Tài liệu Nguyên Lý hoạt động nguồn UPS docx

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.
Như vậy thì bên trong mỗi UPS đều có ắc quy. Bạn nghĩ rằng chúng có một cái?
Không, mà là hai chiếc để có một điện áp khoảng 24Vdc.
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)
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 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:
(lưu ý rằng hình minh hoạ này có thể chứa các ngôn ngữ không quen thuộc đối với

bạn)
Sơ đồ tóm tắt nguyên lý của UPS offline
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.
Sơ đồ tóm tắt nguyên lý làm việc của UPS offline
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) không có thời gian chờ đủ lâu để cung cấp điện cho các linh
kiện khác. Rất nhiều người đã gặp điều này.
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)
Sơ đồ tóm tắt nguyên lý của UPS: Line interactive
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.
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.
Line-Interactive_UPS_Diagram
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.
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:
Sơ đồ tóm tắt nguyên lý của UPS online
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.