Trong cuộc sống hiện đại, việc bảo vệ thiết bị điện tử và đảm bảo hoạt động liên tục của chúng trở nên ngày càng quan trọng. Đó là lý do tại sao bộ lưu điện UPS (Uninterruptible Power Supply) đã trở thành một giải pháp không thể thiếu trong các hộ gia đình, văn phòng và các môi trường kinh doanh. Nhưng bạn đã hiểu rõ về bộ lưu điện UPS là gì và tại sao nó lại quan trọng như vậy?
Trong bài viết này, chúng tôi sẽ giải thích cụ thể về bộ lưu điện UPS và công dụng quan trọng của nó. Bạn sẽ hiểu rõ hơn về cách hoạt động của bộ lưu điện UPS, tại sao nó cần thiết cho việc bảo vệ thiết bị điện tử và lợi ích mà nó mang lại. Đồng thời, chúng tôi sẽ giới thiệu những loại bộ lưu điện UPS phổ biến và những yếu tố quan trọng cần xem xét khi chọn mua một bộ lưu điện UPS phù hợp.
Hãy cùng khám phá thế giới của bộ lưu điện UPS và tìm hiểu vì sao nó là một công nghệ không thể thiếu trong thời đại số hóa ngày nay!
Bộ lưu điện là gì?
Bộ lưu điện hay còn gọi UPS (viết tắt của từ Uninterruptible Power Supply) là thiết bị có chức năng lưu trữ điện năng dự phòng vào ắc quy bộ lưu điện có sẵn. Khi nguồn điện lưới xảy ra sự cố chập chờn, chạm mạch, mất điện hay điện áp bị tăng giảm đột ngột thì bộ lưu điện sẽ cấp nguồn liên tục cho các thiết bị điện, điện tử. Vai trò của UPS là đảm bảo duy trì nguồn điện ổn định trong một khoảng thời gian (tùy theo công suất thiết kế ban đầu và dung lượng ắc quy) để các thiết bị ngoại vi tiếp tục vận hành cho đến khi được tắt đúng cách, hoặc máy phát điện hoạt động. Hay nói cách khác, bộ lưu điện UPS giúp các thiết bị, máy tính được hoạt động liên tục dù có xảy ra bất kì sự cố điện nào khác.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bộ lưu điện
Bộ lưu điện UPS là một thiết bị điện hữu ích với cấu tạo và nguyên lý tương đối phức tạp, có thể hiểu ngắn ngọn là được cấu thành từ những bộ phận tải và lưu điện với cơ chế hoạt động tự chuyển mạch điện áp để tương thích với thiết bị cần tải điện. Dưới đây là chi tiết cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bộ lưu điện.
Cấu tạo chung của bộ lưu điện
Bên trong bộ lưu trữ điện dự phòng UPS hoàn chỉnh sẽ được cấu thành cơ bản từ các bộ phận chính gồm:
- Bình ắc quy (Battery): là bộ phận dùng để tích trữ nguồn điện dự phòng, vị trí lắp đặt tùy theo model được tích hợp trực tiếp hoặc gắn ngoài.
- Bộ sạc điện (Charger): có vai trò nạp điện trực tiếp cho bình ắc quy.
- Bộ chỉnh lưu (Rectifier): giúp chuyển đổi dòng điện xoay chiều (AC) thành dòng điện một chiều (DC).
- Bộ nghịch lưu (Inverter): giúp chuyển đổi dòng điện một chiều (DC) thành dòng điện xoay chiều (AC).
Bên ngoài thì bộ lưu điện UPS có thiết kế tương đới đơn giản với gam màu đa phần là đen hoặc trắng. Hệ thống điều khiển bằng nút bấm hoặc cao cấp hơn là cảm ứng, đặc biệt nhiều model UPS Online còn được trang bị thêm màn hình LCD giúp hiển thị nhiều thông số khác như như dung lượng pin, tần số, công suất tiêu thụ,…
Nguyên lý hoạt động của UPS
Bộ lưu điện UPS có nguyên lý hoạt động chung là tích điện năng vào 1 hoặc nhiều bình ắc quy. Sử dụng một bo mạch biến đổi điện áp 1 chiều từ bình ắc quy sang dòng điện xoay chiều sau đó chuyển điện năng vào thiết bị cần lưu tải với tần số và điện áp phù hợp với yêu cầu sử dụng 380Vac 60Hz, 220Vac 50Hz hoặc 110Vac 60Hz.
Cơ chế kích hoạt UPS có thể hiểu đơn giản như sau:
- Khi có điện lưới thì ắc quy của bộ lưu điện UPS sẽ được tích điện.
- Khi điện lưới gặp sự cố thì dòng điện một chiều từ ắc quy của bộ lưu điện UPS sẽ được nghịch lưu thành dòng điện xoay chiều để cấp cho thiết bị điện.
- Sau khi điện lưới ổn định lại thì dòng điện xoay chiều đi qua UPS sẽ được chỉnh lưu lại thành dòng điện 1 chiều để tiếp tục tích điện dùng cho lần sau.
Các chế độ lưu điện phổ biến của UPS
Ngoài ra, nguyên lý hoạt động của bộ lưu điện UPS có thể phụ thuộc vào từng chế độ hoạt động tích hợp trên thiết bị, phù hợp với công suất thiết kế riêng cho từng loại thiết bị tải để đáp ứng nhu cầu thời gian và backup. Chi tiết như bên dưới.
-
UPS hoạt động ở chế độ inverter
Bộ lưu điện khi hoạt động ở chế độ inverter sẽ lấy nguồn trực tiếp từ lưới điện, thông qua bộ lọc, chỉnh lưu dòng điện AC thành dòng điện một chiều DC để đưa vào bo mạch công suất IGBT (inverter), khi dòng điện DC ổn định sẽ được nghịch lưu thành AC xoay chiều cấp điện cho tải.
-
UPS hoạt động ở chế độ ắc quy
Chế độ ắc quy phổ biến với các dòng UPS hiện nay với sự tiện lợi khi nguồn lưới điện có sự cố, bộ lưu điện sẽ chuyển mạch trong 0ms qua chế độ hoạt động với ắc quy và trở thành nguồn điện cấp cho bộ lưu điện, nguồn DC từ ắc quy được chuyển đổi thành nguồn AC xoay chiều cấp cho tải thông qua bộ IGBT.
-
UPS hoạt động ở chế độ ECO (chế độ tiết kiệm năng lượng)
Ở chế độ ECO thì bộ lưu điện UPS vẫn dùng nguồn điện lưới sạc cho ắc quy, đồng thời bật đường dẫn bypass và inverter hoạt động cùng lúc để cấp điện cho tải với hiệu suất cao nhất.
-
UPS hoạt động ở chế độ bypass
Chế độ bypass hoạt động backup mạnh mẽ ngay cả khi nguồn lưới vẫn còn, nếu bộ inverter gặp sự cố không hoạt động được, UPS sẽ lấy trực tiếp từ nguồn lưới để cấp cho tải nhờ bộ static bypass. Dù hệ thống bình thường, static bypass sẽ được ưu tiên sử dụng giúp hạn chế rủi ro gián đoạn làm ảnh hưởng dữ liệu nhờ thời gian cũng xấp xỉ băng 0ms.
Có mấy loại bộ lưu điện phổ biến hiện nay?
Dựa trên công nghệ. bộ lưu điện UPS hiện nay gồm hai dòng sản phẩm chính là UPS Online và UPS Offline. Bộ lưu điện Online sở hữu công nghệ chuyển đổi kép trực tuyến (Online Double Conversion) cung cấp dòng điện dạng sóng sine chuẩn còn bộ lưu điện Offline cung cấp dòng năng lượng điện dạng sóng sine mô phỏng. Bên cạnh đó, dòng UPS Offline cũng phân thành 2 nhánh là Offline tiêu chuẩn và Offline cải tiến với công nghệ Line Interactive. Chi tiết như bên dưới:
Bộ lưu điện Offline
Bộ lưu điện UPS Offline là dòng thiết bị lưu trữ điện được lựa chọn sử dụng phổ biến nhất nhì thị trường hiện nay vì giá thành rẻ. UPS Offline giúp bảo vệ thiết bị và hệ thống điện khỏi 3 sự cố: mất điện, tăng và giảm áp tức thời trong khoảng thời gian ngắn.
UPS Offline hoạt động dựa trên nguyên tắc dòng điện từ nguồn lưới vào đi qua công tắc chuyển mạch trước khi cấp cho tải sử dụng. Khi đó bộ lưu điện được xem là bộ sạc để nạp điện cho ắc quy. Vì vậy khi mạng lưới điện gặp sự cố (điện quá thấp hoặc quá cao, bị mất điện) thì UPS sẽ tự động chuyển mạch và sử dụng nguồn điện từ ắc quy để các thiết bị khác có thể hoạt động bình thường. Các UPS Offline tiêu chuẩn chua hỗ trợ chức năng ổn áp.
Bộ lưu điện Offline thường được sử dụng cho các thiết bị điện đơn giản, công suất nhỏ, ít nhạy cảm lưới điện, đòi hỏi độ tin cậy thấp như máy tính cá nhân, PC, cứu hộ thang máy, cửa cuốn, trong hệ thống quản lý bãi xe tự động,.
Bộ lưu điện UPS Offline áp dụng công nghệ line interactive
Nhằm khắc phục nhược điểm của UPS Offline tiêu chuẩn là không có chức năng ổn áp khi nguồn điện lưới chập chờn, bộ lưu điện công nghệ Line Interactive ra đời với nguyên tắc hoạt động tương tự dòng UPS Offline tiêu chuẩn nhưng có thêm mạch ổn áp nhằm điều chỉnh điện áp đầu ra cấp cho thiết bị tải sử dụng luôn ổn định.
Nguyên lý hoạt động bộ lưu điện Offline công nghệ Line Interactive
Trường hợp điện áp nguồn lưới quá cao hoặc quá thấp, mạch ổn áp công nghệ Line Interactive sẽ tự động chuyển sang một nấc khác sao cho điện áp đầu ra đảm bảo đúng tải theo yêu cầu, rất thích hợp trong các khu vực có nguồn điện nhà chập chờn. Dưới đây là chi tiết cơ chế hoạt động của UPS Offline công nghệ Line Interactive:
Bộ lưu điện Online
Nhằm khắc phục hoàn toàn những nhược điểm của 2 dòng UPS Offline trên về độ trễ, tính ổn định và tính an toàn cho các thiết bị điện, dòng bộ lưu điện UPS Online ra đời với công nghệ Online Double Conversion (từ AC sang DC rồi chuyển ngược từ DC về AC) giúp loại bỏ hoàn toàn những nỗi lo về sự cố điện lưới, điện áp đầu vào được điều chỉnh phù hợp với yêu cầu của thiết bị tải và lưu vào ắc quy, đảm bảo điện áp đầu ra luôn “sạch”, ổn định về điện áp, tần số và hoàn toàn an toàn cho thiết bị tải cần backup.
Dòng bộ lưu điện UPS Online thường được thiết kế để phù hợp với thiết bị điện cần tải công suất lớn. Nhiều tùy chọn mở rộng thời gian lưu điện bằng ắc quy gắn trong hoặc gắn ngoài, có thể sử dụng với không chỉ các thiết bị có tính chất tải thuần trở như thiết bị văn phòng, máy tính thì UPS Online còn có thể sử dụng cho hệ thống quy mô như máy chủ, trung tâm dữ liệu (data center), hệ thống điều khiển, server và thậm chí là cả những thiết bị tải động cơ như quạt, máy bơm, ATM, thiết bị y khoa, v..v..
Ưu điểm của bộ lưu điện UPS
Công dụng của bộ lưu điện UPS có khá nhiều, giữ vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực đời sống, sản xuất. Dưới đây là các ưu điểm tiêu biểu nhất:
Cấp điện tức thời khi lưới điện gặp sự cố
Bộ lưu điện UPS khác với nguồn phụ, hệ thống điện khẩn cấp hay máy phát điện ở chỗ là nó có khả năng cung cấp điện tức thời bằng điện từ ắc quy (battery) hoặc flywheel cho các thiết bị khi nguồn điện lưới bị gián đoạn đột ngột.
Bên cạnh, việc trang bị bộ lưu điện còn giúp hệ thống camera ở các công ty, khu công nghiệp và các hộ dân có thể hoạt động liên tục. Giúp bảo vệ tài sản hiệu quả.
Đảm bảo an toàn cho các thiết bị điện
Sử dụng bộ lưu điện giúp đảm bảo an toàn cho các thiết bị điện, điện tử khi lưới điện bị tắt đột ngột nhờ các công nghệ hiện đại như ổn áp, ổn tần, chống xung, lọc nhiễu, giúp các thiết bị điện hoạt động trơn tru dù trong trường hợp nguồn điện chập chờn, kém ổn định. Nhờ vậy các thiết bị điện luôn nhận được nguồn điện đi vào một cách ổn định, giúp nâng cao tuổi thọ của các thiết bị và tránh được các sự cố như chập điện, cháy nổ.
Ngoài ra, trang bị bộ lưu điện UPS tuy cung cấp thời gian tải điện tương đối ngắn (tùy theo dung lượng ắc quy), có thể chỉ khoảng vài phút nhưng đủ để khởi động nguồn phụ hoặc tắt an toàn các thiết bị điện.
Tạo ra nguồn điện sạch
Các model bộ lưu điện UPS hiện nay đều được trang bị tính năng khả năng tự động điều chỉnh điện áp (AVR) duy trì dòng điện 220v/50Hz giúp đảm bảo an toàn cho hệ thống điện: lọc xung, chống nhiễu, chống sét lan truyền,…cho các thiết bị điện gia dụng, sản xuất.
Trong các hoạt động sản xuất khi sử dụng bộ lưu điện UPS giúp công nghệ máy móc, thiết bị trong doanh nghiệp hoạt động một cách an toàn, ổn định trong thời gian ngắn khi lưới điện có sự cố, vừa đủ để thao tác sao lưu dữ liệu trên máy tính, góp phần giảm bớt các thiệt hại như mất dữ liệu, sản xuất bị trì trệ, chi phí cao cho việc khởi động lại máy móc, dây chuyền,…
Tiết kiệm chi phí, chống sét cho đường dây điện thoại
Nhờ cung cấp nguồn điện sạch, ổn định mà các thiệt bị điện tại các khu công nghiệp, cơ quan, công ty và ở cả các hộ gia đình được nâng cao tuổi thọ, góp phần giảm chi phí sửa chữa, thay mới.
Ngoài ra, khả năng chống sét hiệu quả của bộ lưu điện vào mùa mưa bão, sấm sét sẽ giúp bạn không phải lo lắng về việc sét đánh làm hư hỏng các thiết bị điện hay gây ra cháy nổ.
Ứng dụng của bộ lưu điện UPS trong đời sống sản xuất
Với những ưu điểm kể trên cũng dễ dàng nhận ra bộ lưu điện UPS giữ vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực đời sống, sản xuất như công nghiệp, y tế, ngân hàng, công nghệ thông tin, an ninh quốc phòng… nhằm đảm bảo các sự cố điện không ảnh hưởng đến các thiết bị điện như máy tính, thiết bị gia đình, thiết bị văn phòng, datacenter, thiết bị viễn thông công nghệ cao, cửa cuốn, camera quan sát, thiết bị báo trộm, đèn chiếu sáng, các loại máy móc sản xuất, thiết bị y tế, máy móc văn phòng, hệ thống máy chủ, máy siêu âm,… để tránh làm gián đoạn sinh hoạt và công việc, hạn chế tình trạng mất mát dữ liệu, đặc biệt giảm thiểu những rủi ro tổn thất tới sản xuất, kinh doanh.
Tính ứng dụng điển hình các lĩnh vực cụ thể cho từng loại bộ lưu điện:
- UPS Offline: máy tính cá nhân, điện thoại cố định …
- UPS Offline Line-interactive: máy trạm, thiết bị mạng nhỏ, cửa cuốn, thang máy
- UPS Online: máy chủ, thiết bị mạng quan trọng, thiết bị viễn thông, công nghiệp