UPS (Uninterruptible Power System)

C. UPS (Uninterruptible Power System) 

I. Thuyết Minh:

UPS đơn giản là hệ thống pin ắc quy dự phòng, bình thường thì nạp đầy pin ắc quy, khi mất điện thì lấy pin ắc quy này ra sử dụng. 
UPS bao gồm: ắc qui, bộ chỉnh lưu/nạp ắcqui (rectifier/charger), bộ nghịch lưu (inverter), khóa chuyển mạch tĩnh (static switch). 
- UPS là giải pháp cho những tải nhạy, yêu cầu cao về điện áp:
+ Không có bất kỳ loại nhiễu nào trong nguồn dự phòng
+ Sẵn sàng được sử dụng trong trường hợp mất điện
+ Các sai số phải nằm trong giới hạn cho phép.

Yêu cầu
	các IT viễn thông có bộ điều khiển chương trình	quy trình gia công có ngắt quãng	quy trình liên tục
Ứng dụng
Dạng ứng dụng	-     ngân hàng dự trữ -     điều khiển và kiểm soát	quy trình lạnh	chỉ thị và điều khiển các tham số quy định
Ví dụ cho mạng	-     các dịch vụ bảo hiểm, các thiết bị IT, nhà băng -     hệ thống điều khiển sản xuất	-     cơ khí nhẹ -     dây truyền lắp ghép	-     hạt nhân -     hóa -     sinh -     nhiệt -     cơ khí nặng
Điều kiện
Thời gian cắt cho phép	0	x	x
	£ 1s		x
	£ 15s		x (1)
	£ 15 ph		x (1)
Tự hành của nguồn	10 ph	x (2)
	20 ph		x (2)
	1h	x	x (2)
	thường trực nếu có lợi về kinh tế
Giải pháp
Thiết bị cần dùng	UPS hoặc có hoặc không có máy phát để gánh tải UPS	Máy phát liên tục hoặc khởi động để gánh tải của bộ nghịch lưu	lưới máy phát vận hành thường trực

(1) Tuỳ theo tình hình kinh tế. 

(2) Giới hạn thời gian lưu trữ số liệu.

II. các thành phần trong hệ UPS Trong Data center:

a. Ắc Quy:

Cấu tạo ắc quy: Cấu tạo từ nhiều pin được nối liền với nhau.
- ắc quy kiềm : có lỗ thông hơi nhằm
+ Phóng thích khí ôxy và hydro được tạo ra trong các phản ứng hóa học khác nhau.
+ Hình thành chất điện phân bằng cách cho thêm nước cất
+ Đặc điểm :
- Tuổi thọ cao
- Thời gian tự hành dài
- Phải được lắp đặt trong các phòng đặc biệt
Accu kín : ắc quy chì, chất điện phân là dung dịch acid sunfuric có tỷ lệ tái tạo khí trên 95% vì thế chúng không cần thêm nước khi hoạt động.
+ Đặc điểm :
- Không cần bảo trì
- Vận hành dễ dàng
- Có thể lắp đặt trong tất cả các phòng
Với accu chì thông thường thì mức ngừng l 1,67V cho mỗi ngăn; hay l 10V cho cả 6 ngăn.
- Đại lượng đo : Ah ( ampe –giờ) . Ví dụ N100 l accu 100Ah. , accu 100Ah phát điện với dòng điện 5A sẽ dùng
được trong 20 giờ Khi dòng điện phát ra càng lớn thì thời gian phát điện cng nhỏ (đương nhiên) nhưng thời gian giảm rất nhanh chứ khơng theo tỉ lệ nghịch với dòng điện.

b. Bộ chỉnh lưu/nạp điện ắcqui (Inverter/Charger):

chuyển đổi năng lượng AC ở ngõ vào UPS thành năng lượng DC cung cấp cho inverter và ắc quy trong tất cả các chế độ hoạt động (độ ổn định điện áp của ắcqui phụ thuộc vào nhiệt độ).
Dòng điện ngõ vào giới hạn từ 110% - 150% dòng danh định của UPS. 

c. Bộ nghịch lưu (Inverter):

nhận điện áp DC (từ bộ rectifier/charger hay từ ắcqui) ở ngõ vào chuyển thành tín hiệu AC cung cấp cho tải với các điều kiện ngõ ra được xác định trong thông số kỹ thuật của UPS.

d. Khóa chuyển mạch tĩnh (Static switch):

Khóa chuyển mạch tĩnh sẽ tự đồng chuyển tải sang lưới điện ngõ vào của UPS, nếu điện áp đầu vào của UPS nằm trong dãi hoạt động được xác định trong thông số kỹ thuật của UPS, khi UPS có sự cố hay quá tải. Nếu điện áp đầu vào của UPS không nằm trong dãi hoạt động, việc chuyển sang bypass sẽ không được thực hiện.

e. Hoạt động UPS:

 1. Chế độ on-line (normal operation):
 - Khi ngõ vào của bộ chỉnh lưu / sạc ắcqui (rectifier / charger) được cấp điện AC, bộ rectifier/charger của UPS sẽ chuyển đổi năng lượng AC ở ngõ vào thành năng lượng DC cung cấp cho bộ nghịch lưu (inverter) đồng thời nạp ắcqui. Bộ inverter của UPS sẽ chuyển đổi năng lượng DC thành AC để cung cấp nguồn điện ổn định, chất lượng cao cho tải.

 2. Hoạt động bằng ắcqui (battery backup): -  Khi nguồn điện cung cấp cho UPS bị gián đoạn hay không đáp ứng yêu cầu đầu vào của UPS, inverter của UPS sẽ sử dụng năng lượng của ắcqui, chuyển đổi thành điện áp AC cung cấp cho tải liên tục, không gián đoạn. Bộ inverter của UPS sẽ cung cấp nguồn AC cho tải trong thời gian tối thiểu là 10 phút.

 3. Nạp ắcqui (battery recharge):  -  Khi nguồn điện ở ngõ vào của UPS được khôi phục, bộ rectifier/charger sẽ cung cấp năng lượng lại cho bộ inverter mà không gây gián đoạn cho tải, đồng thời tự động nạp điện lại cho ắc qui.

 4. Bypass tự động (via the static bypass): -  Khi UPS bị quá tải (ngắn mạch, dòng tải lớn, etc.) hay inverter ngưng họat động (do người sử dụng điều khiển hay tự động), UPS sẽ ngay lập tức chuyển sang nguồn AC bypass (thông qua khóa chuyển mạch tĩnh) để cung cấp nguồn điện cho tải. -  UPS sẽ cung cấp điện lại cho tải (do người sử dụng điều khiển hay tự động) các điều kiện họat động của UPS được phục hồi

 5. Bypass bằng tay (via the manual bypass): -  UPS sẽ có hệ thống bypass do người sử dụng điều khiển, và sử dụng trong trường hợp cần bảo trì UPS. Hệ thống sẽ cách ly UPS nhưng vẫn liên tục cung cấp nguồn cho tải thông qua nguồn AC bypass. Việc chuyển đổi sang chế độ bypass bằng tay do người sử dụng thực hiện và không gây gián đọan cho tải.

 6. Downgrade: -  Circuit breakers được sử dụng để cách ly ắcqui khỏi rectifier/charger và charger để thuận tiện trong việc bảo trì.

III. Hai dạng hệ thống UPS: Hệ thống UPS ngoại tuyến và Hệ thống UPS trực tuyến:

 a. Hệ thống UPS ngoại tuyến:

Thường có công suất thấp (<= 3KVA) nhưng có khả năng chịu được các dòng quá độ lớn, chẳng hạn như khi khởi động động cơ hay mở các tải điện trở (nguội). Các thiết bị loại này thường được sử dụng cho trạm thông tin ITE.
Khi hoạt động bình thường, dòng điện cấp cho tải không chạy qua bộ nghịch lưu. Điều này giải thích tại sao UPS loại này đôi khi còn được gọi là “ngoại tuyến” (Off-line).
Thuật ngữ này sẽ làm cho mọi người hiểu sai lạc, tuy nhiên, bởi vì nó cũng ám chỉ “không được cấp điện từ lưới” khi lưới cấp điện cho các tải qua các ngõ vào AC trong chế độ hoạt động bình thường. Đó là lý do tại sao mà tiêu chuẩn IEC 62040 khuyến cáo sử dụng thuật ngữ “chuyển đổi thụ động” (passive standby).
 b. Hệ thống UPS trực tuyến:

Hệ thống được nối trực tiếp giữa lưới điện và tải, có khả năng tự hành. Khoảng thời gian tự hành này phụ thuộc vào khả năng của ăcquy và công suất của tải. Hệ thống này cung cấp toàn bộ tải với giá trị sai số nghiêm ngặt không phụ thuộc vào tình trạng của mạng điện AC. Khi mất nguồn, ăcquy sẽ tự động và bảo đảm liên tục cung cấp dòng AC, không nhiễu cho tải. Hệ thống này thích hợp cho các tải nhỏ (nhỏ hơn 3KVA) hoặc lớn (tới nhiều MVA).

 c. Các Bộ Lọc nguồn khác:
+ bộ lọc – phích cắm: là một phích cắm AC đơn giản dùng để nối tải, trong nó có một bộ lọc cao tần (HF) để giảm các nhiễu kí sinh HF đến mức chấp nhận được. Nó thường được dùng cho các máy tính PC độc lập từ 250 tới 1000VA cho mục đich văn phòng.
+ bộ lọc điều hoà hợp chuẩn là một hệ thống hoàn hảo dùng để bảo đảm nguồn chung cấp AC nhưng thiếu khả năng tự hành (bảo đảm nguồn cấp liên tục),nghĩa là không dự trù trường hợp mất điện cung cấp mạng AC.
Chức năng chính của nó là :
- Lọc các kí sinh HF;
- giữ một điện thế không đổi hợp lý;
- cách ly tải khỏi mạng điện AC.
Có thể sử dụng cho văn phòng hay các hệ thống công nghiệp không yêu cầu cấp điện dự phòng một cách liên tục có công suất tới 5000VA.

d. Các Nguồn Dự Phòng khác: