Một trong những yếu tố quan trọng và dễ hiểu khi mua
UPS là phải quan tâm tới các yếu tố:
thời gian lưu điện, giá thành, công suất, nhà sản xuất, số lượng
đầu ra, khả năng quản lý… Tuy nhiên có một yếu tố khác cũng rất
quan trọng nhưng không dễ dàng xác định được và cũng ít được nhắc
đến đó là cấu trúc của UPS
(Topology)
Cấu trúc của UPS (Thiết kế bên trong
của UPS) sẽ ảnh hưởng tới nó sẽ
hoạt động như nào trong các môi trường khác nhau
Lựa chọn đúng cấu trúc liên kết phù hợp là rất quan trọng và
cần thiết cho những ứng dụng quan trọng. Sau đây chúng ta sẽ bàn
tới cấu trúc phổ biến nhất:
Line-Interactive và Online cũng
như điểm mạnh, điểm yếu của chúng.
Với dải công suất lơn hơn 5kVA,
UPS
line-Interactive sẽ không thực tế vì có giá thành cao hơn và
kích thước lớn hơn. Với công suất nhỏ hơn
750VA
Online UPS double conversion ít khi được quan tâm bởi vì cấu trúc
line-interactive và
offline thực tế hơn cho dải công suất
nhỏ.
Như vậy việc so sánh lựa chọn giữa 2 cấu trúc Line-interative và
Online sẽ tập trung chủ yếu ở dải công suất
750VA tới
5kVA.
.Đây là nơi mà các chức năng và lợi thế kinh tế của một cấu trúc liên kết
không rõ ràng
với cấu trúc khác
và phụ thuộc vào
việc lắp đặt cụ thể.Trong
khi dòng
Line-Interative
đã trở thành cấu trúc
được
sản xuất phổ biến nhất và triển khai trong phạm vi
công suất
này, các tiến bộ trong công nghệ bán dẫn và kỹ thuật sản xuất đã mang lại
phí sản xuất của dòng Online cạnh tranh so với
dòng
Line Interative,
làm cho sự lựa chọn giữa hai
dòng khó khăn hơn.
Hiểu yêu cầu ứng dụng của bạn
Trước
khi đưa ra bất kỳ quyết định nào về UPS topology,
điều quan trọng là phải hiểu các yêu cầu của thiết bị
cần
được bảo vệ và môi trường trong đó các UPS
sẽ được
lắp
đặt.Biết được những yêu cầu cơ bản là điều cần thiết để
đưa ra quyết định
về cấu trúc UPS tốt nhất sẽ phục vụ các ứng dụng.
IT Equipment and AC power: The Switch-Mode Power Supply (SMPS)
Các thiết bị thông thường được cung cấp bởi nguồn điện lưới xoay
chiều có tần số 50Hz hoặc 60Hz. Khi vào các thiết bị IT, nó được
chuyển đổi thành 1 chiều nhờ bộ chỉnh lưu và san phẳng bằng tụ
lọc. Sau đó nhờ bộ nguồn chuyển mạch (The Switch-Mode Power Supply (SMPS))
sẽ biến đổi điện áp DC cao thành điện áp DC thấp nhờ băm xung tần
số cao để cung cấp các linh kiện điện tử. Bộ nguồn chuyển mạch (SMPS)
cũng đồng thời có chức năng là bộ nguồn cách ly để bảo vệ các
linh kiện bên trong.
Bộ nguồn chuyển mạch cũng đồng thời đảm bảo nguồn đầu ra DC ổn
định cho các linh kiện dù đầu vào AC có biến đổi hoặc vượt qua
tình trạng không bình thường của nguồn AC trong 1 thời gian ngắn.
Theo nghiên cứu, khi nguồn AC mất, bộ nguồn SMPS vẫn đảm bảo cung
cấp nguồn DC khoảng 18 mili giây bởi năng lượng tích trữ trong tụ
lọc của bộ nguồn chuyển mạch SMPS.
Hình dưới đây mô tả tiêu chuẩn IEC62040-3
định nghĩa giới hạn biên độ điện áp và thời gian nhiễu cho phép
của đầu ra UPS chấp nhận được
với nguồn SMPS.
Ta thấy vùng “Comfort Zone”, điện áp liên tục với mức độ biến đổi
biên độ -20% tới +10% là chấp nhận được
Nhìn vào hình vẽ ta thấy, yêu cầu tương thích với điện áp đầu ra
của UPS là 230VAC thì:
- Trong 1ms, điện áp đầu ra UPS có thể lên tới 460VAC
- Trong 10ms, điện áp đầu ra UPS có thể là 0VDC
- Trong khoảng lớn hơn 100ms, điện áp đầu ra của UPS có thể là
230VAC+10% và 230VAC – 20%
Line-Interactive
UPS.
Điểm mạnh của cấu trúc Line-Interactive
- Tiêu thụ điện ít hơn (chi phí vận hành thấp hơn) – Hiệu suất cao
hơn do khi ở chế độ AC, sự biến đổi được thực hiện ít hơn (chỉ
sạc cho ăcquy và ngừng khi ăcquy đã đầy)
- Về lý thuyết thì độ tin cậy cao hơn do ít linh kiện hơn và hoạt
động tạo ra nhiệt thấp hơn
- Tạo ra ít nhiệt hơn bởi UPS
Điểm cần lưu ý với cấu trúc
Line-Interactive
Ở các nước đang phát triển, điện áp lưới không ổn định lắm, biến
đổi thường xuyên, nhiều nhiễu nên Line Interactive UPS có thể chuyển
sang chế độ Inverter thường xuyên bởi vì UPS phải đảm bảo dải điện
áp đầu ra nên khi nguồn lưới không ổn định, UPS sẽ chuyển sang chế
độ Inverter, sử dụng điện biến đổi từ ăcquy do đó ăcquy được sử
dụng thường xuyên hơn nên dẫn đến có thể cần phải thay thế, bảo
trì ăcquy thường xuyên hơn.
Các vấn đề cần xem xét:
Cấu trúc online do sử dụng
nhiều tầng biến đổi hơn, do đó:
- Nhiều linh kiện, thành phần hơn
- Chi phí vận hành và giá thành cao hơn
- Nhiệt tạo ra nhiều hơn do nhiều linh kiện hoạt động hơn
- Về mặt lý thuyết thì độ tin cậy nhỏ hơn do sử dụng nhiều linh
kiện hơn (Tuy nhiên về mặt thực tế, độ tin cậy còn xác định bằng
nhiều yếu tố khác dưới đây)
- Năng lượng tiêu thụ cao hơn so với
Line-Interactive. Với
Double Conversion Online UPS hoạt
động liên tục thì hiệu suất sẽ vào khoảng 85%-92% tùy thiết kế và
sản xuất trong khi Line-Interative
UPS là 96-98%. Ví dụ với hiệu suất 90%, 1000W tiêu thụ thì có
100W là sử dụng bởi UPS Online
dẫn đến chi phí trả tiền điện cao hơn, các chi phí về các phần
khác như làm mát cũng cao hơn so với
Line-Interative UPS.
Ưu điểm của Online UPS:
- Sử dụng điện biến đổi từ ăcquy ít hơn khi nguồn lưới không ổn
định (do bên trong bộ chỉnh lưu có cả tụ lọc nguồn DC do đó khi
điện áp vào không ổn định 1 chút hoặc nhiễu thì điện áp tích trữ
trong tụ sẽ phóng nên nếu lưới bị mất ổn định trong thời gian rất
ngắn thì UPS không chuyển sang
chế độ ăcquy do điện áp/ năng lượng trên tụ vẫn đảm bảo)
- Có bộ Điều chỉnh hệ số công suất (PFC – power factor correction)
cho dù bất cứ loại tải nào
- Nhỏ gọn và nhẹ hơn (đặc biệt với công suất lớn)
- Có thể biến đổi tần số đầu ra (50Hz thành 60Hz và ngược lại)
Lưu ý:
- Online UPS double conversion các linh
kiện chạy liên tục và nhiệt độ cao hơn do đó tuổi thọ thấp hơn so
với các linh kiện trong
Line-Interative UPS
-
Online UPS
double conversion tiêu tốn nhiều năng lượng hơn
Line-Interative UPS do đầu vào AC biến
đổi thành DC rồi lại từ DC biến đổi thành AC
- Online UPS
double conversion tạo ra nhiều
nhiệt hơn vào môi trường, các thiết bị IT và ngay cả ăcquy của
UPS do đó làm giảm tuổi thọ của
các thiết bị xung quanh
Xem xét về Độ tin cậy
Trong cả 2 cấu trúc có những yếu tố làm tăng hoặc giảm độ tin
cậy của thiết bị ví dụ như vấn đề nhiệt độ tỏa ra nêu trên. Tuy
nhiên trong thực tế, độ tin cậy này phụ thuộc nhiều vào thiết kế,
sản xuất và độ tốt linh kiện được sử dụng của nhà sản xuất.
Tổng kết:
Cấu
trúc
|
Độ
tin cậy
|
Tổng
Chi phí
|
Đầu
vào
|
Đầu
ra
|
Kích
thước/ Trọng lượng
|
+
Ít linh kiện hơn
Nhiệt độ tỏa ra
ít hơn
|
+
Chi phí ban
đầu ít hơn (linh kiện ít hơn)
Chi phí vận hành
ít hơn (tiền điện trả ít hơn)
|
-
Không có bộ PFC
Sự méo của điện
áp đầu vào có thể dẫn đến sử dụng nhiều ăcquy hơn
|
+/-
Tần số ra có thể
biến đổi trong 1 dải cài đặt được
|
-
Thường to hơn và
nặng hơn
|
|
-
Nhiều linh kiện
hơn
Nhiệt độ tỏa ra
nhiều hơn
|
-
Chi phí ban
đầu cao hơn (linh kiện nhiều hơn)
Chi phí vận hành
cao hơn (tiền điện trả ít hơn)
|
+
Có bộ PFC
Sự méo của điện
áp đầu vào có thể không phải sử dụng ăcquy
|
+
Tần số ra cố
định và cài đặt được
|
+
Thường nhỏ hơn và
nhẹ hơn với công suất cao hơn
|