UPS là gì? Tổng quan bộ lưu điện “Uninterruptible Power Supply”

UPS là từ viết tắt của cụm từ tiếng anh “Uninterruptible Power Supply”, trong tiếng việt gọi là “bộ lưu điện”. UPS được hiểu như là hệ thống nguồn cung cấp liên tục hay đơn giản hơn là bộ lưu trữ điện dự phòng cung cấp điện năng trong một khoảng thời gian tương ứng với công suất thiết kế nhằm duy trì hoạt động của mọi thiết bị điện khi điện lưới gặp sự cố từ đó tăng độ tin cậy cung cấp điện cho hệ thống.

Tại sao UPS được ra đời?

Vào cuối thế kỷ 20, độ tin cậy cung cấp điện của các nước công nghiệp phát triển vào khoảng 99.9%, tương ứng khoảng thời gian mất điện trong một năm là 8 giờ mà phổ biến dưới dạng mất điện trong một vài phút. Điều này không thành vấn đề đối với hệ thống chiếu sáng hoặc hệ thống điện cơ, tức với hệ thống kỹ thuật tương tự (analog), chất lượng điện chỉ bao gồm hai chỉ tiêu quan trọng nhất là điện áp và tần số.

Nhưng đối với hệ thống kỹ thuật số (Digital) vấn đề không đơn giản như vậy. Đặc biệt với các thiết bị trong lĩnh vực công nghệ thông tin được ứng dụng từ công nghệ kỹ thuật số luôn được xem là bước đệm quan trọng trong việc làm gia tăng sản phẩm, giảm thiểu chi phí sản xuất và tạo sự ổn định bền vững cho xã hội.

Độ tin cậy cung cấp điện của các hệ thống có máy tính cần phải tăng lên rất nhiều, vì mất điện dù chỉ trong một vài mili giây sẽ có nguy cơ mất hết thông tin hoặc làm rối loạn quá trình trao đổi dữ liệu máy tính và các yêu cầu hệ thống kỹ thuật số phải khởi động lại. Bởi vậy, UPS được sản xuất và phát triển nhằm đáp ứng các yêu cầu và khắc phục những nhược điểm này của hệ thống.

Cấu tạo chung của bộ lưu điện

Bộ lưu điện UPS được cấu tạo chính gồm hai phần là:

• Main
  • Bộ chỉnh lưu, chuyển mạnh
  • Công tắc nhằm mục đích chuyển đổi
  • Hệ thống công tắc bảo vệ
  • Mạch biến đổi áp
  • Bộ biến đổi
  • Bộ phận sạc
• Ắc quy

Ngoài ra, tùy thuộc vào các dòng sản phẩm mà UPS còn được trang bị thêm một số bộ phận hỗ trợ như:

• Các nút điều khiển và nút tín hiệu
• Các hệ thống cổng kết nối mạng
• Cổng kết nối thiết bị tải
• Các cổng kết nối đầu vào
• Màn hình có chức năng hiển thị các thông số

Nguyên tắc hoạt động chung

Nguyên tắc hoạt động dựa trên việc biến đổi điện áp một chiều (DC) từ ắc quy sang điện áp xoay chiều (AC) phù hợp với yêu cầu của thiết bị. Ngoài chức năng chính là nguồn điện dự phòng, một số UPS còn được bổ sung những chức năng khác như tự động điều chỉnh điện áp (AVR) duy trì dòng điện 220V/50Hz, chống xung, lọc nhiễu, chống sét lan truyền.

Phân loại bộ lưu điện UPS

Từ yêu cầu của các thiết bị về mức độ nguồn điện liên tục và chất lượng, UPS hay bộ lưu điện được phân thành các dòng sản phẩm chính về công nghệ như sau:UPS Offline đơn thuần, UPS Offline công nghệ Line-interactive, UPS Online.

UPS online

Hoạt động theo nguyên tắc chuyển đổi kép: từ AC sang DC sau đó chuyển ngược DC sang AC. Do đó nguồn điện cung cấp cho tải hoàn toàn do UPS tạo ra đảm bảo ổn định cả về điện áp và tần số. Điều này làm cho các thiết bị được cung cấp điện bởi UPS hầu như cách ly hoàn toàn với sự thay đổi của lưới điện. Vì vậy, nguồn do UPS online tạo ra là nguồn điện sạch (lọc hầu hết các sự cố trên lưới điện), chống nhiễu hoàn toàn. Điện áp ra hoàn toàn hình SIN và thời gian chuyển mạch gần như bằng 0

UPS offline

Khi có nguồn điện lưới UPS sẽ cho điện lưới thẳng tới phụ tải. Khi mất điện, tải sẽ được chuyển mạch cấp điện từ ắc quy qua bộ inverter. Phạm vi áp dụng UPS loại này thường cho các thiết bị đơn giản, công suất nhỏ, ít nhạy cảm lưới điện, đòi hỏi độ tin cậy thấp. Đa số các UPS ngày nay đều có Software kèm theo giao tiếp với máy tính qua cổng COM hoặc USB. Software này cho phép kiểm soát các trạng thái hoạt động của UPS (Điện áp vào/ra, tải tiêu thụ…). Ngoài ra người ta còn có thể lập thời khoá biểu tự động. Có các loại UPS như bộ lưu điện cửa cuốn, trong hệ thống quản lý bãi xe tự động,.. Ưu điểm chính là gọn nhẹ, dễ vận hành sửa chữa.

UPS offline line Interactive

UPS line Interactive có nguyên tắc hoạt động cũng tương tự Offline nhưng có AVR (Auto Volt Range) tự động điều chỉnh điện áp (output) 220v/50Hz cấp cho thiết bị sử dụng ổn định. Trường hợp điện áp điện lưới quá cao hoặc quá thấp thì UPS Line Interactive với mạch ổn áp tự động chuyển mạch sang một nấc khác sao cho điện áp đầu ra đảm bảo đúng tải theo yêu cầu.

Ứng dụng bộ lưu điện

<

UPS khác với nguồn phụ hoặc hệ thống điện khẩn cấp hay máy phát ở chỗ là nó có khả năng bảo vệ tức thời khi nguồn bị gián đoạn đột ngột, bằng cách cung cấp điện từ battery hoặc flywheel. Thời gian chạy trên battery của UPS tương đối ngắn, chỉ khoảng vài phút nhưng đủ để khởi động nguồn phụ hoặc tắt an toàn các thiết bị điện cần bảo vệ.

UPS được sử dụng nhiều trong bảo vệ hệ thống máy tính, hệ thống thiết bị điện gia đình, thiết bị văn phòng, datacenter, thiết bị viễn thông công nghệ cao, thiết bị trong hoạt động sản xuất kinh doanh. Tránh mọi gián đoạn công việc, mất mát dữ liệu gây thiệt hại nghiêm trọng do mất nguồn hay nguồn điện chập chờn gây ra.

Một số Q & A về bộ lưu điện

Khi nào cần sử dụng bộ lưu điện?

Khi bạn dùng máy tính để bàn và các thiết bị ngoại vi cắm trực tiếp vào nguồn điện nhà, khi cúp điện sẽ ảnh hưởng đến các hoạt hoạt động của chúng.

Bộ lưu điện hoạt động bằng cách sử dụng bình acquy được gắn sẵn bên trong, và một mạch chuyển tức thời giữa nguồn điện cấp bên ngoài và điện từ của bình acquy để luôn giữ nguồn cấp các thiết bị ngoại vi cũng như cho máy tính để bàn có thể hoạt động liên tục.

UPS còn được sử dụng để cấp điện liên tục cho các thiết bị camera quan sát hay báo cháy để chúng hoạt động luôn liên tục, dù nguồn điện chính bị ngắt đi.

Đối với các máy vi tính xách tay có sử dụng  pin, bộ lưu điện gần như không có tác dụng đáng kể. Nó như một pin phụ trợ, giúp các bạn có thể dùng máy vi tính xách tay của mình được lâu hơn khi bị cúp điện.

Tuy nhiên, bộ lưu điện sẽ giúp cho những thiết bị ngoại vi quan trọng cần thiết vẫn có thể hoạt động như Router ADSL, để các bạn có thể giữ và sử dụng kết nối mạng internet chung với máy tính laptop lúc nguồn điện tại nhà bị cúp đột ngột.

Bởi vậy, nếu bạn đang dùng máy tính xách tay, kết nối Internet 3G và không cần một số phụ kiện nào khác khi bị cúp điện, bạn không cần dùng đến UPS.

Thời gian hoạt động của UPS?

Tùy thuộc vào mỗi dòng bộ lưu điện và cách sử dụng của bạn mà thời gian hoạt động này thay đổi rất lớn. Dung lượng điện tích của bình acquy là yếu tố đầu tiên ảnh hưởng đến thời gian hoạt động của UPS. Dung lượng điện tích này càng lớn thì thời gian hoạt động của bộ lưu điện càng lâu. Thông thường, các UPS có thể hoạt động một cách liên tục từ 15 đến 30 phút trước khi cần phải nạp lại bình acquy.

Yếu tố thứ hai ảnh hưởng đến thông số thời gian hoạt động của bộ lưu điện, là tổng công suất của các thiết bị kết nối vào UPS và hoạt động đồng thời lúc cúp điện.

Có thể cắm bao nhiêu thiết bị vào UPS?

Công suất của một Bộ lưu điện UPS có giới hạn, nên các bạn không nên cắm các thiết bị vào đó. Router ADSL và máy tính là hai thứ nên dùng bộ lưu điện.

Lúc nguồn điện tại nhà đang ổn định, UPS chỉ là điểm nối tiếp giữa các thiết bị với nhau và giữa các nguồn điện. Nhưng khi nguồn điện bị cúp, việc các bạn cắm khá nhiều các thiết bị vào bộ lưu điện, đặc biệt là các thiết bị với công suất lớn như máy quét ảnh, máy in hay và sử dụng cùng lúc, sẽ làm giảm nhiều thời gian hoạt động của bộ lưu điện.

Vì vậy, thời gian hoạt động của UPS có thể không còn đủ thời gian để bạn tắt máy, sao lưu dữ liệu, hoặc kịp chờ đến lúc nguồn điện tại nhà được cung cấp trở lại được.

Tính công suất bộ lưu điện UPS

Công suất của các Bộ lưu điện UPS tỉ lệ thuận với giá thành của nó. Nếu các bạn vì tiết kiệm mà mua phải các loại có công suất quá thấp, thì thời gian hoạt động của bộ lưu điện sẽ rất ngắn, có thể sẽ không đáp ứng được nhu cầu của các bạn. Ngược lại, nếu các bạn mua những dòng UPS quá mạnh, thì chi phí sẽ tăng lên quá cao, trong khi các bạn có thể không bao giờ dùng đến.

Về nguyên tắc, công suất của bộ lưu điện mà các bạn mua tối thiểu là phải bằng công suất thực tế mà các thiết bị ngoại vi và máy tính mà các bạn định sử dụng lúc nguồn điện bị cúp.

Công suất của bộ lưu điện được tính theo đơn vị là VA (Volt-Amps) và các bạn cần phải sử dụng một số công thức chuyển đổi đơn vị để so sánh UPS với công suất thực tế của máy tính, trong khi máy tính thường được tính bằng đơn vị W (Watts).

Có thể sử dụng cách tính sau:

Giá trị công suất của bộ lưu điện (đơn vị VA) * hệ số 0,7 = Giá trị công suất (đơn vị W).

Theo cách tính này thì một bộ lưu điện có công suất 2000(VA) * 0,7 = 1400(W) sẽ thừa sức đáp ứng cho khoảng hai chiếc máy tính cá nhân, router ADSL và một cái máy in nhỏ.

Nên ưu tiên chọn dòng UPS nào?

Có ba dòng sản phẩm bộ lưu điện UPS chính được phân loại dựa trên công nghệ chế tạo và nguyên tắc hoạt động của chúng.

1. Dòng bộ lưu điện online

Các sản phẩm thuộc loại này chỉ dùng nguồn điện nhà cho việc sạc bình acquy của nó mà thôi. Nguồn điện cung cấp ra cho thiết bị được chuyển từ nguồn điện một chiều của bình acquy thành các nguồn điện xoay chiều thông qua 01 mạch chuyển. Loại bộ lưu điện này có độ ổn định cao nhất, nhưng giá thành lại cao hơn các dòng khác khoảng 04 lần.

2. Dòng bộ lưu điện offline Line interactive

Loại UPS này sử dụng một bộ cảm biến nằm giữa các nguồn vào và các nguồn ra, cho phép các bạn hiệu chỉnh công suất tải phù hợp với thiết bị hiện tại. Khi nguồn điện vào bị mất, mạch chuyển sẽ tự động sẽ chuyển sang chế độ dùng điện từ bình acquy. Dòng bộ lưu điện UPS Offline Line-Interactive này rất cần thiết khi bạn sử dụng máy tính trong các khu vực có nguồn điện tại nhà chập chờn.

3. Dòng bộ lưu điện offline

Đây là dòng sản phẩm UPS rẻ tiền nhất, vì nó chỉ hoạt động theo các nguyên tắc cơ bản nhất của bộ lưu điện dự phòng (Standby Power System – SPS). Khi nguồn điện nhà đang hoạt động, UPS sẽ được đưa thẳng tới thiết bị sử dụng của bạn. Khi nguồn điện bị mất, một mạch chuyển tức thời sẽ chuyển sang chế độ dùng bình acquy.

Điểm yếu của cách hoạt động này là có một độ chậm trễ trong thao tác chuyển từ nguồn điện tại nhà sang bình acquy và gây tụt áp trong vài ms (miligiây). Nên các máy tính hay thiết bị quá nhạy cảm với sự thay đổi điện áp sẽ không phù hợp với loại  bộ lưu điện này.

5 lưu ý khi sử dụng và bảo quản UPS

1. Đặt bộ lưu điện ở nơi thoáng mát và khô ráo.
2. Kiểm tra định kỳ bình acquy bởi là bộ phận chính trong việc cung cấp nguồn điện dự phòng.
3. Nếu bình điện acquy bị phù, nghĩa là nó bị hư hỏng. Hãy thay thế ngay để đảm bảo thời lượng mà bộ lưu điện hoạt động khi nguồn điện nhà bị cúp.
4. Khi không cần thiết, không nên dùng máy in khi bộ lưu điện UPS đang hoạt động. Việc in ấn với tốc tốc độ cao sẽ tiêu thụ một lượng điện khá lớn trong một thời gian ngắn, có thể gây quá tải và làm hỏng bộ lưu điện.
5. Không nên lạm dụng khả năng lưu điện của UPS cho đến khi cạn kiệt nguồn acquy, chơi game hay lướt web, để làm việc mà khi cần tranh thủ sao lưu lại tài liệu và tiến hành tắt máy. Trong khi bị sử dụng đến cạn kiệt, bộ acquy bên trong bộ lưu điện sẽ rất mau hỏng.

Trên đây, MC&TT đã chia sẻ cho các bạn những kiến thức tổng quan nhất về bộ lưu điện UPS. Chúng tôi hy vọng rằng những thông tin được cung cấp phía trên sẽ giúp ích cho bạn trong quá trình nghiên cứu, học tập hay làm việc. Xin cảm ơn!