UPS Là Gì

UPS là từ từ viết tắt của cụm từ Uninterruptible Power Supply. Khi dịch sang tiếng việt là hệ thống cung cấp nguồn điện liên tục. Tuy nhiên chúng ta hay gọi chúng là bộ lưu điện hoặc thiết bị điện dự phòng. Cụm từ “Uninterruptible” có nghĩa là không bị gián đoạn. Do đó chúng ta có thể hiểu đơn giản UPS là một thiết bị đảm bảo cho nguồn điện không bị gián đoạn. Vậy thiết bị này có cấu tạo đặc biệt gì mà làm được điều đó ? Có bao nhiêu chế độ hoạt động của UPS ? Trong bài viết này tôi sẽ lần lượt giới thiệu cho các bạn hiểu rõ hơn nhé.

ups là gì
Uninterruptible Power Supply (UPS)

Trên thực tế không phải ai cũng biết đến UPS. Điển hình là khi tôi còn đi dạy, nhiều bạn sinh viên hỏi rằng: UPS hay UBS vậy ạ ? Điều này cho thấy rằng có rất nhiều người nhầm lẫn giữa UPS và UBS. Các bạn phải hiểu rằng hai cụm từ này khác nhau hoàn toàn:

  • UBS là gì ? => Là một ngân hàng đầu tư đa quốc gia và công ty dịch vụ tài chính của Thụy Sĩ (UBS Group AG) “theo Wiki”
  • UPS là gì ? => Là bộ lưu điện

1. Tại sao phải sử dụng UPS ?

bộ lưu điện là gì
Chức năng của bộ lưu điện

Như tôi đã trình bày ở trên, bộ lưu điện sẽ đảm bảo cho hệ thống điện của bạn không bị gián đoạn. Do đó nó rất cần thiết cho dây chuyền sản xuất hoặc trung tâm dữ liệu. Như các bạn biết, có một số lĩnh vực nếu bị mất điện chỉ khoảng 3 phút thôi cũng sẽ gây hậu quả rất nghiêm trọng. Cụ thể như:

  • Bệnh viện (phòng hồi sức, cấp cứu..): nếu mất điện quá lâu sẽ làm gián đoạn máy móc trợ thở và ảnh hưởng đến tính mạng của con người
  • Trung tâm dữ liệu (Internet Data Center): đây là nơi đặt các server, router, thiết bị truyền dẫn… quang trọng. Nếu bị mất điện sẽ làm hệ thống mạng một khu vực bị tê liệt, không thể truy xuất dữ liệu…
  • Trạm phát sóng (BTS, 3G, 4G): nếu bị mất điện quá lâu sẽ ảnh hưởng đến các thuê bao di động trong vùng phủ sóng. Khi đó các thuê bao sẽ không gọi điện, nhắn tin, truy cập Internet được.
  • Ngân hàng: hệ thống máy chủ nếu bị mất nguồn điện sẽ làm tê liệt các dịch vụ của ngân hàng đó.

Sau khi đọc đến đây thì các bạn đã hiểu được tầm quan trọng của UPS rồi đúng không. Nhưng tôi nghĩ sẽ còn có nhiều bạn thắc mắc rằng: máy phát điện để làm gì ? Tại sao đã có máy phát điện rồi thì sử dụng UPS làm gì ?

ubs là gì
Mô hình hoàn chỉnh khi sử dụng UPS, Mát Phát Điện, ATS

Câu hỏi đó rất hay và đúng cái mà tôi muốn chia sẻ tiếp theo đây.

  • Điện dân dụng trong gia đình: khi cúp điện thì chúng ta chạy máy phát điện lên là xong.
  • Điện công nghiệp: khi cúp điện thì chúng ta cũng sẽ phải chạy máy phát điện NHƯNG hệ thống của bạn sẽ bị gián đoạn trong lúc máy phát điện khởi động. Máy phát điện trong công nghiệp có công suất lớn nên thời gian từ lúc khởi động đến lúc chạy ổn định để cấp nguồn cho tải phải mất từ 3 phút đến 5 phút. Và khoảng thời gian từ 3-5 phút đó chính là lúc cần UPS nhất. 

Chưa kể những trường hợp sự cố khi khởi động mát phát điện. Lúc đó nếu không có UPS thì hệ thống sẽ bị gián đoạn lâu hơn và hậu quả cực kỳ nghiêm trọng.

2. Cấu tạo của bộ lưu điện gồm những gì ?

cấu tạo của ups
Cấu tạo cơ bản của một bộ lưu điện

Khi còn học ở THPT, chúng ta đã được học về thiết bị lưu trữ điện gồm có: Pin, Ắc quy. Còn các nguồn tạo ra điện như: máy phát điện, đập thủy điện, nhiệt điện…

Bộ lưu điện cũng ứng dụng trên nguyên lý trên khi nó sử dụng Ắc quy để tích trữ điện. Nhưng chúng ta biết rằng nguồn điện Ac-quy là điện một chiều DC. Còn điện sử dụng trong dân dụng, công nghiệp hiện nay là điện xoay chiều AC. Vậy UPS có Ắc quy không chưa đủ, mà nó còn phải có thêm các module để chuyển đổi từ AC qua DC và ngược lại. Vậy nói một cách đơn giản, dễ hiểu nhất thì UPS được cấu tạo cơ bản từ ba thành phần:

  • Module Rectifier (nắn điện): biến đổi điện xoay chiều AC thành điện một chiều DC để nạp vào ắc quy
  • Tổ Ắc qui: lưu trữ điện 
  • Module Inverter (nghịch lưu): chuyển điện một chiều DC từ Ắc qui thành điện xoay chiều AC để cấp cho tải

Công suất của UPS sẽ phụ thuộc vào các module và độ lớn của tổ ắc qui. Trong công nghiệp thường hay sử dụng UPS 300kVA, 400kVA còn trong dân dụng chúng ta có thể sử dụng loại có công suất thấp hơn như: 1kVA, 2kVA.

3. UPS là gì ? Các chế độ làm việc của UPS

Một bộ lưu điện hoàn chỉnh sẽ có cấu tạo gồm: module chỉnh lưu, module nghịch lưu, tổ ắc qui, module bypass, màn hình HMI, module DC DC converter, CB…

Chúng ta nghĩ một con UPS sẽ có một chế độ làm việc duy nhất là khi cúp điện thì lấy điện từ ắc quy cấp cho tải. Điều này đúng nhưng chưa đủ. Trên thực tế một bộ lưu điện sẽ có nhiều chế độ làm việc khác nhau. Trong phần này tôi sẽ chia sẽ một cách đầy đủ nhất về các chế độ làm việc của nó.

♠ Normal/Online Mode

chế độ normal mode của ups
Chế độ làm việc bình thường của UPS

Ở chế độ làm việc này, điện lưới AC sẽ được cấp vào UPS. Sau đó bộ chỉnh lưu sẽ chuyển thành điện DC và đưa thẳng vào bộ nghịch lưu. Bộ nghịch lưu sẽ chuyển ngược lại thành điện AC để cấp nguồn cho tải. Ắc quy lúc này ở trạng thái chờ và được tự động nạp đầy khi cần thiết.

♠ Battery Mode

chế độ battery mode khi cúp điện lưới
Khi mất điện lưới thì UPS sẽ sử dụng nguồn từ ắc quy cấp cho tải

Khi mất điện lưới, UPS sẽ chuyển sang chế độ Battery Mode. Khi đó ắc qui sẽ lập tức cấp nguồn cho tải thông qua khối nghịch lưu mà không làm gián đoạn điện. Khi có điện lưới trở lại, UPS sẽ quay về chế độ Normal Mode và ắc qui sẽ được nạp đầy trở lại.

♠ Bypass Mode

chế độ bypass mode trên bộ lưu điện
Khi tắt Inverter UPS chuyển qua chế độ Bypass

Chế độ làm việc này chỉ được sử dụng khi khối nghịch lưu bị lỗi. Khi đó UPS sẽ cấp nguồn trực tiếp cho tải thông qua khối chuyển mạch tĩnh. Bypass có thể hiểu là bỏ qua, bỏ đi. Chế độ hoạt động này sẽ không sử dụng đến khối chỉnh lưu, nghịch lưu, ắc qui.

♠ Maintenance Bypass

chế độ maintenance bypass cách ly hoàn toàn ups khỏi hệ thống
Cách ly hoàn toàn UPS bằng chế độ Maintenance bypass

Mỗi UPS được thiết kế khóa chuyển mạch thủ công để người vận hành dễ dàng thao tác. Khi bật chế độ này, điện lưới sẽ duy trì cấp cho tải trong khi các thành phần bên trong UPS được cách ly để bảo dưỡng, sửa chữa. Lưu ý: khi sử dụng chế độ này, chúng ta nên sử dụng nguồn từ máy phát để đảm bảo tính ổn định cho hệ thống, không nên sử dụng nguồn từ điện lưới.

4. Bộ lưu điện là gì và được chia làm mấy loại ?

♥ Phân loại dựa vào nguyên lý hoạt động

Bộ lưu điện được chia ra làm nhiều loại dựa vào yêu cầu của người sử dụng. Theo đó chúng ta có thể chia UPS ra làm các loại như sau:

nguyên lý hoạt động của offline ups
Hình mô tả nguyên lý hoạt động của UPS Offline
  • UPS Offline: khi có nguồn điện lưới thì UPS sẽ cấp điện lưới đến thẳng phụ tải. Khi mất điện lưới, nó sẽ cấp điện cho phụ tải từ ắc qui thông qua bộ Inverter. Loại này thường được sử dụng cho các thiết bị đơn giản, công suất nhỏ, ít nhạy cảm với lưới điện như: cửa cuốn, thang máy, bãi xe tự động…
nguyên lý hoạt động của ups online double conversion
Hình mô tả nguyên lý hoạt động của UPS Online
  • UPS Online (Online Double – Conversion UPS): hoạt động theo nguyên tắc chuyển đổi kép. Có nghĩa là điện lưới AC sẽ được chuyển thành DC và sau đó chuyển ngược lại từ DC sang AC để cấp cho phụ tải. Do đó các thiết bị được cấp điện bởi bộ lưu điện Online sẽ cách ly hoàn toàn với sự thay đổi của lưới điện và thời gian chuyển mạch gần như bằng 0. Ưu điểm của loại này là hoạt động ổn định hơn bộ lưu điện Offline. 
nguyên lý hoạt động của line-interactive ups
Hình mô tả nguyên lý hoạt động của UPS Line Interactive
  • Line-Interactive UPS: hay còn gọi là bộ lưu điện Offline sử dụng công nghệ tương tác đường dây. Có nghĩa là loại này có thêm bộ điều chỉnh điện áp tự động AVR. Nhờ bộ này mà nguồn cấp cho phụ tải của UPS sẽ ổn định và không phụ thuộc nguồn điện lưới. Thời gian delay khi chuyển nguồn qua lại khoảng từ 4-6ms.

♥ Phân loại dựa vào công suất, ứng dụng

Ngoài việc phân loại dựa vào nguyên lý hoạt động thì hiện nay chúng ta có thể phân loại bộ lưu điện dựa vào lĩnh vực sử dụng. Có thể chia ra làm hai loại là:

  • Dân dụng: thường sử dụng các bộ lưu điện nhỏ, công suất thấp, giá thành rẻ để sử dụng cho cửa cuốn, phòng server nhỏ, quầy tính tiền… thường loại này có công suất nhỏ dưới 5kVA.
  • Công nghiệp: sử dụng các bộ lưu điện trên 100kVA. Bộ lưu điện này sẽ được sử dụng tại Data Center, Bệnh viện, Ngân hàng….

5. Bảng so sánh hai loại UPS Online và UPS Offline

Trên thị trường hiện nay đang sử dụng hai loại bộ lưu điện phổ biến là: bộ lưu điện Online và bộ lưu điện Offline. Mỗi loại sẽ có đặc tính kỹ thuật và ưu nhược điểm riêng. Trong phần này tôi sẽ lập một bảng so sánh tính năng của hai loại này. Từ đó các bạn sẽ dễ dàng phân biệt chúng hơn.

UPS Online UPS Offline
Cung cấp điện cho tải từ điện lưới AC thông qua bộ Rectifier và Inverter Cấp nguồn điện lưới AC trực tiếp đến tải
Lấy điện liên tục từ ắc quy Chỉ lấy điện từ ắc quy khi mất điện lưới
Yêu cầu mạch nạp cho ắc quy lớn vì mang toàn bộ dòng cấp cho tải Yêu cầu mạch nạp nhỏ vì chỉ để sạc ắc quy 
Nguồn điện lưới và nguồn điện cấp cho tải được cách ly hoàn toàn Không có cách ly
Không có thời gian trễ Sử dụng STS nên có thời gian trễ khoảng từ 6ms – 8ms
Luôn luôn ở trạng thái ON Chỉ ON khi nguồn điện lưới bị mất
Yêu cầu bộ phận tản nhiệt lớn vì nhiệt độ hoạt động cao Không yêu cầu bộ phận tản nhiệt lớn vì phần lớn thời gian nó ở trạng thái OFF
Giá thành cao hơn Giá thành thấp

Như vậy chúng ta dựa vào bảng so sánh trên có thể thấy rằng UPS Online sẽ thích hợp với các ứng dụng không cho phép thời gian trễ như bệnh viện, trung tâm dữ liệu…. Còn ngược lại UPS Offline sẽ có giá thành rẻ hơn và phù hợp với các ứng dụng cho phép downtime tối đa 8ms như phòng máy chủ, dây chuyền sản xuất…

6. Hướng dẫn vận hành UPS Vertiv – Emerson

sơ đồ khối của một bộ lưu điện
Sơ đồ khối của UPS Online của hãng Vertiv – Emerson

♦ Quy trình khởi động UPS đơn

  • Bước 1: Đóng QS1. Rectifier sẽ khởi động
  • Bước 2: Đóng QS2 và đợi khoảng 30s. UPS sẽ khởi động Bypass mode, quạt sẽ quay
  • Bước 3: Đóng Aptomat ắc quy. 
  • Bước 4: Đóng QS4 để cấp điện đến tải
  • Bước 5: Chạm nút “Inverter ON” trên màn hình. UPS sẽ hoạt động ở chế độ Normal Mode

Để chuyển qua lại giữa Normal Mode và Bypass Mode, chúng ta chỉ cần bật/tắt Inverter trên màn hình hiển thị

♦ Quy trình chuyển từ Normal Mode sang Maintenance Bypass

  • Bước 1: Chạm nút “Inverter OFF” trên màn hình. UPS sẽ chuyển sang chế độ Bypass Mode.
  • Bước 2: Ngắt Aptomat ắc quy để cô lập tổ ắc quy.
  • Bước 3: Đóng QS3
  • Bước 4: Mở QS4 để cấp điện đến tải thông qua QS3
  • Bước 5: Mở QS2
  • Bước 6: Mở QS1. UPS sẽ dừng hoàn toàn sau 40s.

Sau khi bảo dưỡng, xử lý lỗi xong để bật UPS lên chúng ta thực hiện lần lượt các bước theo thứ tự ngược lại.

Trên thực tế, khi sử dụng bộ lưu điện trong công nghiệp thì sẽ sử dụng cả hệ ghép parallel với nhau. Do đó khi bật/tắt một UPS trong một hệ song song sẽ có các bước thực hiện riêng. Trong phần này tôi sẽ chia sẻ cách bật/tắt một UPS đơn lẻ trong hệ ghép song song. 

♦ Quy trình tắt thực hiện như sau:

  • Bước 1: Mở QS4
  • Bước 2: Mở Aptomat ắc quy để cách ly tổ ắc quy ra khỏi hệ thống
  • Bước 3: Mở QS2 để ngắt ngõ vào Bypass
  • Bước 4: Mở QS1 và đợi khoảng 40s để UPS xả hết tụ sẽ tắt hoàn toàn. Sau khi một UPS tắt hoàn toàn, chúng ta có thể thực hiện tắt lần lượt các UPS còn lại trong hệ.

♦ Quy trình khởi động thực hiện như sau:

  • Bước 1: Đóng QS1. Rectifier sẽ khởi động
  • Bước 2: Đóng QS2 và đợi khoảng 30s. UPS sẽ khởi động Bypass mode, quạt sẽ quay
  • Bước 3: Đóng Aptomat ắc quy. 
  • Bước 4: Đóng QS4 để cấp điện đến tải
  • Bước 5: Chạm nút “Inverter ON” trên màn hình. UPS sẽ hoạt động ở chế độ Normal Mode nếu các UPS còn lại cũng hoạt động ở chế độ Normal.
4.7/5 - (14 bình chọn)