UPS là gì? (Bộ lưu điện là gì?, Uninterruptible Power Supply là gì?)

UPS là từ viết tắt của Uninterruptible Power Supply (dịch ra là bộ cấp nguồn điện liên tục), ở Việt Nam còn có tên gọi là bộ lưu điện. Bộ lưu điện UPS là thiết bị hoạt động bằng cách lưu trữ năng lượng điện từ nguồn điện Input vào một hoặc nhiều ắc quy (pin). Khi nguồn điện ngõ vào bị mất, bộ lưu điện sẽ chuyển mạch sang sử dụng điện cấp bởi ắc quy để cung cấp cho các thiết bị điện tử quan trọng.

Khái nhiệm bộ lưu điện là gì ?

11 chức năng của bộ lưu điện là gì?

Chức năng chính của bộ lưu điện UPS là cung cấp điện năng dự phòng cho các thiết bị điện khi nguồn điện lưới gặp sự cố. Ngoài ra, UPS còn có các chức năng khác giúp bảo vệ các thiết bị điện khỏi các sự cố điện áp, sét lan truyền, nhiễu sóng,... Dưới đây là 11 chức năng chính của UPS :

Tính năng then chốt của bộ lưu điện UPS là gì ?

1. Bảo vệ tải khi mất nguồn Input

Khi nguồn điện ngõ vào Input bị cúp đột ngột, bộ lưu điện UPS sẽ chuyển mạch ngay lập tức điện DC trong ắc quy thành điện AC để cung cấp cho các thiết bị phụ tải, đảm bảo an toàn thông tin, dữ liệu.

2. Ổn áp (AVR)

Tính năg điều chỉnh điện áp tự động AVR

Nhiều dòng UPS Line-Interactive hiện nay được tích hợp mạch ổn áp sử dụng công nghệ Buck & Boost (Buck & Boost Circuit) với vi điều khiển AVR giúp ổn định điện áp cung cấp cho các thiết bị điện, tránh các sự cố như điện áp quá cao, quá thấp, chập chờn,... gây hư hại cho thiết bị.

Với các dòng UPS True-Online thì sử dụng cơ chế chuyển đổi kép nên thiết bị tải được bảo vệ tuyệt đối, cách ly hoàn toàn với nguồn điện Input.

3. Chống sét lan truyền

Với tính năng chốt sét cho đường dữ liệu, hầu hết các UPS được tích hợp tính năng chống sét lan truyền trên đường dây điện thoại/Fax nên bạn thường thấy 02 cổng RJ11 hoặc RJ45 kí hiệu Modem/Fax, tuy nhiên hiện tại ít ai dùng 02 cổng này mà thường dùng hẳn 01 số thiết bị chống sét chuyên dụng như PTEL, PNET1GB, PRM24,...
Còn với tính năng chống sét cho ngõ vào Input, thì 01 số dòng UPS có tích hợp sẵn hoặc được trang bị thêm (option) mạch OVCD (Over-Voltage Cutoff Device) để ngăn các điện áp bất thường."

4. Bảo vệ điện áp cao hoặc thấp

Mỗi UPS sẽ có một ngưỡng áp ngõ vào, nếu điện áp ngoài giá trị ngưỡng an toàn thì UPS sẽ tự động chuyển sang dùng ắc quy. Điều này giúp bảo vệ các thiết bị điện khỏi các sự cố như điện áp quá cao hoặc quá thấp, gây hư hại cho thiết bị.

5. Bảo vệ biến dạng nhiễu sóng

UPS thường nhắc đến thông số về độ méo hài dạng sóng ngõ ra với tải tuyến tính và phi tuyến. Độ méo hài càng thấp thì chất lượng dạng sóng ngõ ra càng tốt, giá trị này rơi vào mức 2-5%

6. Ổn định tần số

Dao động tần số ngõ ra UPS luôn được giữ ở mức ổn định đảm bảo an toàn cho thiết bị phụ tải.

7. Bảo vệ tức thời

Thời gian chuyển mạch của UPS Line-Interactive khoảng 3-5ms, nhưng với UPS Online giá trị này là 0ms. Đó là lý do khi bị cúp điện, các hệ thống PC, Camera, Server,.. không bị gián đoạn. 

8. Ngưỡng âm thấp (Độ ồn thấp)

UPS được thiết kế xử dụng công nghệ vi điều khiển, điện tử công suất giúp giảm thiểu tiếng ồn phát ra từ các thiết bị điện, tạo môi trường làm việc yên tĩnh.

9. Quản lý năng lượng

Giúp theo dõi và quản lý việc sử dụng điện năng của các thiết bị điện như điện áp vào/ra, tần số vào/ra, mức dung lượng tải, mức dung lượng pin còn lại

10. Quản lý pin (ABM)

Tính năng nay thường được thiết kế sẵn ở các dòng UPS True online giúp theo dõi tình trạng của pin và cảnh báo khi pin cần được thay thế.

11. Alarm (Cảnh báo)

Thông báo cho người dùng khi có sự cố xảy ra với UPS như mất nguồn AC, pin yếu, lỗi UPS,...

Bộ lưu điện có cấu tạo như thế nào?

Thành phần cấu tạo cơ bản của bộ lưu điện gồm hai bộ phận chính:

Cấu tạo chính của UPS được hiển thị qua màn hình điều khiển (LCD Control Panel)

Ắc quy

Là bộ phận quan trọng nhất của UPS có chức năng tích trữ năng lượng điện. Các ắc quy được sử dụng cho UPS thường dùng công nghệ phổ biến như VLRA-AGM, Lithium-ion, Ni-cd,…

Bộ chuyển đổi

Có chức năng chuyển đổi điện áp từ ắc quy sang điện áp phù hợp với các thiết bị điện đang sử dụng. Với dòng UPS True-Online, bộ chuyển đổi được chia thành hai loại chính:

• Bộ chỉnh lưu (Rectifier): chuyển đổi điện áp xoay chiều AC (Alternating Current) thành điện áp một chiều DC (Direct Current).
• Bộ nghịch lưu (Inverter): chuyển đổi điện áp một chiều DC thành điện áp xoay chiều AC.

Thành phần khác

Ngoài ra, bộ lưu điện còn có một số thành phần khác như:

• Bộ sạc (Battery Charger): có chức năng nạp điện cho ắc quy.
• Bộ điều khiển (Controller): có chức năng giám sát và điều khiển hoạt động của các bộ phận khác trong bộ lưu điện.
• Bộ lọc nhiễu (Filter): có chức năng lọc các sóng hài, nhiễu điện từ gây ảnh hưởng đến hoạt động của các thiết bị điện.

Cấu tạo cụ thể của bộ lưu điện có thể thay đổi tùy theo công suất và loại UPS. Chẳng hạn, đối với các bộ lưu điện công suất lớn, ắc quy có thể được bố trí trong một tủ riêng. Bộ chuyển đổi cũng có thể được bố trí rời rạc hoặc tích hợp trong cùng một tủ với UPS.

01 ví dụ về thiết kế cấu tạo bên trong của UPS

Tác dụng của bộ lưu điện (thiết bị lưu trữ điện) trong đời sống sản xuất ra sao?

Xét về quy mô sử dụng, UPS được ứng dụng rộng rãi cho 03 đối tượng sau :

Trong gia đình

UPS bảo vệ các thiết bị điện quan trọng như máy tính, máy tính bảng, điện thoại, tủ lạnh, ti vi,....

Trong doanh nghiệp

UPS được dùng cho hệ thống máy tính, máy in, máy photocopy, máy chủ, hệ thống mạng, hệ thống an ninh,...<

Trong nhà máy

UPS được ứng dụng để bảo vệ các dây chuyền sản xuất, hệ thống máy móc, máy CNC, máy tự động hóa....

Xét theo lĩnh vực ngành nghề, bộ lưu điện được sử dụng trong 07 lĩnh vực khác nhau, bao gồm:

• Trụ sở doanh nghiệp nhỏ, vừa, lớn
• Trung tâm dữ liệu (Data Center)
• Bệnh viện
• Trường học
• Nhà máy sản xuất
• Hệ thống an ninh
• Hệ thống thông tin liên lạc

Bộ lưu điện gồm có những loại nào?

Có 03 loại bộ lưu điện UPS :

UPS Offline cơ bản (Basic Offline)

UPS Offline tiêu chuẩn (Basic) là dòng sản phẩm thuộc công nghệ sản xuất cũ đang dần được thay thế hoàn toàn bởi dòng UPS Line Interactive và có giá rẻ hơn so với UPS Line Interactive. Nguyên tắc hoạt động của UPS Offline tiêu chuẩn là điện lưới đầu vào đi qua công tắc chuyển mạch trước khi cấp cho tải sử dụng. UPS lúc này chỉ sử dụng bộ sạc (charger) để nạp đầy điện cho ắc quy. Trường hợp điện lưới không ổn định (quá cao, quá thấp hoặc mất điện) thì UPS sẽ tự động chuyển mạch (thông qua rơ-le), dùng nguồn từ ắc quy cấp cho thiết bị để duy trì hoạt động.

Sơ đồ nguyên lý hoạt động của UPS Offline (Basic)

UPS Line-Interactive

UPS Line-Interactive là UPS sử dụng công nghệ Offline cải tiến được tích hợp thêm mạch ổn định điện áp AVR. Nguyên tắc hoạt động của UPS Offline công nghệ Line Interactive cũng tương tự dòng UPS Offline tiêu chuẩn nhưng có thêm mạch ổn áp nhằm điều chỉnh điện áp đầu ra cấp cho cho tải sử dụng luôn ổn định. Trường hợp điện áp điện lưới quá cao hoặc quá thấp, UPS Offline công nghệ Line Interactive, mạch ổn áp tự động chuyển mạch sang một nấc khác sao cho điện áp đầu ra đảm bảo đúng tải theo yêu cầu.

Sơ đồ nguyên lý hoạt động của UPS Line Interactive

UPS Online (Double Conversion Online)

UPS Online là UPS sử dụng công nghệ chuyển đổi kép AC/DC và DC/AC (Double Conversion Online) giúp loại bỏ những sự cố của điện lưới do điện áp đầu vào luôn được điều chế trước khi cấp cho tải sử dụng. Nguồn điện lưới không cung cấp trực tiếp cho thiết bị mà được biến đổi thành dòng điện một chiều nạp cho ắc quy và bộ nghịch lưu (Inverter). Bộ nghịch lưu sẽ tiếp tục biến đổi dòng một chiều nhận được thành điện áp đầu ra phù hợp với thiết bị sử dụng.

Như vậy có thể thấy rằng khi lưới điện xảy ra bất kỳ sự cố nào thì thiết bị của bạn vẫn luôn được an toàn. Dòng UPS Online thường được thiết kế với công suất lớn, có thể mở rộng thời gian lưu điện bằng ắc quy lưu điện gắn trong lẫn gắn ngoài nên ngoài những 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 máy chủ, trung tâm dữ liệu (data center) và thậm chí là cả những thiết bị tải động cơ như quạt, máy bơm, v..v..

Sơ đồ nguyên lý hoạt động của UPS True Online

Nguyên lý hoạt động của nguồn UPS?

Ta cần nắm 02 nguyên lý cơ bản của nguồn UPS

• Khi điện lưới ổn định, bộ lưu điện sẽ lấy điện lưới để nạp cho ắc quy.
• Khi điện lưới bị mất hoặc bị sụt áp, bộ lưu điện sẽ tự động chuyển sang chế độ cung cấp điện từ ắc quy cho tải.

Mời bạn xem nguyên video mô phỏng dạng 3D về cơ chế hoạt động của UPS (Ghi chú : Bạn nhấp chọn phụ đề video để hiển thị tiếng Việt)

Liên hệ với thực tế, ta thấy cơ chế hoặc động của một bộ nguồn UPS tương tự như một chiếc pin sạc dự phòng bỏ túi. Khi hết năng lượng thì cần nạp sạc, nhưng khi đầy dung lượng thì nó trở thành nguồn cấp điện cho điện thoại, bóng đèn, laptop, ipad,.. Và, một ưu điểm là bộ nguồn UPS không phát ra tiếng ồn như máy phát điện, đây chính là điểm cộng cho sản phẩm này.

06 thương hiệu bộ lưu điện UPS phổ biến tại Việt Nam

Ở thời điểm hiện tại năm 2023, thị trường Việt Nam có hơn 50 thương hiệu UPS lớn nhỏ các loại. Đứng trên góc nhìn khách quan, các Hãng UPS đang chạy đua với nhau về giá thành, hiệu suất thiết kế, và chính sách bảo hành. Dưới đây là 06 thương hiệu UPS tiêu biểu :

1. Delta Electronics (Thương hiệu Đài Loan - Taiwan)

Là nhà cung cấp các giải pháp quản lý nhiệt và năng lượng trên phạm vi toàn cầu cung cấp giải pháp tiết kiệm năng lượng với năng lực cốt lõi là điện tử công suất và tự động hóa, các hạng mục kinh doanh của DELTA bao gồm Điện tử công suất, Tự động hóa và Cơ sở hạ tầng trong đó có sản phẩm bộ lưu điện DELTA. Thế mạnh của Delta Electronics (Taiwan) là có hệ sinh thái sản phẩm toàn diện có thể kết nối, hội tụ về một ứng dụng quản lý duy nhất. Điều này rất phù hợp với xu hướng tương lai.

Website : https://www.deltaww.com

2. APC - Schneider Electric (Thương hiệu Pháp)

APC là một trong những thương hiệu nổi tiếng trong lĩnh vực UPS (Uninterruptible Power Supply) cung cấp các sản phẩm chất lượng cao cho doanh nghiệp và người tiêu dùng cá nhân.

Website : https://www.apc.com/vn/en

3. VERTIV (Thương hiệu Mỹ)

VERTIV là thương hiệu nổi tiếng của Mỹ về sản phẩm bộ lưu điện UPS. Ngoài ra, VERTIV còn cung cấp các sản phẩm như Hệ máy lạnh chính xác, hệ thống nguồn DC, tủ rack, PDU,...

Website : https://www.vertiv.com/en-asia

4. ANGUSTOS (Thương hiệu Mỹ)

Là thương hiệu lớn của Mỹ với dãi sản phẩm khá đa dạng chuyên về lĩnh vực công nghệ thông tin như thiết bị chuyển mạch KVM switch, màn hình ghép video wall, thiết bị chuyển đổi, màn hình tương tác, UPS Angustos, hệ thống CCTV,…

Website : https://angustos.com

5. SANTAK (Thương hiệu Mỹ)

Là nhà cung cấp giải pháp quốc tế chuyên về nguồn dự phòng UPS Santak. Được thành lập vào năm 1984, SANTAK đã được người dùng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau công nhận nhờ thiết kế mạnh mẽ và chắc chắn, mang lại độ tin cậy cao trong nhiều ứng dụng khó.

Webiste : https://www.santak.com

6. CYBERPOWER (Thương hiệu Mỹ)

CyberPower thiết kế và sản xuất một loạt các sản phẩm năng lượng sáng tạo, bao gồm bộ biến tần di động, bộ bảo vệ chống xung sét, PDU & Hệ thống quản lý năng lượng, bộ sạc di động và bộ biến tần PV, bộ lưu điện UPS Cyberpower.

Website : https://cyberpower.com

Ắt hẳn, bạn đã tự trả lời được câu hỏi “Bộ lưu điện dùng để làm gì”?

Đến đây, ta đã hiểu được bộ lưu điện UPS là gì ? Chúng ta nhận thấy vai trò quan trọng của UPS trong đời sống và sản xuất. Vì thế, việc chúng ta không quan tâm tới UPS đồng nghĩa với việc ta đang chấp nhận đối mặt với nhiều nguy cơ tiềm ẩn về điện có thể xảy ra bất cứ lúc nào với thiết bị tải. Và, con số thiệt hại sẽ là hệ quả tất yếu nếu ta không nghĩ tới vấn đề này sớm nhất có thể ! Bài viết được xây dựng dựa trên cách nhìn khách quan của tác giả. Việc chú trọng đến tiêu chí chất lượng điện sạch và độ ổn định về điện sẽ giúp kéo dài tuổi thọ thiết bị phụ tải.