GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay với sự phát triến vượt bậc của khoa học công nghệ, các thiết bị điện đã
dần phố biến trên khắp đất nước. Nhưng một thực trạng hiện nay là tình trạng thiếu năng
lượng hoặc sự cố gây mất điện vẫn diễn ra thường xuyên. Những sự cố mất điện bất ngờ
như vậy có the gây hại hoặc hư hỏng cho các thiết bị điện, cũng như có the gây những hậu
quả nghiêm trọng hơn ví dụ như dừng hoạt động của hệ thống đèn tín hiệu giao thông ,
mất dữ liệu trên máy tính hoặc server....
Vì vậy cần có một thiết bị có the cung cấp năng lượng tạm thời khi mất điện đột
ngột . UPS (Uninterruptible Power Supply) ra đời nhằm đáp ứng yêu cầu cung cấp một
nguồn điện liên tục cho các thiết bị điện trước các sự cố mất điện bất ngờ. Sau đó nhiều
chức năng khác như chống sét, lọc nhiễu, ốn tần, ốn áp được phát triển thêm vào UPS
giúp thiết bị có thể đáp ứng được các yêu cầu của một nguồn điện liên tục.
Trong đề tài này sẽ nghiên cứu phát triển dòng UPS online có thời gian chuyển
mạch ngắn nhất phù hợp với các thiết bị có độ nhạy về điện cao. Ứng dụng vi xử lý pic
16f877a vào mạch điện công suất.

GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân

Trang 1

SVTH: Phạm Hào Kiệt
Nguyễn Minh Đức


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H

MỤC LỤC

GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân

Trang 2

SVTH: Phạm Hào Kiệt
Nguyễn Minh Đức


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ UPS

1.1. Giới thiệu về UPS
UPS (Uninterruptible Power Supply) là một thiết bị có thể cung cấp tạm thời điện
năng nhằm duy trì sự hoạt động của thiết bị sử dụng điện lưới gặp sự cố (mất điện, sụt giảm
điện áp quá thấp, sự cố khác...) trong một khoảng thời gian với công suất giới hạn theo khả
năng của nó.
UPS có 2 dòng chính là UPS offline và UPS online
UPS online:

Là dòng cao cấp: Thường có công suất từ 1KVA trở lên. Không có thời gian chuyển
mạch (=0) giữa các chế độ, sóng ra luôn luôn là hình Sine (sine wave) chuẩn (kể cả chế
độ backup) và mức điện áp là 220V. Thường có kết nối máy tính, có chống sét lan truyền,
thường dùng cho thiết bị cao cấp hơn như Server, máy xét nghiệm, ATM, hệ thống điều
khiển,... Nếu cần thời gian lưu điện dài thì có thể dùng loại acquy ngoài (dòng Offline
không có khả năng này). Hệ số công suất thường là 0.7, có cống kết nối máy tính, quản lý
GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân

Trang 3

SVTH: Phạm Hào Kiệt

Nguyễn Minh Đức


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H

bằng phần mềm... Và giá cũng đắt hơn.
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.
Các tính năng khác của UPS:
Chống sét cho đường dây điện thoại hoặc đường Internet.Giúp người sử dụng có thể
an toàn hơn hoặc quản lý điện năng tốt hơn với máy tính.Cổng giao tiếp với máy tính.
Đèn LED hiển thị, âm báo, đèn LCD....
UPS online không có thời gian chuyển mạch khi nối lưới và có thể kết nối với acquy
ngoài nên được sử dụng rất nhiều trong các thiết bị quân sự, thông tin liên lạc, những thiết
bị cần thời gian sử dụng lâu, không có thời gian tre.
Dưới đây là nguyên lý làm việc đơn giản của UPS online.

GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân

Trang 4

SVTH: Phạm Hào Kiệt
Nguyễn Minh Đức


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H

Ở đây, chúng ta thấy rằng việc cung cấp điện cho thiết bị tiêu thụ là hoàn toàn liên tục
khi có sự cố về lưới điện. Hãy phân tích sơ dồ dưới góc độ người sử dụng như sau: Nguồn
điện lưới lúc này không cung cấp trực tiếp cho các thiết bị mà chúng được biến đổi thành
điện một chiều tương ứng với điện áp của acquy. Sơ đồ trên ta thấy được rằng điện từ lưới
thông qua bộ sạc (chargeur trên sơ đồ) biến đổi điện xoay chiều (AC) thành điện một chiều
(DC) nạp vào acquy (batterie) rồi qua bộ nghịch lưu (onduluer) chuyển ngược lại thành điện
xoay chiều phù hợp với điện áp của 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 thời gian trễ nào. Điều này làm cho các
thiết bị an toàn và ốn định.
UPS online luôn ốn định điện áp đầu ra. Vì vậy không cần phải có một bộ ốn áp để bảo
vệ tránh hiện tượng quá điện áp cho thiết bị.
Phần tiếp theo chúng ta sẽ bàn về mạch nghịch lưu và nguyên lý hoạt động của mạch
nghịch lưu từ acquy dùng cầu H.

1.2. Giới thiệu về bộ chỉnh lưu
1.2.1. Sơ đồ:
M
T1

U1

T2

+

E

R

U2
T4

L
T3

N

Chỉnh lưu cầu một pha.

GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân

Trang 5

SVTH: Phạm Hào Kiệt
Nguyễn Minh Đức


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H

1.2.2. Nguyên lý hoạt động:
Trong sơ đồ có 4 Tiristor đựơc điều khiển bằng các xung dòng tương ứng i t1, it2, it3,

it4.

Mạch chỉnh lưu dược cung cấp một điện áp xoay chiều qua máy biến áp với điện áp
U2 = U2msin ωt (v).
Các xung điều khiển này có cùng chu kỳ với u2 nhưng xuất hiện sau u2.
Các xung it1 và it3 xuất hiện sau u2 một góc α.
Các xung it2 và it4 xuất hiện sau u2 một góc π +α.
Các Trisisto này sẽ tự động khoá lại khi u2 =0.
Phụ tải được biểu diễn bằng một sức phản điện động E, điện trở R và điện cảm L.
Ta chỉ xét mạch này khi L rất lớn và E nhỏ hơn giá trị trung bình của điện áp chỉnh
lưu. Trong trường hợp này, mạch làm việc ở chế độ cung cấp liên tục, dòng qua phụ tải
hầu như không đổi và bằng giá trị trung bình của nó Id.
Tương ứng với góc mở ta có hai chế độ làm việc của mạch chỉnh lưu là:
-

Khi α < π /2 và E < 0 mạch làm việc ở chế độ chỉnh lưu.

-

Khi α > π /2 và E > 0 mạch làm việc chế độ nghịch lưu phụ thuộc.
Ta chỉ xét trường hợp mạch làm việc ở chế độ chỉnh lưu với góc điều khiển α < π /2
và E > 0.
1.2.2.1. Hoạt động:
Trong nửa chu kỳ đầu của điện áp chỉnh lưu (0 < ωt < π), U 2 > 0, các Tiristor T1 và
T3 phân cực thuận, ở trạng thái sẵn sàng mở.
Tại thời điểm α = θ1 = ωt1 ta cho xung điều khiển mở T1 và T3 : Ud = U2.
Dòng điện đi từ A qua T1 đến tải rồi qua T3 về B.
Điện áp chỉnh lưu (ở hai đầu phụ tải ) Ud = U2 = U2msin ωt (v).
GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân

Trang 6

SVTH: Phạm Hào Kiệt
Nguyễn Minh Đức


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H

Khi T1 và T3 mở cho dòng chảy qua ta có phương trình để xát định dòng điện qua
tải:
Ldi/dt + R.id + E = U2 = U2msin ωt (v).
Tại lúc góc pha bằng π, U2 = 0 nhưng T1 và T3 vẫn chưa bị khóa vì dòng qua chúng
vẫn còn lớn hơn 0.
Trong nửa chu kỳ sau của điện áp chỉnh lưu (π < ωt< 2π), U 2 < 0 , các Tiristor T2 và
T4 phân cực thuận, ở trạng thái sẵn sàng mở.
Tại thời điểm θ = θ2= ωt2 = π + α ta cho xung điều khiển mở T2 và T4 : Ud = -U2.
Dòng điện đi từ B qua T2 đến tải rồi qua T4 về A.
Điện áp chỉnh lưu (ở hai đầu phụ tải ) Ud = -U2 = -U2msin ωt (v).
Sự mở T2 và T4 làm cho UN = UB v à UM = UA . Do đó điện áp trên T1 và T3 là:
UT1 = UA – UM = UA - UB = U1 < 0.
UT3 = UN – UB = UA - UB = U2 < 0.
Do đó làm cho T1 và T3 tắt một cách tự nhiên.
1.2.2.2. Biểu thức xác định dòng và áp:
Do điện cảm có giá tri rất lớn nên dòng qua tải id là dòng liên tục, id = Id.
Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu:
Ud =

1
Π

Π +α

∫U
α

2m

sin ω .t.dω .t =

2
U 2 mcos α
Π

Do α < π /2 nên Ud luôn dương.
Hay:

Ud = R.Id + E.

Giá trị trung bình dòng qua tải ( dòng chỉnh lưu):

GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân

Trang 7

SVTH: Phạm Hào Kiệt
Nguyễn Minh Đức


IT1,3
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H

Id =

Chỉnh lưu

Ud − E
R

Nghịch lưu phụ thuộc

1.2.2.3. Dạng đường cong điện áp và dòng chỉnh lưu:

IT2,4

id

i2
id
IT2,4

IT1,3

1.2.2.4. Hiện tượng trùng dẫn:
Thực tế khi xét đến điện cảm Lc ( trên cuộn dây thứ cấp MBA), ta có thể biểu diễn
mạch như sau:
GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân

Trang 8

SVTH: Phạm Hào Kiệt
Nguyễn Minh Đức

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H

Id

GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân

Trang 9

SVTH: Phạm Hào Kiệt
Nguyễn Minh Đức


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H

N

M

Lc

GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân

Trang 10
E

SVTH: Phạm Hào Kiệt
Nguyễn Minh Đức


+

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H

Do có điện cảm Lc, nên tại góc α, khi ta cho xung điều khiển mở T 2 và T4

dòng

điện qua T1 và T3 l à it1, it3 không thể giảm đột ngột từ I d xuống 0, và dòng qua T2 và T4
cũng không thể tăng đột ngột từ 0 đến I d . Hiện tượng mở đồng thời cả bốn Tiristor như
vậy gọi là hiện tượng trùng dẫn.
Lúc này cả 4 Tiristor đều mở cho dòng chảy qua, phụ tải bị ngắn mạch, U d = 0,
nguồn e2 cũng bị ngắn mạch sinh ra dòng ngắn mạch ic.
2U 2 sin θ . =

Ta có phương trình:
⇒ is =

2U 2 m θ
sin θ .d .θ =
X 2 α∫

X c .dic
d .θ

2U 2 m
[ cos α − cosθ ]
X2 1

- Hiện tượng trùng dẫn làm cho điện thế tại hai điển M và N bằng nhau và dòng
chỉnh lưu id = 0

- Hiện tượng trùng dẫn bắt dầu từ góc α và kéo dài đến khi iT1,3 giảm đến 0 tại π+α
Đặt ic = ic1+ic2 với ic1 = ic2 = ic/2
ic1 làm tăng dòng trong T4 và làm giảm dòng trong T3
ic2 làm tăng dòng trong T2 và làm giảm dòng trong T1
iT 2, 4 =

2U 2
[ cos α − cos( π + α ) ]
2X c

iT 1,3 = I d [ cos α − cos( π + α ) ]

(A)

GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân

1

1

T1

T2

L
R

Trang 11

SVTH: Phạm Hào Kiệt

Nguyễn Minh Đức


eL

T4

T3

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H

Khi kết thúc giai đoạn trùng dẫn, tức là khi θ=μ, i T1,3 = 0, phương trình chuyển mạch
cos α − cos(θ + α ) =

2X c Id
2U 2

có dạng:

(1)

Xát định sụt ápchỉnh lưu trung bình ΔUμ do hiện tượng trùng dẫn gây ra:
∆Uµ =

1
π

µ

∫

2 sin(θ + α ).dθ =

0

2U 2
[ cos α − cos( µ + α ) ]
π

(2)

Thay (2) vào phương trình (2) ta có được:
∆µ =

2X 2Id
π

Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu khi kể đến hiện tượng trùng dẫn:
U’d = Ud – Δuμ
= Ud −

2X 2Id
π

Ud =

Trong đó:

2 2U 2
cos α

π

Dạng đường cong dòng và áp khi trùng dẫn:

GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân

Trang 12

SVTH: Phạm Hào Kiệt
Nguyễn Minh Đức


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H

id
iT1

iT2

GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân

Trang 13

SVTH: Phạm Hào Kiệt
Nguyễn Minh Đức


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H

1.3. Giới thiệu về bộ nghịch lưu áp 1 pha

Bộ nghịch lưu có nhiệm vụ chuyển đối năng lượng từ nguồn điện một chiều không đối
sang dạng năng lượng điện xoay chiều dể cung cấp cho tải xoay chiều. Đại lượng được điều
khiển ở ngõ ra là điện áp hoặc dòng điện. Tùy theo từng loại mà chúng ta có bộ nghịch lưu áp
hay bộ nghịch lưu dòng. Trong đề tài này, chúng ta giới hạn ở bộ nghịch lưu áp.
Bộ nghịch lưu áp:
Bộ nghịch lưu áp cung cấp và điều khiển điện áp xoay chiều ở ngõ ra. Có ba loại nghịch
lưu áp dành cho từng loại tải tiêu thụ khác nhau.
Bộ nghịch lưu nguồn áp 1 pha dạng cầu (còn gọi là bộ nghịch lưu dạng chữ H) chứa 4
công tắc và 4 diod mắc đối song. (hình 1.2). Trong dạng này, trị trung bình áp tải phụ thuộc
vào thời gian đóng, ngắt các khóa trong mạch. Nhưng phải luôn lưu ý rằng các cặp khóa S1,
S3 và S2, S4 không được đóng đồng thời, nếu không sẽ gây ngắn mạch nguồn gây nguy hiểm
cho người và thiết bị.

Sơ đồ dạng nghịch lưu áp 1 pha dạng cầu
Ngoài ra, còn có bộ nghịch lưu 1 pha dạng nửa cầu có hoặc không có dùng máy biến áp
cách ly phía tải. Ớ dạng này, điện áp tải lớn nhất chỉ bằng /4 điện áp nguồn một chiều. Nhưng
dạng này tiết kiệm được 2 khóa trong khi phải dùng 4 khóa như dạng cầu.

GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân

Trang 14

SVTH: Phạm Hào Kiệt
Nguyễn Minh Đức


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H

Sơ đồ bộ nghịch lưu áp 1 pha nửa cầu không có biến áp (a) có biến áp (b)
1.3.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN BỘ NGHỊCH LƯU ÁP:

Có nhiều loại điều khiến bộ nghịch lưu áp. Có thể kể đến như phương pháp điều

khiếntheo biên độ, phương pháp điều chế độ rộng xung sin (Sin PWM), phương pháp
điều chế theo mẫu, phương pháp điều chế độ rộng xung tối ưu (optimum PWM), phương
pháp điều rộng, phương pháp điều chế vector không gian, ...Các phương pháp trên nhằm
mục tiêu duy nhất là cho điện áp đầu ra có dạng càng gần sin càng tốt. Thông thường
dạng sóng tạo ra có 2 loại: tạo ra sóng sin mô phỏng và true sin (thuần sin). Một sóng sin
mô phỏng có dạng sóng gần với sóng vuông nhưng có giai đoạn chuyến đổi nên gần với
sóng hình sin. Hình dạng của các dạng sóng được vẽ trong. Sóng sin mô phỏng có thế
được tạo dế dàng bằng cách chuyến đổi bởi 3 mức tần số xác định. Do đó, giá thành rẻ.
Tuy nhiên không phải thiết bị nào cũng có thế sử dụng loại nghịch lưu này.

GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân

Trang 15

SVTH: Phạm Hào Kiệt
Nguyễn Minh Đức


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H

Các dạng sóng: sin mô phỏng

(MODIRED SINE WAVE), thuần sin (SINE WAVE), xung vuông (SQUARE
WAVE)
Để tạo ra dạng sóng true sin thì cũng có nhiều phương pháp. Tuy nhiên, trong đề
tài này ta chọn phương pháp điều chế độ rộng xung sin (Sin PWM) vì các ưu điểm của
nó như:
Tín hiệu ra gần đúng với tín hiệu sin chuan (true sin)

Lượng sóng hài bậc cao bị khử nhiều
Có thể kết hợp với vi điều khiển để đơn giản quá trình điều khiển
Giá thành không quá đắt Giải thuật tính toán cũng không quá phức tạp
Điều biến độ rộng xung (Pusle Width Modulation - PWM)
Trong các bộ biến đổi nguồn và động cơ PWM được sử dụng một cách rộng rãi.
Sự thay đổi của độ rộng xung trong tín hiệu PWM được sử dụng để điều khiển tốc độ
động cơ và biến đổi nguồn. Tín hiệu PWM có thể được tạo ra khi sử dụng các bộ vi
điều khiển hoặc các bộ tạo tín hiệu chuyên dụng.
Tín hiệu PWM tương tự sử dụng bộ so sánh hai tín hiệu vào, gồm tín hiệu chuấn và
tín hiệu sóng mang đe tạo ra tín hiệu dựa trên sự sai khác. Tín hiệu chuấn phải có dạng sin
tần số cùng với tần số yêu cầu ở đầu ra, trong khi tín hiệu sóng mang ở dạng sóng răng
GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân

Trang 16

SVTH: Phạm Hào Kiệt
Nguyễn Minh Đức


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H

cưa hay tam giác và thường có tần số lớn hơn tần số chuấn. Khi tín hiệu sóng mang lớn
hơn tín hiệu chuấn, đầu ra của bộ so sánh ở trạng thái thứ nhất (mức thấp) còn ngược lại
đầu ra của bộ so sánh ở trạng thái thứ hai (mức cao).
Quy trình này được mô tả trong hình 1.6. Trong đó, tín hiệu sóng mang (xung tam
giác) có màu đỏ, tín hiệu sin chuấn có màu đen. Sau khi qua bộ so sánh xuất ra tín hiệu ở
bên dưới để đóng ngắt các khóa trong bộ nghịch lưu (ở đây là các khóa trong mạch cầu H
sẽ được nói ở phần tiếp theo).

Sơ đồ cách tạo ra tín hiệu sin PWM

Cần phải nói thêm rằng, trong thực tế ngày nay người ta thường dùng vi điều khiến để
tạo tín hiệu PWM thay cho cách trước đây là tạo ra sóng mang và sóng chuấn rồi đem so
sánh với nhau. Sử dụng vi điều khiến có nhiều ưu điếm:
Độ ốn định cao, do mạch dao động của vi điều khiến sử dụng thạch anh.
Tần số tín hiệu PWM cao: có thế đạt tới vài MHz
Khả nănng điều khiến chính xác, sai số đầu ra có thế đạt đến 1 %
Có thế cùng một lúc tạo nhiều tín hiệu PWM
GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân

Trang 17

SVTH: Phạm Hào Kiệt
Nguyễn Minh Đức


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H

Ngoài ra, ta còn có thế sử dụng các cổng còn lại của vi điềukhiến đế thực hiện các chức
năng khác như giám sát, điều khiến, hiến thị...
Đế khuếch đại tín hiệu PWM đế tránh nhiễu cho cáckhóa người ta thường sử dụng
transistor hoặc các linh kiện chuyến mạch khác (ở đây ta dùng IC ULN2804).Các cấu hình
cầu hoặc bán cầu đã được nói ở trên thường được sử dụng trong trường. Các cấu hình cầu sử
dụng 4 linh kiện chuyến mạch và thường được gọi là cầu H (H Brigde) do hình dạng của nó.
1.3.2. MẠCH CẦU H
Mạch cầu H là một mạch chuyến mạch tạo bởi 4 linh kiện sắp xếp theo hình chữ H.
Bằng cách điều khiến các công tắc trong mạch ta có thế tạo điện áp dương, âm và 0V trên tải.
Mạch cầu H cơ sở được thế hiện qua hình vẽ

Quan hệ giữa tình trạng hoạt động của các linh kiện trong mạch và điện áp trên tải được
mô tả trong bảng 1. Lưu ý là các trường hợp khác đã được loại trừ ví dụ ngắn mạch.

GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân

Trang 18

SVTH: Phạm Hào Kiệt
Nguyễn Minh Đức


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H

1.3.3. CÁC BỘ LỌC TẦN SỐ
Các bộ lọc có nhiều dạng với ưu-nhược điểm khác nhau. Ví dụ các bộ lọc số có cấu

hình đơn giản và có thể được thiết lập bất kỳ tần số nào. Nếu yêu cầu chỉ là lọc thông
thấp/cao/băng với tần số xác định, các bộ lọc tích cực dạng này có thông số kỹ thuật rất
cao và có suy hao không đáng kể. Các bộ lọc này thường được cấu tạo dựa trên các
khuếch đại thuật toán (Op-amp) hay các linh kiện lô-gic. Tuy nhiên, các bộ lọc này có giá
thành cao, và không có khả năng lọc tín hiệu điện áp cao. Để thực hiện lọc điện áp cao
trong các bộ nghịch lưu, người ta thường sử dụng các bộ lọc thụ động. Các bộ lọc này có
giá thành thấp và dễ triển khai trong thực tế.
Sau đây là sơ đồ khối của bộ nghịch lưu dùng cầu H cho UPS online

GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân

Trang 19

SVTH: Phạm Hào Kiệt
Nguyễn Minh Đức

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H

1.4. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ACQUY
Acquy là nguồn năng lượng có tính thuận nghịch. Nó tích trữ năng lượng dưới dạng
hóa năng và giải phóng năng lượng dưới dạng điện năng. Dòng điện trong bình acquy tạo
ra do phản ứng điện phân giữa vật liệu trên bản cực và dung dịch H 2SO4. Hiện nay chúng
ta có nhiều loại acquy, nhưng có 2 loại cơ bản là acquy axit và acquy kiềm.
Bình acquy được làm từ nhiều tế bào acquy (cell), ta gọi đó là những acquy đơn,
được đặt trong 1 vỏ bọc bằng cao su cứng hay nhựa cứng.

Mỗi acquy đơn có điện thế khoảng 2V. Acquy 12V có 6 acquy đơn mắc nối tiếp.
Muốn có điện thế cao hơn ta mắc nối tiếp nhiều acquy lại với nhau.
Trên nắp mỗi acquy đơn có đặt nắp thông hơi, với mục đích:
Để đậy kín acquy, khi cần thêm nước thì mở ra thêm nước vào.
Khi nạp thì người ta mở nắp này để chất khí hình thành có khí thoát ra.
Dung dịch điện phân là H2SO4, nồng độ dung dịch có ảnh hưởng lớn đến sức
điện động của acquy, thể hiện trong sơ đồ sau:

GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân

Trang 20

SVTH: Phạm Hào Kiệt
Nguyễn Minh Đức


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H

Ảnh hưởng của nồng độ dd tới điện trở và sức điện động

Thông thường nồng độH2SO4 = 1.1 - 1.3g/cm3
1.4.1. Quá trình hóa học xảy ra trong acquy axit
Trong acquy thường xảy ra hai quá trình hóa học thuận nghịch đặc trưng là quá
trình nạp và phóng điện.
Khinạp nhờ nguồn điện ở mạch ngoài mà các eletron chuyến động từ bản cực âm
đến bản cực dương, đây chính là dòng điện nạp I n Khi phóng điện, dưới tác động của sức
điện động acquy, các electron sẽ chuyến động theo hướng ngược lại.
Khi acquy đã nạp no, ở bản cực dương còn lại là PbO 2, còn ở bản cực âm là chì xốp
Pb. Khi phóng hết điện, chất tác dụng ở 2 bản cực đêu trở thành PbSO 4 ở dạng tinh thế
nhỏ.quá trình chuyển đổi trong ac quy.
Trạng thái Acquy

Cực dương

Dung dịch điện phân

Bản cực âm

Nạp no

PbO2

H2SO4

Pb

E

E

E

E

GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân

Trang 21

SVTH: Phạm Hào Kiệt
Nguyễn Minh Đức


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H

Phóng điện hết

PbSO4

H2O

PbSO4

Khi phóng điện, axit H2SO4 bị hấp thụ để tạo thành muốn sunfat, còn tạo ra nước, do
đó nồng độ dung dịch giảm đi. Khi nạp điện thì ngược lại, nhờ hấp thụ nước và tái sinh ra
axít H2SO4 nên nồng độ dung dịch tăng lên. Sự thay đổi nồng độ dung dịch điện phân khi
phóng và nạp là một trong những dấu hiệu xác định trạng thái tích điện của acquy.
1.4.2. Các thông số cơ bản của acquy
1.4.2.1. Sức điện động:

Sức điện động phụ thuộc nồng độ của dung dịch điện phân

Eo = 0.85 + Y (V)
Trong đó: E0: sức điện động của acquy đơn (V)
y: nồng độ dung dịch điện phân (g/cm3)
Trong quá trình phóng điện, sức điện động của acquy được tính theo công thức:
E

p _ Up + Ip-raq

Trong đó: Ep: sức điện động của acquy phóng điện.
Up: điện áp đo trên các cực của acquy khi phóng điện I p: dòng điện phóng raq : điện
trở trong của acquy Trong quá trình nạp điện, sức điện động En được tính:
E

n = Un — In-raq

Trong đó:

En: sức điện động của acquy khi nạp điện

In: dòng điện nạp
Un: điện áp đo trên các cực của acquy khi nạp điện R aq: điện trở trong của acquy
2.2.2.Dung lượng phóng
Dung lượng phóng của acquy là đại lượng đánh giá khả năng cung cấp năng lượng
của acquy cho phụ tải, được tính theo công thức:
Cp = Ip.tp
GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân

Trang 22

SVTH: Phạm Hào Kiệt

Nguyễn Minh Đức


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H

Trong đó:

Cp: dung lượng thu được trong quá trình phóng điện (Ah)

Ip: dòng điện phóng ổn định trong thời gian phóng điện tp
tQ0(%)

1.4.3. Dung lượng nạp
Dung lượng nạp của acquy là đại lượng đánh giá khả năng tích trữ năng lượng của

acquy:
Cn = In. tn
Trong đó: Cn: dung lượng thu được trong quá trình nạp điện (Ah) I n: dòng điện nạp
ổn định trong thời gian nạp tn
1.4.4. Đặc tính phóng của acquy
Đặc tính phóng của acquy là đồ thì biểu diễn quan hệ phụ thuộc của sức điện động,

điện áp acquy và nồng độ dung dịch điện phân theo thời gian phóng khi dòng điện phóng
không đổi.

GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân

Trang 23

SVTH: Phạm Hào Kiệt

Nguyễn Minh Đức


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H

Đặc tính phóng của ac quy
Trong khoảng thời gian phóng từ tp = 0 đến tp = tgh, sức điện động, điện áp, nồng độ
dung dịch điện phân giảm dần. Tuy nhiên trong khoảng thời gian này độ dốc của các đồ
thì không lớn, ta gọi đó là giai đoạn phóng ổn định.
Từ thời điểm tgh trở đi độ dốc các đồ thị thay đổi đột ngột. Nếu tiếp tục cho acquy
phóng điện sau tgh thì sức điện động, điện áp của acquy sẽ giảm rất nhanh; mặt khác, các
tinh thể PbSO4 tạo thành trong phản ứng sẽ có dạng thô, rắn rất khó hòa tan (biến đổi hóa
học) trong quá trình nạp điện trở lại cho acquy sau này. Như vậy không nên để acquy tiếp
tục phóng điện sau khoảng thời gian tgh này.
Sau khi ngắt mạch phóng một khoảng thời gian, các giá trị sức điện động, điện áp
acquy, nồng độ dung dịch điện phân lại tăng lên, ta gọi đây là thời gian hồi phục hay khoảng
nghỉ của acquy sau khi phóng.

GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân

Trang 24

SVTH: Phạm Hào Kiệt
Nguyễn Minh Đức


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H

1.5. Giới thiệu vi điều khiển PIC 16F877A

GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân

Trang 25

SVTH: Phạm Hào Kiệt
Nguyễn Minh Đức