Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Trong bối cảnh công nghiệp hóa và hiện đại hóa, nhu cầu ứng dụng công nghệ thông tin, viễn thông và tự động hóa trong sản xuất cũng như đời sống xã hội ngày càng mở rộng. Các hệ thống phụ tải nhạy cảm như máy chủ dữ liệu (server), trung tâm thông tin truyền thông, tổng đài điều khiển, thiết bị y tế và các dây chuyền sản xuất tự động đòi hỏi nguồn điện cung cấp phải có tính liên tục và chất lượng điện áp cao. Sự gián đoạn nguồn cung cấp hoặc các biến động về chất lượng điện áp (sụt áp, quá áp, sóng hài, méo dạng sóng) đều có thể dẫn đến việc mất mát dữ liệu nghiêm trọng, tê liệt hệ thống điều khiển và gây tổn thất lớn về kinh tế.
Trong khi đó, việc đầu tư nâng cấp lưới điện đòi hỏi nguồn kinh phí lớn, dẫn đến tình trạng suy giảm chất lượng điện năng hoặc thiếu hụt điện cục bộ. Các nguồn điện dự phòng truyền thống (như máy phát điện thông thường) không thể đáp ứng được yêu cầu về thời gian chuyển mạch tức thời đối với các thiết bị tải đặc biệt nhạy cảm. Hệ thống nguồn điện không gián đoạn (Uninterruptible Power Supply - UPS) là giải pháp kỹ thuật tối ưu để giải quyết bài toán trên. Mặc dù công nghệ UPS đã phát triển từ thập niên 1960 trên thế giới nhờ sự tiến bộ của linh kiện điện tử công suất, tại Việt Nam thời điểm năm 2016, hệ thống tài liệu kỹ thuật chuyên sâu về phân tích nguyên lý, cấu tạo, phương pháp lựa chọn, tiêu chuẩn áp dụng cũng như quy trình lắp đặt, vận hành và bảo trì UPS vẫn còn hạn chế.
Đề tài tốt nghiệp được thực hiện với các mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể sau:
- Tìm hiểu nguyên lý hoạt động và cấu tạo chi tiết của một hệ thống nguồn điện không gián đoạn hoàn chỉnh.
- Khảo sát và phân tích hệ thống các tiêu chuẩn kỹ thuật trong nước và quốc tế áp dụng cho thiết bị UPS.
- Trình bày rõ ràng các điều kiện lựa chọn hệ thống UPS, phương pháp lắp đặt và quy trình vận hành một dòng thiết bị cụ thể trong thực tế.
- Xây dựng tài liệu kỹ thuật có tính hệ thống nhằm phục vụ công tác học tập, nghiên cứu và tham khảo cho sinh viên, giảng viên chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Điện – Điện tử và cán bộ kỹ thuật vận hành.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đồ án bao gồm:
- Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống nguồn điện không gián đoạn (UPS) tĩnh và khảo sát thực tế trên dòng thiết bị công nghiệp UPS Chloride 80-Net.
- Phạm vi nghiên cứu: Tập trung vào khảo sát tổng quan cấu trúc nguyên lý, các mạch biến đổi điện tử công suất chính, tiêu chuẩn kỹ thuật, tính toán lựa chọn phụ trợ và quy trình vận hành; đề tài không đi sâu vào khâu thiết kế chi tiết vi mạch điều khiển hoặc trực tiếp chế tạo phần cứng.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Đồ án xây dựng nền tảng nghiên cứu dựa trên lý thuyết biến đổi điện tử công suất, lý thuyết mạch điện, công nghệ lưu trữ năng lượng hóa điện và hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật điện - điện tử chuyên ngành.
Khung lý thuyết và mô hình kỹ thuật sử dụng
- Lý thuyết biến đổi điện năng: Phân tích cấu trúc mạch chỉnh lưu (Rectifier) cầu ba pha có điều khiển sử dụng Thyristor/IGBT; mạch nghịch lưu áp (Inverter) ba pha hai bậc và các cấu hình nghịch lưu đa bậc (Multilevel Inverter) như dạng diode kẹp (Neutral Point Clamped - NPC), dạng nối tầng (Cascade) và dạng tụ bay (Flying Capacitor); nguyên lý điều chế độ rộng xung sin (Sin PWM, Modified SPWM).
- Bộ điều chỉnh điện áp tự động (AVR): Mô hình biến áp tự ngẫu kết hợp điều khiển cơ khí (động cơ Servo di chuyển con trượt) và điều khiển điện tử (sử dụng công tắc bán dẫn SCR) nhằm ổn định điện áp đầu ra trong phạm vi hẹp.
- Lý thuyết lọc phẳng và xử lý sóng hài: Mô hình bộ lọc thông thấp LC mắc sau bộ chỉnh lưu nhằm san bằng độ đập mạch điện áp và triệt tiêu các thành phần xoay chiều bậc cao.
- Hệ thống lưu trữ điện năng và ắc quy: Cấu tạo, đặc tính nạp/phóng điện của ắc quy chì-axit kín khí (VRLA - Valve Regulated Lead Acid, AGM - Absorbent Glass Mat); các chế độ nạp ắc quy tự động (nạp với điện áp không đổi, nạp với dòng điện không đổi, nạp kết hợp dòng - áp); tính toán lưu lượng thông gió phòng ắc quy chống tích tụ khí Hydro.
- Phối hợp bảo vệ và cách ly: Nguyên lý cách ly mạch động lực, lựa chọn thông số cắt sự cố của aptomat (CB) và cơ chế chống cấp điện ngược (Backfeed protection).
Hệ thống tiêu chuẩn áp dụng
Đồ án đối chiếu và phân tích toàn diện hai hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật:
- Tiêu chuẩn quốc tế: IEC 62040 bao gồm IEC 62040-1:2008 (Yêu cầu chung và an toàn), IEC 62040-2:2005 (Yêu cầu tương thích điện từ - EMC), IEC 62040-3:2011 (Phương pháp xác định tính năng và yêu cầu thử nghiệm).
- Tiêu chuẩn quốc gia Việt Nam: TCVN 9631:2013 (hoàn toàn tương đương với bộ tiêu chuẩn IEC 62040), bao gồm 3 tập: TCVN 9631-1:2013, TCVN 9631-2:2013 và TCVN 9631-3:2013.
Phương pháp nghiên cứu và nguồn dữ liệu
- Phương pháp thu thập và phân tích tổng hợp: Nghiên cứu giáo trình giảng dạy bộ môn Nguồn dự phòng và hệ thống ATS của Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM; khai thác tài liệu chuyên ngành về điện tử công suất và bảo vệ hệ thống điện.
- Phương pháp khảo sát thực tiễn: Tiếp cận nguồn dữ liệu sơ cấp từ nhà sản xuất và đơn vị cung cấp thiết bị trên thị trường thông qua sự hỗ trợ chuyên môn của Công ty TNHH Tư vấn DP Consulting.
- Phương pháp thực nghiệm quy trình: Khảo sát cấu trúc vật lý, thông số kỹ thuật và chuẩn hóa các bước quy trình thao tác trên thiết bị UPS Chloride 80-Net.
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Giới thiệu đề tài
Chương 1 trình bày tổng quan về tầm quan trọng của nguồn điện chất lượng cao đối với các hệ thống phụ tải công nghệ thông tin và công nghiệp hiện đại. Tác giả phân tích những hạn chế của lưới điện phân phối và nguồn dự phòng cổ điển khi xảy ra sự cố mất điện hoặc dao động điện áp. Chương này xác định rõ 4 nhiệm vụ nghiên cứu trọng tâm, xác định đối tượng nghiên cứu là thiết bị UPS Chloride 80-Net, đồng thời giới thiệu phương pháp tiếp cận và nguồn tài liệu được sử dụng trong suốt quá trình hoàn thành đồ án.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Chương 2 là chương trọng tâm về mặt học thuật, bao gồm 13 nội dung chính:
- Khái niệm và phân loại UPS: Định nghĩa UPS và phân tích chi tiết nguyên lý làm việc của 3 cấu hình cơ bản:
- UPS Offline: Ở chế độ bình thường, nguồn điện lưới sau khi qua bộ lọc cấp thẳng cho tải, đồng thời nạp cho ắc quy qua bộ Charger; khi mất điện, công tắc chuyển mạch (transfer switch) tự động đóng chuyển sang cấp nguồn từ ắc quy qua Inverter. Phạm vi áp dụng cho văn phòng, tải nhỏ dưới 3 kVA, thiết bị công nghệ thông tin (ITE).
- UPS Line-Interactive: Nguồn lưới đầu vào đi qua bộ điều áp tự động (AVR) để bù áp hoặc hạ bớt áp khi điện lưới dao động, giữ điện áp ra luôn nằm trong dải an toàn, sau đó qua bộ lọc cung cấp cho tải. Khi nguồn lưới vượt ngoài đặc tuyến cho phép hoặc mất điện, hệ thống chuyển sang chế độ ắc quy qua Inverter. Phạm vi áp dụng cho tải công suất thấp dưới 3 kVA.
- UPS Online: Hoạt động theo nguyên lý chuyển đổi kép (Double Conversion). Ở chế độ bình thường, tải luôn được cấp nguồn từ Inverter (chuyển đổi từ nguồn DC sau chỉnh lưu hoặc ắc quy), giúp điện áp đầu ra hoàn toàn cách ly với các xung nhiễu của điện lưới. Khi xảy ra sự cố quá tải, ngắn mạch hoặc lỗi Inverter, UPS tự động chuyển sang chế độ Bypass với thời gian chuyển mạch dưới 4 ms nhằm đảm bảo cấp điện liên tục. Áp dụng cho dải công suất từ nhỏ đến hàng MVA.
| Tiêu chí |
UPS Offline |
UPS Line-Interactive |
UPS Online |
| Công nghệ chuyển đổi |
Đơn kênh, chuyển mạch cơ/điện tử |
Có tích hợp bộ AVR ổn áp |
Chuyển đổi kép (AC-DC-AC liên tục) |
| Thời gian chuyển mạch |
Có độ trễ (vài ms) |
Có độ trễ (vài ms) |
Không có độ trễ (0 ms) |
| Chất lượng điện áp ra |
Phụ thuộc điện lưới |
Ổn định theo các nấc AVR |
Dạng sin chuẩn, cách ly nhiễu lưới |
| Dải công suất ứng dụng |
Nhỏ (< 3 kVA) |
Nhỏ (< 3 kVA) |
Rộng (từ < 3 kVA đến nhiều MVA) |
- Các thành phần chính của UPS:
- Bộ chỉnh lưu cầu ba pha: Phân loại chỉnh lưu theo số pha, loại van (Diode, Tiristo) và sơ đồ đấu nối (hình tia, hình cầu). Khảo sát sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng; nguyên lý cấp đồng thời 2 xung điều khiển (1 xung chính mở van, 1 xung đệm tạo dòng) tuân thủ đúng thứ tự pha:
| Thời điểm |
Xung chính |
Xung đệm |
Nhóm van điều khiển |
| 1 |
$S_a$ |
$S_b'$ |
Nhóm Anode (A) |
| 2 |
$S_c'$ |
$S_a$ |
Nhóm Catode (K) |
| 3 |
$S_b$ |
$S_c'$ |
Nhóm Anode (A) |
| 4 |
$S_a'$ |
$S_b$ |
Nhóm Catode (K) |
| 5 |
$S_c$ |
$S_a'$ |
Nhóm Anode (A) |
| 6 |
$S_b'$ |
$S_c$ |
Nhóm Catode (K) |
Khi góc mở $\alpha > 60^\circ$ và thành phần cảm của tải nhỏ, dạng sóng điện áp tải sẽ xuất hiện khoảng gián đoạn.
- Bộ nghịch lưu áp ba pha hai bậc: Cấu thành từ 6 van IGBT và 6 diode mắc đối song. Trạng thái đóng cắt trên từng nhánh thỏa mãn điều kiện logic $S_a + S_a' = 1$; $S_b + S_b' = 1$; $S_c + S_c' = 1$. Điện áp tâm tải - tâm nguồn $U_{n0}$ và điện áp pha tải được xác định bởi:
$$U_{n0} = \frac{U_{a0} + U_{b0} + U_{c0}}{3}$$
$$U_{an} = \frac{2U_{a0} - U_{b0} - U_{c0}}{3}; \quad U_{bn} = \frac{2U_{b0} - U_{a0} - U_{c0}}{3}; \quad U_{cn} = \frac{2U_{c0} - U_{b0} - U_{a0}}{3}$$
Đồ án phân tích ưu thế của các cấu hình nghịch lưu đa bậc (NPC, Cascade) trong việc giảm đạo hàm điện áp $dV/dt$, hạn chế thành phần sóng hài bậc cao và giảm tổn hao đóng cắt ở dải công suất lớn.
- Bộ điều chỉnh điện áp tự động (AVR): Phân tích nguyên lý làm việc của AVR cơ (dùng động cơ Servo điều khiển con trượt máy biến áp tự ngẫu - ưu điểm chịu quá tải tốt, chi phí thấp nhưng phản ứng chậm và dễ mòn cơ khí) và AVR điện tử (dùng van bán dẫn SCR chuyển nấc - tốc độ điều chỉnh cực nhanh, không hao mòn nhưng chịu quá tải kém). Phạm vi hoạt động của AVR thường nhận điện áp đầu vào từ $+10%$ đến $-25%$ danh định và ổn định đầu ra trong giới hạn $\pm 3%$, áp dụng cho cấp điện áp dưới 600 V và công suất dưới 2000 kVA.
- Bộ lọc LC: Phân tích nguyên lý san bằng độ đập mạch $K_đ = U_{0\sim}/U_0$. Hệ số san bằng $q \approx U_{0\sim v} / U_{0\sim r} > 1$. Giá trị thông số bộ lọc được xác định theo điều kiện:
$$X_{Lch} = m\omega L_{ch} \gg R_t; \quad X_C = \frac{1}{m\omega C} \ll R_t; \quad L_{ch} = \frac{q}{m^2\omega^2 C}$$
-
Hệ thống tiêu chuẩn và định nghĩa kỹ thuật (TCVN 9631:2013 / IEC 62040):
- TCVN 9631-1: Quy định các yêu cầu chung về an toàn, nối đất bảo vệ, bảo vệ quá dòng, chống chạm đất, khoảng cách tản nhiệt, chống thâm nhập vật thể rắn/nước và hướng dẫn tính toán lưu lượng thông gió cho phòng ắc quy.
- TCVN 9631-2: Quy định tương thích điện từ (EMC), phân cấp sản phẩm theo 4 loại: C1, C2, C3 (đánh giá trước khi đưa ra thị trường) và C4 (hệ thống lắp đặt cố định kiểm tra tại hiện trường).
- TCVN 9631-3: Quy định phương pháp thử nghiệm tính năng cho các hệ thống điện áp không vượt quá 1000 V, phân loại phụ tải tuyến tính ($I = U/Z$ với $Z = \text{const}$) và không tuyến tính ($Z$ biến thiên), định nghĩa mức toàn vẹn tin cậy RIL từ mức 1 đến mức 4, tỷ số ngắn mạch $R_{sce} = S_{sc} / S_{equ}$ đối với hệ ba pha.
-
Cấu hình ghép nối song song và hệ thống ắc quy:
- Phân tích các mô hình ghép song song: Song song dùng chung mạch nối thẳng (Common Bypass), song song có mạch nối thẳng phân tán (Distributed Bypass), và cấu hình dự phòng dư $N+X$. Khảo sát các chế độ vận hành song song: Normal, Battery, Bypass.
- Phân tích đặc tính nạp/xả của ắc quy axit-chì kín khí (VRLA), các thông số dòng khởi động nguội (CCA), dòng khởi động nóng (HCA), dung lượng dự trữ (RC); nguyên lý các phương pháp nạp áp không đổi, nạp dòng không đổi, nạp dòng - áp; tính toán thông gió phòng ắc quy; các giải pháp bảo vệ cách ly mạch DC, bảo vệ chống cấp điện ngược (Backfeed) và chọn định mức dòng cắt ngắn mạch cho CB.
Chương 3: Giới thiệu UPS Chloride 80-Net
Chương 3 đi sâu vào khảo sát thực tế dòng sản phẩm công nghiệp Chloride 80-Net:
- Thông số kỹ thuật và môi trường: Khảo sát kích thước, yêu cầu giải nhiệt, dải nhiệt độ môi trường và hệ số suy giảm công suất của thiết bị khi làm việc ở độ cao trên mực nước biển.
- Yêu cầu lắp đặt và phụ kiện bảo vệ: Hướng dẫn quy trình tháo dỡ kiện hàng, quy định mô-men xoắn siết ốc vít, tiêu chuẩn chọn tiết diện dây dẫn đồng và cầu chì tương ứng với từng cấp công suất; phương thức đấu nối bảo vệ chống dòng cấp ngược (backfeed) và kết nối ngăn ắc quy ngoài.
- Hệ thống giao tiếp điều khiển: Bảng điều khiển nút bấm, màn hình LCD hiển thị hệ thống Menu thông số vận hành; các cổng giao tiếp và card kết nối mạng Internet/Ethernet/Modbus phục vụ giám sát từ xa.
- Quy trình vận hành chuẩn hóa: Trình bày chi tiết từng bước thao tác đóng cắt các công tắc, cầu dao cách ly cho 4 chế độ vận hành:
- Quy trình bật hệ thống (ON UPS): Trình tự đóng các aptomat đầu vào, khởi động bộ chỉnh lưu, nạp ắc quy và đóng đầu ra cấp điện cho tải ở chế độ On-line.
- Quy trình tắt hệ thống (OFF UPS): Trình tự ngắt tải, ngắt Inverter và cô lập nguồn điện đầu vào.
- Quy trình chuyển đổi sang chế độ bảo trì (Maintenance Bypass): Thao tác chuyển tải sang mạch bypass tĩnh, đóng dao cách ly bảo trì (Manual Bypass Switch) và ngắt hoàn toàn mạch động lực bên trong UPS để sửa chữa an toàn mà không làm mất điện của tải.
- Quy trình vận hành hệ thống UPS ghép song song: Trình tự đóng cắt đồng bộ nhiều khối UPS cùng hòa lưới cấp nguồn cho thanh cái chung.
Kết quả và đóng góp
Kết quả chính
Đồ án đã đạt được các kết quả cụ thể, bám sát các số liệu và cơ sở kỹ thuật được trình bày trong tài liệu:
- Hệ thống hóa toàn diện cấu trúc lý thuyết và biểu thức giải tích của các khâu biến đổi điện tử công suất trong UPS: sơ đồ kích tuần tự 6 xung cho bộ chỉnh lưu cầu 3 pha; quan hệ điện áp pha - tâm nguồn ($U_{a0}, U_{b0}, U_{c0}$) và điện áp pha tải ($U_{an}, U_{bn}, U_{cn}$) của nghịch lưu áp 3 pha 2 bậc.
- Lượng hóa các đặc tính kỹ thuật quan trọng của hệ thống: thời gian chuyển mạch ở chế độ Bypass đạt mức dưới 4 ms nhằm đảm bảo tính liên tục của tải; dải điện áp điều chỉnh ngõ vào của bộ AVR từ $+10%$ đến $-25%$ danh định được ổn định đầu ra ở mức $\pm 3%$; công suất bộ AVR áp dụng ở dải dưới 2000 kVA và điện áp dưới 600 V.
- Phân tích chi tiết hệ thống quy chuẩn kỹ thuật theo tiêu chuẩn quốc gia TCVN 9631:2013 (tương đương IEC 62040) trên cả 3 phương diện: an toàn điện và chống chạm đất (Phần 1), giới hạn tương thích điện từ EMC cấp C1–C4 (Phần 2), và phương pháp kiểm tra tính năng, xác định mức độ tin cậy RIL 1–4, tỷ số ngắn mạch $R_{sce}$ (Phần 3).
- Xây dựng hệ thống bảng biểu hướng dẫn chi tiết quy trình lắp đặt cơ điện, lựa chọn tiết diện dây dẫn, cầu chì, mô-men xoắn siết vít và trình tự thao tác đóng cắt chuẩn xác cho 4 chế độ vận hành (On-line, Battery, Bypass, Maintenance) của dòng UPS Chloride 80-Net đơn lẻ và cấu hình ghép song song.
Giải pháp và kiến nghị
- Khuyến nghị áp dụng cấu hình chuyển đổi kép (Online Double Conversion) cho các hệ thống trung tâm dữ liệu và phụ tải quan trọng đòi hỏi dạng sóng sin chuẩn và thời gian chuyển mạch bằng không.
- Đề xuất quy chuẩn an toàn bắt buộc về việc tích hợp mạch bảo vệ chống cấp điện ngược (Backfeed protection) và tính toán lưu lượng thông gió cưỡng bức tại phòng chứa ắc quy nhằm triệt tiêu nguy cơ tích tụ khí cháy nổ Hydro.
- Chuẩn hóa quy trình chuyển đổi sang chế độ bảo trì (Maintenance Bypass) theo đúng thứ tự thao tác cơ - điện để tránh ngắn mạch giữa nguồn lưới và đầu ra bộ nghịch lưu.
Đóng góp của đề tài
- Tổng hợp thành công một bộ tài liệu chuyên khảo có tính hệ thống, kết hợp chặt chẽ giữa lý thuyết điện tử công suất, tiêu chuẩn quốc gia/quốc tế và hướng dẫn vận hành thiết bị thực tế.
- Đóng góp nguồn học liệu chuyên ngành hữu ích phục vụ công tác giảng dạy, học tập cho sinh viên và kỹ thuật viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Điện - Điện tử.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Hạn chế của đề tài
- Nội dung nghiên cứu chủ yếu dừng lại ở mức độ khảo sát lý thuyết, tổng hợp tiêu chuẩn kỹ thuật và hệ thống hóa quy trình vận hành từ tài liệu kỹ thuật của nhà sản xuất; chưa đi sâu vào việc thiết kế mạch phần cứng chi tiết, tính toán thông số vi điều khiển/DSP cho các mạch kích van bán dẫn.
- Đề tài chưa triển khai chế tạo mô hình thực nghiệm quy mô phòng thí nghiệm và chưa tiến hành đo đạc, kiểm nghiệm thực tế các dạng sóng điện áp, dòng điện quá độ trong các chế độ chuyển đổi trạng thái của UPS.
Hướng nghiên cứu tiếp
- Nghiên cứu thiết kế, mô phỏng chuyên sâu trên phần mềm (như MATLAB/Simulink, PSIM) các giải thuật điều khiển nghịch lưu đa bậc (NPC, Cascade) sử dụng kỹ thuật điều chế độ rộng xung nâng cao.
- Chế tạo mô hình phần cứng thử nghiệm hệ thống UPS công suất nhỏ, tích hợp bộ vi xử lý điều khiển số (DSP/FPGA) để kiểm chứng dạng sóng đầu ra và thời gian đáp ứng quá độ.
- Nghiên cứu ứng dụng các thuật toán thông minh trong việc giám sát dung lượng ắc quy (State of Charge - SoC, State of Health - SoH) và quản lý nạp xả tối ưu nhằm kéo dài tuổi thọ hệ thống lưu trữ điện năng.
Giá trị tham khảo
Tài liệu đồ án mang lại giá trị tra cứu và học tập thiết thực cho nhiều nhóm đối tượng:
- Sinh viên và giảng viên ngành Điện – Điện tử: Sử dụng làm tài liệu tham khảo chuyên ngành cho các học phần Nguồn dự phòng, Hệ thống ATS, Điện tử công suất và Trang bị điện - điện tử trong công nghiệp.
- Kỹ sư thiết kế cơ điện (M&E) và tự động hóa: Tham khảo phương pháp tính chọn công suất UPS, xác định dung lượng ắc quy, tính toán thông gió phòng nguồn và phương pháp phối hợp bảo vệ bằng aptomat (CB).
- Cán bộ kỹ thuật vận hành: Cung cấp tài liệu tra cứu các thuật ngữ, định nghĩa chuẩn theo TCVN 9631:2013 và bảng quy trình hướng dẫn thao tác vận hành, bảo dưỡng đối với dòng thiết bị UPS Chloride 80-Net.
Các phần nội dung có giá trị tham khảo cao nhất trong văn bản gồm: hệ thống bảng định nghĩa thuật ngữ tiêu chuẩn TCVN 9631, sơ đồ kích xung chỉnh lưu cầu 3 pha, và bảng quy trình các bước thao tác chuyển đổi chế độ On-line sang Maintenance Bypass.
Câu hỏi thường gặp
1. Đồ án phân loại UPS thành những loại cơ bản nào và phạm vi ứng dụng của từng loại ra sao?
Đồ án phân loại UPS thành 3 nhóm cơ bản:
- UPS Offline: Điện lưới cấp trực tiếp cho tải qua bộ lọc; khi mất điện Inverter mới kích hoạt cấp từ ắc quy; ứng dụng cho phụ tải nhỏ dưới 3 kVA, khu vực văn phòng và thiết bị ITE.
- UPS Line-Interactive: Tương tự Offline nhưng có thêm bộ ổn áp AVR tự động bù/giảm áp; ứng dụng cho tải công suất thấp dưới 3 kVA có điện lưới biến động.
- UPS Online: Chuyển đổi kép liên tục (AC-DC-AC), tải luôn nhận điện từ Inverter, cách ly hoàn toàn với nhiễu lưới; ứng dụng cho dải công suất từ nhỏ đến hàng MVA trong các trung tâm dữ liệu, server, trạm điều khiển công nghiệp.
2. Sơ đồ kích xung của bộ chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng được thực hiện theo nguyên lý nào?
Để mở các van bán dẫn (SCR/Tiristo), tại mỗi thời điểm cần cấp đồng thời 2 xung điều khiển: 1 xung chính (quy định góc mở $\alpha$) ở một nhóm van và 1 xung đệm (để duy trì đường dẫn dòng kín mạch) ở nhóm van đối diện. Thứ tự cấp xung luân phiên theo 6 thời điểm qua các cặp van: Thời điểm 1 ($S_a, S_b'$), Thời điểm 2 ($S_c', S_a$), Thời điểm 3 ($S_b, S_c'$), Thời điểm 4 ($S_a', S_b$), Thời điểm 5 ($S_c, S_a'$), và Thời điểm 6 ($S_b', S_c$). Khi góc mở $\alpha > 60^\circ$ và tải có điện cảm nhỏ, điện áp ngõ ra sẽ xuất hiện hiện tượng gián đoạn.
3. Sự khác biệt về ưu và nhược điểm giữa bộ điều áp AVR loại cơ và AVR loại điện tử là gì?
- AVR loại cơ (dùng động cơ Servo điều khiển con trượt): Có ưu điểm điều khiển điện áp đầu ra chính xác, đa dạng công suất, chịu quá tải cao và chi phí thấp; tuy nhiên nhược điểm là tốc độ đáp ứng chậm và cơ cấu cơ khí dễ mòn, đòi hỏi bảo trì thường xuyên.
- AVR loại điện tử (dùng công tắc bán dẫn SCR): Có ưu điểm điều khiển cực nhanh, không hạn chế chu trình đóng cắt, không cần bảo dưỡng cơ khí; nhược điểm là khả năng chịu quá tải kém hơn và giá thành cao hơn.
4. Bộ tiêu chuẩn TCVN 9631:2013 (tương đương IEC 62040) quy định những nội dung kỹ thuật trọng yếu nào?
Bộ tiêu chuẩn gồm 3 tập:
- TCVN 9631-1:2013: Quy định yêu cầu chung và an toàn (nối đất, chống điện giật, bảo vệ quá dòng, thông gió phòng ắc quy, vận chuyển).
- TCVN 9631-2:2013: Quy định yêu cầu tương thích điện từ (EMC), phân loại thiết bị theo các môi trường C1, C2, C3 và C4.
- TCVN 9631-3:2013: Quy định phương pháp xác định tính năng thử nghiệm, mức độ tin cậy RIL (mức 1 đến mức 4), tỷ số ngắn mạch $R_{sce}$ và chất lượng dạng sóng điện áp đầu ra đối với phụ tải tuyến tính và phi tuyến.
5. Mục đích của chế độ Bypass bảo trì (Maintenance Bypass) trên UPS Chloride 80-Net là gì và thực hiện như thế nào?
Chế độ Bypass bảo trì cho phép tải tiêu thụ nhận điện trực tiếp từ nguồn chính thông qua dao cách ly bảo trì, trong khi toàn bộ các khối chức năng bên trong UPS (chỉnh lưu, nghịch lưu, ắc quy) được cách ly điện hoàn toàn để kỹ thuật viên thực hiện sửa chữa hoặc bảo dưỡng an toàn. Quy trình chuyển đổi được thực hiện bằng cách chuyển UPS từ chế độ On-line sang Bypass tĩnh (Static Bypass), sau đó đóng cầu dao Maintenance Bypass Switch và ngắt các công tắc đầu vào, đầu ra và ắc quy của khối nghịch lưu.
Kết luận
Đồ án tốt nghiệp "Nghiên cứu nguồn điện không gián đoạn" của nhóm tác giả Lê Hoàng Tấn và Chế Đình Hùng đã giải quyết một cách có hệ thống các vấn đề lý thuyết và thực tiễn liên quan đến công nghệ UPS. Bằng việc phân tích sâu các khâu biến đổi điện tử công suất, tổng hợp chi tiết bộ tiêu chuẩn TCVN 9631:2013 / IEC 62040 và chuẩn hóa quy trình vận hành trên dòng thiết bị Chloride 80-Net, công trình đã đạt được toàn diện các mục tiêu nghiên cứu đề ra. Đồ án là tài liệu kỹ thuật có giá trị học thuật và thực tiễn cao, đóng vai trò làm tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên, giảng viên và kỹ sư chuyên ngành Kỹ thuật Điện - Điện tử.
