XÁC ĐỊNH NGUYÊN NHÂN VÀ XÂY DỰNG CÁC BIỆN PHÁP GIẢM NHỎ TỔN HAO TRONG BỘ LƯU ĐIỆN (UPS)

Ăc qui

XÁC ĐỊNH NGUYÊN NHÂN VÀ XÂY DỰNG CÁC BIỆN PHÁP
GIẢM NHỎ TỔN HAO TRONG BỘ LƯU ĐIỆN (UPS)
1. Tính cấp thiết của đề tài :
Hiện nay kỹ thuật số đã phát triển không ngừng và đã thâm nhập vào rất nhiều
các lĩnh vực : Công nghệ thông tin, điện tử, viễn thông, y tế... Khi hoạt động, tất cả các
thiết bị phải đều có nguồn cung cấp và hơn nữa còn đòi hỏi nguồn nuôi phải ổn định,
được duy trì liên tục. Nếu nguồn bị gián đoạn thì không những mất số liệu, chậm truyền
tin, tê liệt chức năng . . . mà còn có thể thiệt hại rất lớn về kinh tế . Do vậy nguồn điện
không gián đoạn ra đời là một nhu cầu tất yếu, UPS là một thiết bị làm nhiệm vụ cung
cấp nguồn điện xoay chiều chất lượng cao đáp ứng được nhu cầu trên. Tuy nhiên, khi sử
dụng UPS sẽ gây ra sự tiêu tốn một năng lượng nhất định trong hệ thống cấp nguồn nói
chung do vậy nghiên cứu nguyên nhân và tìm kiếm các biện pháp giảm nhỏ tổn hao
trong UPS là vấn đề có tính cấp thiết.
Được sự hướng dẫn của TS TrầnVăn Minh , nhóm sinh viên chúng tôi đưa ra một
số phương pháp làm giảm tổn hao trong UPS. Do khả năng còn hạn chế chắc sẽ không
thể tránh khỏi một số thiếu sót. Rất mong được sự góp ý của các thầy cô và các bạn .
2. Nội dung khoa học của đề tài
2.1. Sơ đồ khối tổng quát và nguyênlý hoạt động của UPS:
Hình 1: Sơ đồ khối của UPS
Ngoài các khối chính trên,trong UPS còn có các mạch bảo vệ, mạch cảnh báo,
mạch điều khiển phóng nạp cho acquy, bộ lọc nhiễu...
2.2. Nguyên lý hoạt động của UPS
AC
DC

DC
AC

Công tắc

tĩnh
Nguồn AC v oà

Nguồn điện không gián đoạn UPS thường gồm mạch chỉnh lưu, bộ nghịch biến,
ắc quy, tổ máy phát điện và công tắc tĩnh. Mạch chỉnh lưu là nguồn cung cấp một chiều
cho máy nghịch biến. Ăc quy để lưu trữ điện năng. Khi nguồn điện xoay chiều ở mạng
điện lưới bình thường, máy chỉnh lưu ngoài việc cung cấp công suất một chiều cho máy
nghịch biến , còn nạp điện cho ăcquy. Khi nguồn điện thành phố bị ngắt, ăcquy lại cung
cấp một chiều cho máy nghịch biến. Khi nguồn điện lưới bị ngắt quá lâu, do dung lượng
của ắcquy có hạn, nên không đáp ứng yêu cầu của phụ tải. Khi đó, tổ máy phát điện
được khởi động để đảm bảo việc cung ứng điện không bị ngắt quãng. Nếu máy nghịch
biến gặp sự cố, qua công tắc tĩnh, có thể tự động chuyển tiếp phụ tải từ máy nghịch biến
sang nguồn điện lưới.
2.3. Mạch điện điển hình của các khối chức năng
Mạch điện các khối chức năng trong một UPS cũng rất đa dạng. Để đánh gia được
các nguyên nhân gây tổn hao nói chung và tong khối nói riêng, trong mục này ta sẽ xét
một vài loại mạch điển hình.
• Khối chỉnh lưu:
Trong hệ thống UPS, khối chỉnh lưu bao gồm biến áp và mạch chỉnh lưu có điều
khiển.

Hình 2 : Mạch chỉnh lưu cầu 3 pha có điều khiển
• Khối nghịch biến:
Khối nghịch biến là phần mạch biến đổi nguồn điện một chiều ra dòng điện xoay
chiều có tần số mong muốn.
• Khối ăcquy

_

+

C

L


Các chướng ngại trên ăquy là hiện tượng tự phóng điện, nạp quá no, bản cực bị
sunfat hoá, đoản mạch ăcquy, sự mất nước . Để tránh các chướng ngại trên , trong sử
dụng, ta cần phải chú ý tới nhiệt độ làm việc của ăcquy (thường là 20 độ là thích hợp và
nhiệt độ cho phép không quá 50 độ). Nếu nhiệt độ làm việc bị tăng, sẽ gây ra hiện tượng
tiêu hao dung lượn một cách vô ích, mặc dù ăcquy không nối với tải tiêu thụ .
Ăcquy chính là yếu tố để tạo ra đặc tính không gián đoạn. Và để tăng thời gian
duy trì cung cấp điện cho tải, ta cần tìm cách để tăng năng lượng dự trữ .
• Sơ đồ phân bố tổn thất.
• Các nguyên nhân gây tổn hao:
+ Tổn hao trên máy biến áp:
+ Tổn hao bóng cầu dao công suất:
+ Tổn hao trên van tinh thể:
+ Tổ hao trên mạch nạp điện:
3. Phương pháp nghiên cứu
Một số phương án giảm tổn hao :
• Phương án 1: Tăng cơ số song song của bóng cầu dao công suất:
Qua nghiên cứu ,người ta đã tìm ra công thức tính tổn hao trong bóng cầu dao công
suất như sau:

2
..
2
.
.2

.
FIkUI
N
RI
Loss
avgtavg
trms
++=
Dựa vào công thức tính tổn hao này, để làm giảm tổn hao trên các bóng tinh thể ta
có thể thay đổi các đại lượng là: F, N.
Việc chọn tần số F sẽ được chọn từ trước, nếu F nhỏ quá sẽ dẫn đến giảm chất
lượng của sóng sin ở đầu ra . Còn nếu F cao quá gây tổn hao lớn và một phần điện nằg
có thể bị bức xạ ra ngoài. N là cơ số bóng mắc song song, việc ta tăng cơ số bóng sẽ làm
giảm dòng điện làm việc của bóng, vì dòng điện làm việc tốt nhất của bóng cầu dao
công suất là rất nhỏ. Do vậy việc tăng cơ số song song bóng cầu dao công suất sẽ làm
giảm tổn hao, nếu như lượng công suất tổn hao giảm đi do tăng N lớn hơn lượng tăng
công suất tổn hao do dùng thêm bóng cầu dao công suất.
Đại lượng điện áp sụt trên bóng cầu dao công suất là thuộc về công nghệ chế tạo,
cho nên ta không thể thay đổi.
• Phương án 2 :Dùng máy ổn áp 3 đầu nối
Do cần 2 lần biến đổi chỉnh lưu và nghịch biến, nên tổng hiệu suất của hệ thống
tương đối thấp. Để nâng cao hiệu suất, người ta dùng nguồn điện không gián đoạn chủ
yếu do nguồn điện thành phố, máy chỉnh lưu, ac-quy điện và máy ổn áp ba đầu nối cấu
thành.(hình minh hoạ).

(a)
(b)
Hình 3: a. Mạch nguyênlý máy biến áp 3 đầu nối.
b. Mạch đẳng hiệu.
• Phương án 3 : Dùng nguồn chuyển mạch.

Một trong những cách thức để làm giảm tổn hao là bằng cách thay đổi cấu trúc trong
UPS .ở đây,ta có thể dùng nguồn chuyển mạch,với tính năng:từ một điện áp vào bất kỳ,
có thể cho ra điện áp một chiều theo trị số mong muốn,tới bộ nghịch biến.Nguồn chuyển
mạch cũng gần như một bộ nguồn ổn áp ,do vậy nó sẽ đảm bảo bộ nghịch biến hoạt
động hiệu quả hơn và tránh những tổn hao do chập chờn của điện luới
• Phương án 4: Cơ sở chọn cấu kiện phù hợp
Có nhiều cách chọn linh kiện dựa vào các đặc điểm cấu tạo từng mạch và chỉ tiêu đặt ra
cho từng mạch.
• Phương án 5 : Mắc thêm Diot song song:
C
U2
U1
L2
L1
Phụ tải
Máy nghịch biến
Mạch điều
tiết
Phụ tải
Đầu ra xoay chiều

Hình 4: Mạch chỉnh lưu câu 3 pha có điều khiển
Để nâng cao hệ số công suất và hiệu suất của mạch chỉnh lưu cầu 3 pha có điều khiển
mắc thêm vào mạch các điot như hình vẽ trên:
Mạch này nâng cao điện áp và dòng ra một chiều vì trong mạch luôn có dòng qua
kể cả tại thời điểm không có Thyristor nào thông nên nó cho dòng ra lớn hơn so với
trường hợp không mắc thêm điốt.
4. ứng dụng thực tiễn của đề tài.
Kết quả nghiên cứu cứu của đề tài có thể dùng làm tài liệu tham khảo trong lĩnh
vực nguồn. Cụ thể là hiểu rõ hơn về nguyênlý cấu tạo cũng như nguyênlý hoạt động của

bộ nguồn không gián đoạn như thế nào và sơ đồ phân bố tổn thất. Từ đó sẽ xây dựng
được các phương án làm giảm tổn hao cho bộ nguồn.
Do thời gian và một số hạn chế nên đề tài chỉ dừng lại ở mức độlý thuyết. Nếu có
đầy đủ điều kiện trang thiết bị thì đề tài sẽ là cơ sở quan trọng để xây dựng nên bộ
nguồn không gián đoạn tối ưu nhất.
C
B
A
Đầu v o ACà
Đầu ra tải DC
Bộ lọc
+