện), chống nhiễu hoàn toàn.

Hinh 3

Hình 3: Nguyên lý hoạt động của UPS công nghệ Online

  1. Ưu nhược điểm và sự khác nhau giữa các công nghệ UPS (Offline/ Line-interactive/ Online)

Hinh 4UPS công nghệ “Off-line/ Standby” rõ ràng có nhiều yếu điểm nhất so với các UPS công nghệ “On-line” và “Line-interactive” do được thiết kế đáp ứng yêu cầu tối thiểu là lưu điện và mang đến một chi phí nhỏ nhất cho các ứng dụng cơ bản của người dùng máy tính cá nhân. Theo bảng liệt kê trên, ta nhận thấy hiệu suất sử dụng của UPS “On-line” đạt thấp nhất. Nguyên nhân là cả bộ nạp ắc quy và bộ nghịch lưu chuyển đổi đầy đủ công suất tải theo thiết kế dẫn đến phát sinh nhiệt không mong muốn ra môi trường. Mặt khác, bộ nghịch lưu sử dụng liên tục dẫn đến độ tin cậy của hệ thống giảm, do tuổi thọ sử dụng giảm dần, cần bảo dưỡng hệ thống nhiều hơn. Trong khi đó, dòng điện vào bộ nạp ắc quy lớn thường không tuyến tính nên gây các ảnh hưởng không tốt đến mạng điện và máy phát điện dự phòng. Tuy nhiên, ưu điểm của UPS “On-line” là loại trừ được các đặc tính không tốt của nguồn điện lưới như méo hài, trượt tần, xung chuyển mạch… mà các UPS “Line-interactive” hay “Off-line” không có được do toàn bộ công suất điện lưới xoay chiều AC được chuyển đổi thành nguồn một chiều DC trước khi được biến đổi ngược trở lại thanh nguồn xoay chiều cấp đến tải tiêu thụ điện.

Một ưu điểm khác của UPS “On-line” là chấp nhận nguồn điện lưới có điện áp thấp hơn so với UPS “Line-interactive” hay “Off-line” trong trường hợp UPS vận hành không đầy tải. Hơn nữa, với cấu trúc bao gồm mạch nối tắt “bypass” giúp UPS “On-line” có thể vận hành ngay cả khi có lỗi một trong các thành phần của mạch chuyển đổi kép với thời gian chuyển đổi tương đương với UPS “Line-interactive”. Với cùng một mức công suất, kích thước của UPS “On-line” thường nhỏ gọn hơn các UPS “Line-interactive”. UPS “On-line” cho phép chuyển đổi tần số từ 50Hz thành 60Hz (và ngược lại) khi cần  UPS “On-line” còn được là loại UPS VFI (Voltage and Frequency Independent) – điện áp và tần số không phụ thuộc nguồn điện lưới đầu vào.

Đối với UPS “Line-interactive” điện áp được ổn định nhờ bộ điều chỉnh điện áp tự động (AVR), bộ lọc được lắp đặt theo từng thiết kế của các nhà sản xuất. Đây là ưu điểm so với UPS “Off-line/ Standby”, nhưng là yếu điểm có với UPS “On-line”.

III. Ứng dụng cho các loại UPS

Căn cứ các ưu điểm, yếu điểm ở trên, người sử dụng có thể lựa chọn UPS đáp ứng yêu cầu bảo vệ cho từng loại thiết bị cụ thể, đồng thời tối ưu hóa tổng chi phí cho người sử dụng. Sơ bộ, ứng dụng bảo vệ của các UPS theo công nghệ có thể lựa chọn theo khuyến cáo sau:

UPS “Off-line”: máy tính các nhân, điện thoại cố định …

UPS “Line-interactive”: máy trạm, thiết bị mạng nhỏ, cửa cuốn, thang máy …

UPS “On-line”: máy chủ, thiết bị mạng quan trọng, thiết bị viễn thông, công nghiệp …

Trang chủ ]  [ Trở lại ]