UPS Là Gì Trong Hệ Thống Điện? Chức Năng, Phân Loại Bộ Lưu Điện

UPS là gì? Bộ lưu điện là gì và tại sao nó lại trở thành thiết bị không thể thiếu từ các hộ gia đình nhỏ cho đến các trung tâm dữ liệu quan trọng? Bài viết dưới đây của DMT Solar sẽ giúp bạn giải đáp cặn kẽ mọi thắc mắc về khái niệm bộ lưu điện UPS là gì, bộ lưu điện dùng để làm gì, cũng như cách lựa chọn và ứng dụng chúng sao cho hiệu quả nhất.

1. Định nghĩa UPS là gì? Bộ lưu điện là gì?

Nếu bạn đang thắc mắc UPS là gì trong hệ thống điện? Câu trả lời rất đơn giản, đó chính là Bộ lưu điện. Nhưng để hiểu sâu hơn về bộ lưu điện là gì thì chắc hẳn không phải ai cũng biết. Dưới đây là định nghĩa cơ bản về bộ lưu điện UPS là gì và để hiểu tại sao chúng lại quan trọng trong hệ thống điện đến như thế:

1.1. Bộ lưu điện UPS là gì trong kỹ thuật điện?

UPS là thuật ngữ viết tắt của Uninterruptible Power Supply, hay còn được gọi là bộ lưu điện. Đây là hệ thống dự phòng điện, giúp cung cấp điện ngay tức thì cho các thiết bị được kết nối khi mà nguồn điện chính xảy ra sự cố mất điện hoặc không ổn định,... Khi đó bộ lưu điện sẽ đảm bảo duy trì nguồn điện trong khoảng thời gian tương ứng với công suất thiết kế, giúp các thiết bị vẫn được vận hành ổn định cho đến khi được tắt đúng cách. Nhờ vậy mà người dùng tránh được tình trạng hư hỏng và lưu trữ kịp thời những thông tin dữ liệu quan trọng của thiết bị. 

1.2. Tại sao cục UPS lại quan trọng trong hệ thống điện?

Nhờ chức năng tiện lợi của hệ thống UPS trong việc bảo vệ các thiết bị điện và dữ liệu quan trọng trong trường hợp sự cố điện lưới. Vì vậy mà bộ lưu điện được dùng phổ biến trong hệ thống điện lưới gia đình, công ty, bệnh viện, nhà máy sản xuất,... để có thể:

• Duy trì dòng điện ổn định trong trường hợp điện lưới bị chập chờn hoặc xảy ra sự cố.
• Ngăn ngừa mất dữ liệu trong hệ thống công nghệ thông tin và viễn thông.
• Duy trì tính liên tục của quy trình trong các ứng dụng điều khiển công nghiệp.
• Hỗ trợ các hệ thống an toàn tính mạng trong dịch vụ chăm sóc sức khỏe và dịch vụ khẩn cấp. 
• Duy trì ổn áp, chống xung, ổn tần, lọc nhiễu,... để bảo vệ các thiết bị điện. 

Việc hiểu về khái niệm của UPS là gì được xem là bước đệm đầu, nhưng để biết cách hệ thống UPS hoạt động ra sao, mời bạn cùng tìm hiểu những thông tin quan trọng trong phần tiếp theo nhé.  

2. Bộ lưu điện dùng để làm gì trong hệ thống điện?

Bộ lưu điện UPS dùng để làm gì trong hệ thống vận hành điện? Đó là bộ lưu điện sẽ hỗ trợ cho dây chuyền sản xuất vẫn có thể vận hành để chờ nguồn điện dự phòng khởi động và máy tính cũng được hoạt động ổn định để bạn kịp thời lưu giữ các dữ liệu cũng như các tác vụ vẫn còn đang dang dở thực hiện. 

Hơn nữa, bộ lưu điện cũng giúp cho hệ thống server được tắt đúng cách và an toàn toàn. Ngoài ra, còn có các hệ thống giám sát, camera, tín hiệu cảnh báo cũng được tiếp tục hoạt động ngay cả khi điện lưới gặp sự cố mất điện đột ngột. 

Không chỉ dừng lại ở đó, bộ lưu điện UPS còn giúp bạn tránh được các liên quan về tổn thất nghiêm trọng ở nhiều mặt như là trì trệ sản xuất, đánh mất dữ liệu, hỏng hóc máy móc, chi phí cao trong việc cần khởi động lại dây chuyền, tránh giảm tuổi thọ thiết bị cũng như chi phí thay thế mới các linh kiện. 

3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống UPS là gì?

3.1. Cấu tạo chung của bộ UPS là gì?

Cấu tạo chung của bộ UPS là gì? Bộ UPS được cấu tạo từ 02 bộ phận chính đó là: bộ main và ắc quy. Trong đó, ắc quy (battery) có vai trò lưu trữ năng lượng cho hoạt động dự phòng, còn bộ main sẽ bao gồm các bộ phận cấu tạo như sau:

• Bộ chỉnh lưu: Có chức năng là chuyển đổi dòng điện xoay chiều (AC) thành dòng điện một chiều (DC) và duy trì sạc pin. Bộ chỉnh lưu sẽ giữ cho bộ lưu trữ năng lượng sẵn sàng để triển khai ngay lập tức.
• Bộ nghịch lưu (inverter): Chức năng chính là chuyển đổi năng lượng DC được lưu trữ thành đầu ra AC.
• Bộ sạc (Charger): Được dùng để nạp nguồn điện cho ắc quy. 
• Bộ biến đổi, công tắc chuyển đổi, công tắc bảo vệ, mạch biến áp,...

Như vậy, dòng điện từ mạng lưới là dòng điện xoay chiều, trong khi đó dòng điện chạy trong hệ thống UPS là dòng điện một chiều. Do đó, bạn cần có bộ chuyển đổi dòng điện xoay chiều thành điện một chiều để tạo dòng điện vào và ra phù hợp. Dòng điện ra điện lưới sẽ được hệ thống lưu điện UPS cung cấp thông thường sẽ là 220V/380V với tần số 50/60Hz.

3.2. Nguyên lý hoạt động chung của bộ lưu điện UPS là gì?

Nguyên lý hoạt động chung của một bộ máy UPS là gì? Mặc dù có nhiều loại bộ lưu điện UPS khác nhau nhưng nguyên lý hoạt động là tương tự. Khi UPS phát hiện mất điện hoặc sụt áp, quyền kiểm soát sẽ được chuyển sang các bình ắc quy. Thông qua một bộ nghịch lưu (inverter), điện áp DC (một chiều) từ ắc quy sẽ được chuyển đổi thành điện áp AC (xoay chiều) cho các thiết bị. 

Như vậy, các chế độ hoạt động của UPS sẽ được vận hành như sau:

• Hoạt động ở chế độ biến tần (inverter): Với chế độ này, bộ lưu điện sẽ dùng nguồn điện trực tiếp từ lưới điện để đưa qua bộ lọc , chỉnh lưu và bo mạch inverter để nghịch lưu dòng điện điện DC thành dòng AC xoay chiều. Nhiệm vụ của UPS bộ lưu điện lúc này chính là ổn định dòng điện để cung cấp cho hệ thống. 
• Hoạt động ở chế độ ắc quy: Khi nguồn lưới bị mất điện hoàn toàn và bộ lưu điện sẽ chuyển sang hoạt động với ắc quy. Lúc này, ắc quy sẽ cấp nguồn điện một chiều qua bộ nghịch lưu để chuyển đổi sang dòng điện xoay chiều AC thay thế cho nguồn điện của mạng lưới.
• Hoạt động ở chế độ tiết kiệm năng lượng (ECO): Bộ lưu điện sẽ sử dụng nguồn lưới sạc cho ắc quy, đồng thời bật cùng lúc đường dẫn bypass và inverter để cấp dòng điện ổn định cho hệ thống. Trong chế độ hoạt động tiết kiệm năng lượng ECO thì bộ lưu điện cho hiệu suất cao nhất. 
• Hoạt động ở chế độ bypass: Chế độ này được bật khi bộ inverter gặp sự cố hoặc quá tải trong khi nguồn điện lưới vẫn còn. UPS lúc này sẽ lấy nguồn điện lưới trực tiếp để cấp cho thiết bị điện, thông thường chế độ này được bật bằng tay hoặc qua bộ static bypass tùy theo cấu tạo của bộ lưu điện. 

4. Phân loại bộ lưu điện UPS phổ biến trên thị trường 

Việc phân loại thiết bị ups là gì? Bởi vì trên thị trường hiện nay có nhiều đơn vị chuyên sản xuất bộ lưu điện UPS với sự khác biệt về công suất, công nghệ,... Nhưng hiện nay, bộ lưu điện được phân loại thành 03 dòng chính theo chức và mục đích sử dụng. 

4.1. UPS trực tuyến (UPS online)

Cách vận hành của bộ lưu điện UPS online dựa theo nguyên tắc chuyển đổi kép từ dòng AC sang DC và ngược lại. Do đó, chức năng của bộ lưu điện UPS trực tuyến không chỉ đơn thuần là cung cấp điện cho mạng lưới khi xảy ra sự cố mất điện mà còn đảm bảo:

• Ổn định nguồn điện để cung cấp cho các thiết bị điện (bao gồm nguồn điện từ mạng lưới và từ UPS) lẫn về tần số và điện áp.
• Thường dùng để cách ly thiết bị điện hoàn toàn khỏi sự cố nhiễu hay chập chờn của lưới điện. 
• Đảm bảo cung cấp nguồn điện sạch và chống nhiễu hoàn toàn. 

Thời gian chuyển mạch của UPS online gần như bằng 0ms và cung cấp điện áp hình Sin hoàn hảo. So với những bộ lưu điện sẽ được đề cập dưới đây thì UPS trực tuyến được đánh giá là hoạt động tối ưu nhất và linh hoạt trong mọi trường hợp và phù hợp với các thiết bị điện nhạy cảm với dòng điện. Chính vì vậy mà giá của UPS online cũng cao nhất trong các loại

4.2. UPS tương tác đường dây (Line - interactive UPS)

UPS tương tác đường dây (Line - interactive UPS) là sự cải tiến của bộ UPS Offline truyền thống. Bộ lưu điện nay cho công dụng tốt hơn nhờ tích hợp công nghệ Line - interactive hiện đại với nhiều tính năng hơn nhưng mức giá cũng cao hơn.

Thành phần quan trọng của bộ lưu điện Line - interactive là biến áp tự ngẫu có tác dụng thay đổi hoạt động của UPS tương tác đường dây dựa trên cảm ứng nguồn điện, cụ thể là:

• Trường hợp mất điện: Công nghệ Line- Line - interactive của bộ lưu điện sẽ chuyển sang quy trình hoạt động ngắt nhánh và đi qua biến áp tự ngẫu để sử dụng điện ắc quy với inverter.
• Trường hợp điện áp cấp vào thấp/cao hơn điện áp chuẩn: Lúc này biến áp tự ngẫu sẽ chuyển mạch điều chỉnh điện áp ra đúng chuẩn.
• Trường hợp điện áp cấp vào bộ lưu điện UPS bình thường: Giúp đáp ứng chuẩn đầu ra 220V thì không cần có sự can thiệp nào và UPS tương tác đường dây sẽ hoạt động giống với UPS Offline. 

4.3. UPS ngoại tuyến (UPS Offline)

Khác với UPS online, bộ lưu điện UPS ngoại tuyến (Offline) gồm có 02 chế đơn cơ bản:

• Khi mất điện, UPS Offline chuyển mạch cung cấp điện từ ắc quy qua inverter để cung cấp cho các thiết bị điện.
• Khi có điện, UPS Offline truyền nguồn điện trực tiếp đến các thiết bị điện trong hệ thống. 

UPS Offline có ưu điểm là gọn nhẹ, vận hành và sửa chữa dễ dàng nên phù hợp dùng cho hệ thống cửa cuốn, bãi xe tự động,... Hơn nữa, quản lý hoạt động của UPS ngoại tuyến có phần mềm riêng và cổng giao tiếp máy tính, giúp người dùng dễ dàng bật/tắt UPS, kiểm soát tải tiêu thụ, điện áp ra vào,...

4.4. Bảng so sánh các loại nguồn UPS

5. So sánh sự khác biệt giữa UPS với biến tần và máy phát điện

Bộ lưu điện thường rất dễ bị nhầm lẫn với các sản phẩm điện dự phòng khác. Để phân biệt được biến tần, máy phát điện với UPS là gì? Dưới đây là sự khác biệt của các thiết bị:

5.1. Sự khác biệt giữa biến tần (inverter) và thiết bị ups là gì?

• Bộ lưu điện UPS: Được thiết kế để gián đoạn bằng 0 hoặc gần bằng 0 (0-10ms). Cho thời gian chuyển giao từ 5-30 phút để tắt an toàn hoặc chuyển nguồn. UPS sẽ bao gồm điều hòa điện năng và bảo vệ chống sét lan truyền, được sử dụng để tối ưu hóa cho tải CNTT, viễn thông và hệ thống điều khiển. 
• Hệ thống biến tần (inverter): Chức năng cốt lõi của inverter chính là chuyển đổi nguồn điện một chiều (DC) thành nguồn điện xoay chiều (AC). Nó là một phần của hệ thống dự phòng, được lắp đặt tạo thành hệ thống điện năng lượng mặt trời hoặc thiết lập lưu trữ năng lượng. Thời gian chuyển mạch và các liên tục sẽ phụ thuộc vào thiết kế hệ thống, cho phạm vi ứng dụng rộng hơn. 
• Điểm khác biệt chính: Tất cả hệ thống UPS đều chứa biến tần, nhưng không phải tất cả các hệ thống biến tần đều là UPS. Bộ lưu điện là giải pháp liên tục hoàn chỉnh, còn biến tần là thành phần chuyển đổi năng lượng có thể được dùng cho nhiều ứng dụng khác nhau.

5.2. Sự khác biệt giữa UPS bộ lưu điện và máy phát điện

• UPS bộ lưu điện:
  • Thời gian phản hồi: Tức thì 0-10ms
  • Thời gian chạy: Ngắn, thường là 5-30 phút.
  • Nhiên liệu: Pin
  • Bảo trì: Thay pin mỗi 3-5 năm.
  • Phù hợp: Để kết nối các sự cố mất điện ngắn, cho thời gian để tắt an toàn và chống lại các nhiễu loạn ngắn.
• Máy phát điện:
  • Thời gian phản hồi: 10-30 giây
  • Thời gian chạy: Từ vài giờ đến vài ngày, chỉ giới hạn bởi nguồn cung cấp nhiên liệu. 
  • Nhiên liệu: Dầu, khí đốt tự nhiên hoặc propan. 
  • Bảo trì: Chạy thử, thay dầu hoặc bảo trì hệ thống nhiên liệu.
  • Phù hợp: Mất điện kéo dài, sao lưu toàn bộ cơ sở. 
• Hoạt động song song: Đối với các cơ sở quan trọng, hệ thống UPS và máy phát điện thường dùng để song hành cùng nhau. Trong đó, UPS cung cấp khả năng bảo vệ tức thời và lấp đầy khoảng trống 10-30 giây trong khi chờ máy phát điện khởi động. Khi máy phát điện đã hoạt động, UPS sẽ sạc lại pin để tiếp tục điều chỉnh đầu ra của máy phát điện cho các tải nhạy cảm.  

>>>Xem thêm: Sản phẩm Máy phát điện năng lượng mặt trời 2kWh giá rẻ VestWoods UPS-VEW-PH-Mini-2000Wh

5.3. So sánh bộ nguồn UPS và bộ điều chỉnh điện áp tự động (AVR)

• Bộ nguồn UPS: Cung cấp điều chỉnh điện áp và nguồn điện dự phòng. Dự phòng mất điện hoàn toàn và bảo vệ tối ưu cho các tải quan trọng.
• Bộ bộ điều chỉnh điện áp tự động (AVR): Dùng để điều chỉnh sự biến động điện áp như sụt áp hay tăng áp. Không cung cấp nguồn điện dự phòng khi mất điện. Phù hợp cho các khu vực có điện áp không ổn định nhưng phải đảm bảo tính liên tục.  

5.4. Bảng so sánh nhanh các thiết bị

6.  Cách tính công suất UPS cần mua để sử dụng

Để tính toán công suất UPS cần mua để sử dụng đạt hiệu quả tối ưu nhất, dưới đây là các bước tính toán mà bạn có thể tham khảo:

• Bước 1: Lựa chọn thiết bị điện ưu tiên trường hợp xảy ra sự cố lưới điện và cần dùng UPS để duy trì mạng lưới. Hãy ưu tiên thiết bị điện thật sự cần thiết, tránh dùng cho những thiết bị tiêu thụ điện lớn như máy lạnh, máy giặt, động cơ, quạt,... Một số bộ lưu điện năng lượng mặt trời có dung lượng lưu trữ cao sẽ tích hợp thêm cổng cắm điện loại 220V để phục vụ cho các nhu cầu thiết yếu như là tivi, máy quạt, nồi cơm, đèn điện,...
• Bước 2: Xác định thời gian phù hợp để lưu trữ điện như 15 phút, 30 phút, 1 giờ,... dựa trên đặc điểm các thiết bị điện lẫn hệ thống. 
• Bước 3: Tính tổng công suất tải bằng tổng công suất các thiết bị điện cần ưu tiên. Với một số thiết bị tải có dòng khởi động lớn thì công suất tính phải gấp khoảng 2-3 lần so với công suất tải thực tế.
• Bước 4: Áp dụng công thức để tính công suất UPS cần sử dụng:

AH = (T x W) / (V x PF)

Trong đó:

• AH: Là công suất của bộ lưu điện UPS (đơn vị là Ampe giờ).
• T: Thời gian lưu trữ mong muốn thực tế (giờ)
• W: Tổng công suất tải.
• V: Điện áp định mức đầu vào của UPS.
• PF: Hệ số cố định của công suất chuyển đổi.

7. Các ứng dụng thực tế của bộ lưu điện để làm gì?

Bộ lưu điện Uninterruptible power supply là gì mà lại được ứng dụng rộng rãi đến vậy? Tùy thuộc vào thiết kế và công suất mà UPS được phân bổ vào các lĩnh vực quan trọng sau:

• Gia đình và văn phòng nhỏ: Cung cấp điện cho PC, Wifi, hệ thống camera an ninh giám sát gia đình, đèn chiếu sáng khẩn cấp, cửa cuốn tự động.
• Trung tâm dữ liệu (Data Center) và viễn thông: UPS công suất lớn bảo vệ hệ thống Server máy chủ, thiết bị lưu trữ, trạm thu phát sóng viễn thông (không bị rớt mạng dù chỉ 1 giây).
• Y tế và chăm sóc sức khỏe: Bảo vệ nguồn điện hoàn hảo cho máy thở, máy xét nghiệm, hệ thống phòng mổ, tủ lạnh bảo quản vắc-xin... nơi mạng sống con người được đặt lên hàng đầu.
• Công nghiệp và sản xuất tự động: Duy trì hoạt động cho hệ thống điều khiển PLC, dây chuyền lắp ráp tự động hóa, robot công nghiệp. Một sự cố mất điện nhỏ cũng có thể làm kẹt vật tư và gây thiệt hại hàng tỷ đồng.
• Ngân hàng và tài chính: Bảo vệ hệ thống máy ATM, máy chủ giao dịch cốt lõi để đảm bảo dữ liệu dòng tiền không bao giờ bị gián đoạn hay sai lệch.

Hi vọng qua bài viết chuyên sâu trên, DMT Solar đã giúp bạn giải đáp cặn kẽ mọi câu hỏi xoay quanh UPS là gì. Bộ lưu điện UPS không chỉ là nguồn điện dự phòng khẩn cấp mà các dòng cao cấp còn giúp điều chỉnh điện áp để bảo vệ thiết bị. Tùy vào nhu cầu sử dụng (cá nhân, văn phòng hay hệ thống quan trọng) mà bạn có thể chọn loại Offline, Line-interactive hoặc Online cho phù hợp.

Các câu hỏi thường gặp về bộ nguồn UPS 

1. Tôi có thể cắm bao nhiêu thiết bị vào UPS?

Bạn có thể cắm bao nhiêu thiết bị tùy thích (có thể dùng thêm ổ cắm nối dài chia cổng), miễn sao tổng công suất tiêu thụ điện (W) của tất cả các thiết bị đó cộng lại  công suất tải định mức (W) mà chiếc UPS đó hỗ trợ. Nếu cắm quá tải, UPS sẽ phát ra tiếng bíp cảnh báo liên tục và tự động ngắt đầu ra để bảo vệ mạch.

2. Sử dụng UPS có tốn điện không?

Có. Hệ thống ups cũng là một thiết bị điện tử. Bản thân bo mạch của UPS khi hoạt động cũng tiêu thụ một lượng điện năng nhất định (gọi là điện tổn hao nội bộ) để duy trì mạch điều khiển, quạt tản nhiệt và nạp bình ắc quy. Dòng UPS Offline tốn ít điện nhất, trong khi dòng UPS Online tốn điện hơn (hiệu suất 90%) do phải chuyển đổi AC-DC liên tục.

3. Tuổi thọ của bộ lưu điện là bao lâu?

Vòng đời thiết kế của một bo mạch (Main) UPS chất lượng thường rất bền, có thể lên tới 10-15 năm. Tuy nhiên, linh kiện hao mòn nhanh nhất chính là bình ắc quy (Battery). Tuổi thọ trung bình của bình ắc quy chì kín khí (AGM/VRLA) dùng trong UPS thường là 3-5 năm tùy thuộc vào nhiệt độ phòng và tần suất mất điện. Sau khoảng thời gian này, bạn chỉ cần mua bình ắc quy mới thay thế vào là UPS lại hoạt động mạnh mẽ như ban đầu.