CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1. Giới thiệu đề tài Theo xu hướng hiện đại hoá, đất nước ta ngày càng phát triển mạnh. Kéo theo đó là các nhu cầu về công nghệ máy móc và thông tin xã hội của đời sống con người ngày càng tăng. Để đáp ứng những nhu cầu đó, nghành công nghệ thông tin và truyền thông bắt đầu phát triển mạnh để hổ trợ cho các xí nghiệp và các trung tâm dử liệu lớn củng như nhu cầu thiết thực của con người, vì vậy nhu cầu về năng lượng điện cũng như chất lượng nguồn điện ngày càng cao, việc đầu tư cho hệ thống điện lưới lại đòi hỏi rất nhiều kinh phí dẫn tới tình trạng thiếu hụt về điện năng và chất lượng điện suy giảm.
Các thiết bị máy móc lưu trử dữ liệu không được cấp năng lượng kịp thời sẻ gây ra những hậu quả nghiêm trọng cho các công ty và xí nghiệp lớn với những tổn thất nặng nề. Bộ "Nguồn điện không gián đoạn (Uninterruptible Power Supply - UPS)" là giải pháp tốt nhất cho vấn đề này, đảm bảo cho các thiết bị điện được hoạt động liên tục, nhất là các thiết bị nhạy cảm như: Server, máy tính… 1. Mục tiêu nghiên cứu Mục đích của đề tài này là tìm hiểu về cấu tạo, nguyên lý hoạt động, tiêu chuẩn áp dụng, cách lắp đặt, vận hành và bảo trì một bộ UPS. Sử dụng luận văn làm tài liệu học tập cho các kỹ thuật viên, giảng viên, sinh viên chuyên ngành 1.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng: UPS Chloride 80-NET - Phạm vi: Tìm hiểu về cấu tạo chung, không đi sâu vào thiết kế và chế tạo. Phương pháp nghiên cứu Những tài liệu và hình ảnh trong bài Luận văn này được thu thập và tổng hợp từ: - Giáo trình giảng dạy bộ môn nguồn dự phòng và hệ thống ATS 1 do an - Nguồn thông tin sơ cấp do các hãng sản xuất, cung ứng trên thị trường cung cấp - Nguồn thông tin thứ cấp được tổng hợp từ các tài liệu khác và trong lần đi thực tế. 2 do an CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Khái niệm về UPS UPS (Uninterruptible Power Supply - Nguồn điện không gián đoạn) là thiết bị có thể cung cấp điện năng trong một khoảng thời gian tương ứng với công suất thiết kế nhằm duy trì hoạt động của thiết bị điện không bị gián đoạn khi điện lưới gặp sự cố.
Phân loại UPS UPS được phân thành 3 loại cơ bản như sau: - UPS Offline; - UPS Offline với công nghệ Line-interactive; - UPS Online. Bên cạnh đó cũng có thể phân loại thành UPS tĩnh và quay nhưng ít được nhắc đến trong thực tế.1: UPS hoạt động ở chế độ offline 3 do an 2. Nguyên lý hoạt động - Chế độ vận hành bình thường: Trong chế độ này, nguồn điện lưới đầu vào sau khi được lọc các sóng hài sẽ đưa đến với đầu ra. Đồng thời nguồn điện vào dùng để nạp cho Acquy qua bộ Charger.
- Chế độ vận hành acquy: Trong chế độ này, khi nguồn điện lưới gặp sự cố, công tắc (transfer switch) sẽ tự động chuyển đổi, đồng thời hệ thống Acquy cung cấp dòng điện một chiều cho bộ Inverter để chuyển thành dòng điện xoay chiều tiếp tục cung cấp cho tải. Phạm vi áp dụng Sử dụng cho khu vực văn phòng, các tải có công suất thấp (<3kVA). Sử dụng cho trạm thông tin ITE (Information technology equipment - Thiết bị công nghệ thông tin). UPS Line-Interactive 1.2: UPS hoạt động ở chế độ Line-Interactive 2.
Nguyên lý hoạt động - Chế độ vận hành bình thường : Trong chế độ này, nguồn điện lưới đầu vào tới bộ điều áp (automatic voltage regulator - AVR) sau đó được lọc các sóng hài và đến 4 do an với đầu ra. Đồng thời nguồn điện vào dùng để nạp cho Acquy qua bộ Charger. Bộ AVR có chức năng tự động điều chỉnh điện áp đầu vào sang chế độ an toàn, bất kể mức độ dao động của nguồn điện vào thiết bị UPS cao hay thấp, công nghệ này sẽ tự động cắt bớt điện áp (nếu nguồn điện vào lớn) hoặc gia tăng điện áp (nếu nguồn điện vào thấp) để cung cấp đủ nguồn điện đầu vào theo đúng tiêu chuẩn an toàn cho thiết bị, tránh được những hiện tượng sốc điện. - Chế độ vận hành acquy: Trong chế độ này, khi nguồn điện lưới gặp sự cố hoặc nguồn ngõ vào bộ chỉnh lưu nằm ngoài đặc tuyến ngõ vào của UPS, công tắc (transfer switch) sẽ tự động chuyển đổi, đồng thời hệ thống Acquy cung cấp dòng điện một chiều cho bộ Inverter để chuyển thành dòng điện xoay chiều tiếp tục cung cấp cho tải.
Phạm vi ứng dụng Được sử dụng cho các tải có công suất thấp (nhỏ hơn 3KVA).3: UPS hoạt động ở chế độ online 2. Nguyên lý hoạt động - Chế độ vận hành bình thường: Trong chế độ này, tải được cung cấp từ nguồn chính thông qua Inverter đồng thời acquy sẽ được nạp. Acquy luôn luôn được nối tới UPS, luôn được nạp điện và sẵn sàng hỗ trợ cho inverter khi mất nguồn vào. Khi 5 do an nguồn lưới gặp sự cố thì công tắc sẽ chuyển sang chế độ cấp nguồn từ acquy.
Nếu quá tải hoặc ngắn mạch tại đầu ra của UPS thì công tắc chuyển sang chế độ Bypass. - Chế độ vận hành acquy: Trong chế độ này, tải được cung cấp nguồn từ acquy thông qua inverter. Nếu nguồn chính gặp sự cố hoặc nguồn ngõ vào bộ chỉnh lưu nằm ngoài đặc tuyến ngõ vào của UPS. UPS sẽ tiếp tục hoạt động ở chế độ acquy, bình acquy sẽ tiếp tục phóng điện cho tới khi không còn năng lượng cung cấp cho tải.
Bất kể thời điểm nào trong chế độ acquy, nếu nguồn ngõ vào có trở lại bình thường, bộ chỉnh lưu sẽ hoạt động trở lại, cung cấp nguồn cho inverter và nạp lại bình acquy. Lúc này UPS hoạt động ở chế độ bình thường. Tùy thuộc vào tải và khoảng thời gian đã phóng điện của acquy, UPS sẽ xác định dòng điện nạp bình acquy. Tổng thời gian hoạt động ở chế độ battery của UPS phụ thuộc nhiều hệ số như loại Battery, dung lượng bình acquy, số dãy bình acquy, nhiệt độ môi trường, tuổi thọ bình acquy và sự thay đổi của tải trong quá trình xả bình acquy.
Tải càng lớn thời gian lưu điện càng giảm, tải càng nhỏ thời gian lưu điện càng lâu. - Chế độ bypass: Trong chế độ này, ngõ ra của hệ thống UPS sẽ chuyển tự động sang chế độ bypass nếu các điều kiện không bình thường xảy ra trên ngõ ra của hệ thống như ngắn mạch, quá tải hay inverter bị lỗi. Thời gian chuyển chế độ phải <4ms để đảm bảo tải ngõ ra không bị gián đoạn.bChế độ này được giữ nguyên cho đến khi inverter có thể cung cấp nguồn cho tải hay UPS được chuyển sang chế độ Maintenance Bypass để sửa chữa. Chế độ vận hành acquy không thể hổ trợ tải trong chế độ bypass.
- Chế độ bảo trì: Tải được cung cấp trực tiếp từ nguồn chính trong suốt thời gian bảo trì. Phạm vi ứng dụng Được sử dụng cho các tải có công suất thấp (nhỏ hơn 3KVA) hoặc lớn hơn (tới nhiều MVA). Các thành phần chính của UPS 2. Khái niệm Bộ chỉnh lưu l bộ biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều.
Bộ biến đổi này có thể là chỉnh lưu không điều khiển hoặc chỉnh lưu có điều khiển. Các bộ chỉnh lưu có điều khiển có thể trao đổi năng lượng theo 2 phía: khi năng lượng truyền từ lưới xoay chiều sang tải bộ nguồn làm việc ở chế độ chỉnh lưu, khi năng lượng truyền theo chiều ngược lại từ tải một chiều về lưới xoay chiều thì bộ nguồn làm việc ở chế độ nghịch lưu trả năng lượng về lưới. Phân loại chỉnh lưu Chỉnh lưu được phân loại theo các cách thức sau: - Dựa theo số pha nguồn cấp cho các van chỉnh lưu: có mạch một pha, ba pha, sáu pha vvv. - Dựa theo loại van bán dẫn: + Mạch dùng hoàn toàn bằng diode: Chỉnh lưu không điều khiển + Mạch dùng kết hợp diode và tiristo: Chỉnh lưu bán điều khiển + Mạch dùng hoàn toàn bằng tiristo: Chỉnh lưu điều khiển hoàn toàn.
- Dựa theo sơ đồ mắc van có 2 kiểu: + Sơ đồ hình tia : Trong sơ đồ này số van dùng cho chỉnh lưu sẽ bằng số pha nguồn cấp cho mạch chỉnh lưu. Các van đấu chung một đầu nào đó với nhau: hoặc A chung, hoặc K chung. + Sơ đồ hình cầu: Trong sơ đồ này số lượng van gấp đôi số pha nguồn cấp cho mạch chỉnh lưu, trong đó một nửa số van mắc chung nhau A , một nửa số van mắc chung K. Sơ đồ nguyên lý và nguyên lý hoạt động của chỉnh lưu cầu ba pha a.4: Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu cầu ba pha b.
Nguyên lý hoạt động Theo hoạt động của chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển đối xứng, dòng điện chạy qua tải là dòng điện chạy từ pha này về pha kia, do đó tại mỗi thời điểm cần mở IGBT chúng ta cần cấp 2 xung điều khiển đồng thời (1 xung ở nhóm anode, 1 xung ở nhóm catode). Hai xung điều khiển có: một xung chính quyết định góc mở, 1 xung đêm để có dòng điện. Với đường cong điện áp gián đoạn xung đệm chỉ có tác dụng mồi.Cần chú ý rằng thứ tự cấp xung điều khiển cũng cần tuân thủ đúng thứ tự pha.1: Thứ tự các xung điều khiển: Thời Xung Xung điểm chính đếm 1 Sa Sb' Điều khiển ở nhóm A 3 Sb Sc' 5 Sc Sa' 4 Sa' Sb Điều khiển ở nhóm K 6 Sb' Sc 2 Sc' Sa 8 do an Khi chúng ta cấp đúng xung điều khiển, dòng điện chạy từ pha có điện áp dương hơn đến pha có điện áp âm hơn. Khi góc mở các Tiristo lớn lên tới góc > 60o và thành phần điện cảm của tải nhỏ thì điện áp tải sẽ bị gián đoạn.
Nhận xét Chỉnh lưu cầu 3 pha hiện nay cho chất lượng điện áp khá tốt với biên độ đập mạch nhỏ, hiệu suất sử dụng biến áp tốt nhất. Khái niệm Bộ nghịch lưu áp cung cấp và điều khiển điện áp xoay chiều ở ngõ ra. Nguồn điện áp một chiều có thể ở dạng đơn giản như acquy, pin điện hoặc ở dạng phức tạp gồm điện áp xoay chiều được chỉnh lưu và lọc phẳng. Linh kiện trong bộ nghịch lưu áp có khả năng kích đóng và kích ngắt dòng điện qua nó, tức đóng vai trò một công tắc.
Trong các ứng dụng công suất vừa và nhỏ, có thể sử dụng transistor BJT, MOSFET, IGBT làm công tắc và ở phạm vi công suất lớn có thể sử dụng GTO, IGCT hoặc SCR kết hợp với bộ chuyển mạch.