UPS là gì? Có những loại UPS nào và nguyên lý hoạt động ra sao?

UPS là gì?

UPS là từ viết tắt của cụm Uninterruptible Power Supply hoặc Uninterruptible Power Source, thường được biết đến với các tên gọi như như bộ lưu điện, bình điện dự phòng, bình lưu điện, bộ lưu trữ điện, bộ tích điện...

Bộ lưu điện UPS là một loại hệ thống cấp nguồn điện liên tục, có chức năng chính là cung cấp nguồn điện dự phòng cho các thiết bị điện trong trường hợp nguồn điện lưới xảy ra các sự cố tăng giảm áp, chập, cháy, mất điện, cúp điện... UPS sẽ đảm bảo duy trì tải để các thiết bị điện có thể tiếp tục vận hành bình thường cho tới khi được tắt đúng cách hoặc cho tới lúc máy phát điện hoạt động, giúp việc mất điện đột ngột không làm gián đoạn hoạt động hoặc gây hư hỏng thiết bị điện.

Tùy thuộc vào công suất thiết kế của mỗi bộ lưu điện mà thời gian duy trì tải cho thiết bị điện tiếp tục hoạt động sau khi sự cố điện xảy ra là khác nhau.

Nguyên lý hoạt động của UPS

Cơ chế hoạt động của mỗi loại bộ lưu điện không giống nhau, tuy nhiên tất cả đều tuân theo những nguyên tắc chung như sau:

Khi điện lưới bình thường: Ắc quy của UPS được tích điện. Khi điện lưới gặp sự cố: Dòng điện một chiều từ ắc quy của UPS sẽ được nghịch lưu thành dòng điện xoay chiều để cung cấp cho thiết bị điện.

Cấu tạo của UPS

Cấu tạo của bộ tích điện dự phòng gồm các bộ phận chính như sau:

Ắc quy (Battery): Là nơi lưu trữ điện năng.

Bộ sạc (Charger): Thực hiện nạp điện cho ắc quy.

Bộ chỉnh lưu (Rectifier): Chuyển đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều.

Bộ nghịch lưu (Inverter): Chuyển đổi dòng điện một chiều thành dòng điện xoay chiều.

Các loại bộ lưu điện UPS 

Có những loại UPS nào?

Các bộ lưu điện UPS trên thị trường hiện nay thường được phân chia thành 3 loại phổ biến dựa vào công nghệ, cách thức hoạt động, bao gồm:

Bộ lưu điện UPS offline

Hoạt động của UPS offline diễn ra như sau:

Ở điều kiện bình thường, nguồn điện lưới đầu vào đi qua một công tắc mạch để tới thiết bị điện. Dòng điện xoay chiều từ nguồn điện lưới là nguồn cấp điện trực tiếp cho thiết bị điện, nguồn điện đầu vào và nguồn điện đầu ra hoàn toàn giống nhau.

Chỉ khi nguồn điện lưới xảy ra sự cố tăng giảm áp hay mất điện, UPS offline mới tiến hành ngắt mạch điện lưới và chuyển sang dùng mạch điện ắc quy. Dòng điện một chiều từ ắc quy được nghịch lưu thành dòng điện xoay chiều để cấp cho thiết bị điện. Với cách hoạt động như trên, bộ lưu trữ điện UPS offline có ưu điểm là giá thành rẻ, song lại có nhược điểm là có độ trễ chuyển mạch từ điện lưới sang điện ắc quy.

Bộ lưu điện UPS offline áp dụng công nghệ line interactive

So với UPS offline thông thường, UPS offline áp dụng công nghệ line interactive được trang bị thêm một biến áp tự ngẫu và có cơ chế hoạt động như sau:

Trong điều kiện điện áp của nguồn điện lưới bình thường, biến áp tự ngẫu sẽ không can thiệp vào điện áp đầu vào. Nguồn điện đầu vào và đầu ra hoàn toàn giống nhau như trên UPS offline.

Khi điện áp của nguồn điện lưới bị tăng hoặc sụt nhẹ so với giới hạn tiêu chuẩn được xác định trước, biến áp tự ngẫu sẽ can thiệp vào nguồn điện đầu vào để điện áp đạt chuẩn rồi mới cấp cho thiết bị điện. Vì thế, mặc dù nguồn cấp điện cho thiết bị điện vẫn là điện lưới nhưng điện áp đầu vào và đầu ra sẽ khác nhau.

Chỉ trong trường hợp nguồn điện lưới xảy ra sự cố tăng hoặc sút áp mạnh hay mất điện, bộ lưu điện mới ngắt mạch điện lưới và chuyển sang dùng mạch điện ắc quy. Dòng điện một chiều từ ắc quy được nghịch lưu thành dòng điện xoay chiều để cấp cho thiết bị điện.

Với cấu tạo và cách hoạt động như trên, bộ lưu điện UPS offline áp dụng công nghệ line interactive có ưu điểm vượt trội hơn so với bộ lưu điện UPS offline nhờ có thêm chức năng ổn áp.

Bộ lưu điện UPS online

Với UPS online, nguồn điện cấp cho thiết bị điện được tạo ra hoàn toàn từ bộ lưu điện dựa trên cơ chế hoạt động như sau:

Ở điều kiện bình thường, bộ lưu điện sẽ chỉnh lưu dòng điện xoay chiều từ nguồn điện lưới thành dòng điện một chiều có điện áp tương đương với điện áp của ắc quy, sau đó nghịch lưu dòng điện một chiều này thành dòng xoay chiều rồi mới cấp cho thiết bị điện.

Khi nguồn điện lưới gặp sự cố, bộ lưu điện sẽ dùng mạch điện ắc quy. Dòng điện một chiều từ ắc quy được nghịch lưu thành dòng điện xoay chiều để cấp cho thiết bị điện.

Nhờ cách hoạt động này, UPS online không mất thời gian chờ chuyển mạch và đảm bảo độ ổn định tối đa cho điện áp của dòng điện đầu ra.

Ngoài cách phân loại dựa trên công nghệ và cơ chế hoạt động như trên, bộ lưu điện cũng có thể được phân loại dựa trên mục đích sử dụng cụ thể, trong đó phổ biến nhất là các loại bộ lưu điện cửa cuốn (dùng để hỗ trợ đóng mở cửa cuốn), bộ lưu điện máy tính (dùng để hỗ trợ cấp nguồn dự phòng cho máy tính nhằm tránh mất dữ liệu)...