đồ án kỹ thuật điện lạnh Chức năng của UPS và ứng dụng của nó trong thực tế

Chương I : Tổng quan về UPS A. Sự cố về nguồn và giải pháp UPS: Sự cố về nguồn điện nói chung và mất điện nói riêng làm ảnh hưởng rất nhiều đến các hoạt động trong cuộc sống hiện đại, nhất là các thiết bị nhạy cảm hay yêu cầu phải hoạt động liên tục như là máy tính,máy xử lý công nghiệp,thiết bị y tế,viễn thông và các hoạt động thương mại điện tử. Việc ngừng trệ ( do sự cố về điện ) sẽ làm chậm giao dịch,mất thông tin, gây tổn hại vê nhiều mặt, mất thời gian để khắc phục và sửa chữa. 1. Các sự cố về nguồn điện: Về mặt lý thuyết: Hệ thống phân phối năng lượng điện tạo ra một điện áp hình sin vơi biên độ và tần số thích hợp để cung cấp cho thiết bị điện (400V-50Hz chẳng hạn). Trong thực tế, những sóng hình sin điện áp và dòng điện cùng tần số bị ảnh hưởng trong phạm vi khác nhau bởi những sự cố có thể xuất hiện trong hệ thống. • Xung nhọn : Là sù tăng lên đột ngột của điện áp trong một khoảng thời gian ngắn. Nguyên nhân gây ra là sự đóng cắt của các bộ điều chỉnh nhiệt hoặc các thiết bị đóng cắt dòng lớn. Hiện tượng này làm hư hỏng phần cứng,các thiết bị ngoại vi,board … và làm hư các phần mềm. • Nhiễu điện : Chính là sự nhiễu loạn giữa đường cung cấp và đất,giữa các dòng với nhau, dòng với trung tính Nó gây ra bởi sét đánh, do lỗi dây hay gần các thiết bị thu phát sóng radio … Hiện tượng này làm cho các dữ liệu có thể bị treo hoặc bị phá huỷ. • Tăng áp : Sự tăng đột ngột tức thời đôi khi đến mức gây hư hỏng . Hiện tượng này thường xảy ra ngắn và có biên độ rất cao. Nguyên nhân gây ra thường là do tắt các máy dùng điện,bị sét đánh hay là phục hồi lại điện sau khi bị mất. • Sụt áp : Điện áp giảm so với giá trị điện áp trung bình tròng vài chu kỳ. Hiện tượng này dễ gặp khi khởi động tải lớn nh là khi khởi động máy điện quay. Nó làm cho hệ thống máy tính phải khởi động lại. • Sụt áp do quá tải : Nó cũng giống nh hiện tượng sụt áp nhưng thời gian dài hơn và thường là nguy hiểm hơn. Hiện tượng này xảy ra khi nguồn cung cấp không cung cấp đủ cho tải và máy phát ngắt điện toàn bộ lưới. • Mất điện : Nguồn điện cung cấp bị ngắt hoàn toàn. Hiện tượng này xảy ra khi đường dây cung cấp bị lỗi,tai nạn hay bị thiên tai … • Dạng sóng của nguồn cung cấp không có hình sin. • Tần số của nguồn thay đổi sai khác so với tần số định mức. 2. Giải pháp UPS : Trước những sự cố về nguồn điện không thể tránh được, chúng ta cần phải có một giải pháp sao cho vừa đem lại sự an toàn và tính sử dụng liên tục cho các thiết bị điện,điện tử cần ưu tiên, vừa đảm bảo an toàn cho người sử dụng. Có nhiều giải pháp cho vấn đề này như sử dụng thêm nguồn dự phòng và bộ chuyển mạch nhanh nhưng giải pháp này gây tốn kém vì phải sử dụng thêm nguồn thứ hai và vẫn phải cần có thời gian để chuyển mạch trong khi yêu cầu sư dụng đòi hỏi về nguồn : • Tính liên tục. • Chất lượng của nguồn điện. Bộ nguồn liên tục UPS chính là giải pháp đáp ứng được các yêu cầu đó. Nó cung cấp cho tải với nguồn ổn định và liên tục trong mọi trường hợp bị sự cố. B. Chức năng của UPS và ứng dụng của nó trong thực tế. UPS : Uninterruptible Power Supply : Bộ nguồn liên tục. 1. Các chức năng của UPS : Hoạt động nh mét giao diện giữa hệ thống cung cấp điện và những tải nhạy cảm. UPS cung cấp cho tải một năng lượng điện liên tục, chất lượng cao, không phụ thuộc mọi tình trạng của hệ thống cung cấp. UPS tạo ra một điện áp cung cấp tin cậy : • Không bị ảnh hưởng của những sự cố của hệ thống cung cấp, đặc biệt khi hệ thống cung cấp ngừng hoạt động. • Phạm vi sai sè cho phép tuỳ theo yêu cầu của những thiết bị điện từ nhạy cảm UPS có thể cung cấp điện áp tin cậy, độc lập và liên tục thông qua các khâu trung gian: Acquy và chuyển mạch tĩnh. 2. Ứng dụng của UPS trong thực tế: Hiện nay nhu cầu ứng dụng UPS trong các lĩnh vực tin học, viễn thông, ngân hàng là rất lớn. Số lượng UPS được sử dụng gần bằng 1/3 số lượng máy tính đang được sử dụng. Có thể lấy một vài ví dụ về các thiết bị sử dụng UPS, đó là những máy tính, việc truyền dữ liệu và toàn bộ thiết bị ở một trạng thái nào đó là rất quan trọng và không cho phép được mất điện. UPS được sử dụng trong ngành hàng không để đảm bảo sự thắp sáng liêu tục của đường băng sân bay… Nói tóm lại UPS là một nguồn điện dự phòng nó có mặt ở mọi chỗ mọi nơi, những nơi đòi hỏi cao về yêu cầu cấp điện liên tục. Ví dụ hệ thống UPS để bàn: Hệ thống UPS cỡ trung bình (công suất 3-20kVA) Đánh giá chất lượng UPS : Chất lượng của UPS được đánh giá dựa theo một số tiêu chuẩn quan trọng như: • Dạng sóng của điện áp đưa ra từ UPS. Thông thường điện áp ra của UPS được điều chình về dạng sin là dạng sóng chuẩn cung cấp cho các thiết bị tiêu thụ. Một số UPS chất lượng thấp cho ra cỏc súng dạng xung vuông. • Khi có sự cố bên trong UPS hoặc khi cần bảo dưỡng sữa chữa UPS, bạn cần một thiết bị chuyển mạch bằng tay để có thể tách rời UPS ra khỏi thiết bị tiêu thụ mà không làm ảnh hưởng đến thiết bị đú, đõy cũng là một tiêu chuẩn để đánh giá UPS. • Thời gian cũng như công suất mà UPS có thể đảm bảo cung cõp nguồn liên tục khi có sự cố đối với nguồn cung cấp chính cũng là một yếu tố quan trọng để đánh giá chất lượng của một UPS. • Ở các UPS hiện đại, nú cũn có khả năng giao tiếp với các thiết bị tiêu thụ (tự động tắt thiết bị khi nguồn cung cấp bị mất trong một thời gian quỏ lõu), với người sử dụng đưa ra các cảnh báo về tình trạng của nguồn cung cấp thông qua màn hình hiển thị hoặc các tín hiệu cảnh báo. C. Phân loại UPS: Theo nguyên lý làm việc của UPS ta phân thành các loại dưới đây 1. UPS tĩnh: Là UPS sử dụng các bộ biến đổi điện tử công suất làm chức năng chỉnh lưu và nạp ắc quy để tích lũy điện năng khi làm việc bình thường. Khi có sự cố bộ nghịch lưu làm nhiệm vụ biến đổi điện năng một chiều thành điện năng xoay chiều cung cấp cho các tải ưu tiên. UPS tĩnh chiếm phần lớn trong các hệ thống UPS. Năng lượng của các hệ thống này thường được tích trữ trong ắc quy. Thành phần cơ bản của UPS này bao gồm : - Ăc quy - Bộ chỉnh lưu/nạp - Bộ nghịch lưu và bộ lọc UPS tĩnh có 2 loại chính là : UPS chuyển đổi đơn và UPS chuyển đổi kép. ( dựa trên cách thức mà UPS cung cấp cho tải ) a. UPS chuyển đổi kép: Trong loại này,trước tiên nguồn cung cấp sẽ chuyền thành dòng một chiều thông qua bộ chỉnh lưu nạp vào ắc quy. Tiếp đó nguồn 1 chiều từ ắc quy sẽ đc chuyển sang điện áp xoay chiều thông qua sự kết hợp của bộ nghịch lưu và bộ lọc. Bộ nghịch lưu này hoạt động liên tục và cung cấp năng lượng cho tải cả trong trường hợp thường và trường hợp khẩn cấp. Về cấu tạo UPS loại này cho phép mắc nối tiếp 1 nguồn bổ sung vào mạch điện một chiều của nó. Ví dụ đầu ra nguồn 1 chiều của UPS được cung cấp bởi một máy phát điện Diesel mắc song song với ắc quy. ắc quy này có thể cung cấp năng lượng cho tải liên tục cho đến khi hết năng lượng dự trứ thì máy phát điện sẽ làm việc tiếp tục cung cấp năng lượng cho tải qua bộ nghịch lưu. b. UPS chuyển đổi đơn: Cấu tạo của loại UPS này không có bộ chỉnh lưu/nạp cho ắc quy. Chính xác hơn thì bộ nghịch lưu của UPS này có khả năng chuyển đổi hai chiều. Khi mà nguồn đang cung cấp thì bộ nghịch lưu đưa năng lượng từ nguồn nạp vào ắc quy ( nếu cần ). Đến khi nguồn bị ngắt, ắc quy sẽ cung cấp năng lượng cho tải thông qua bộ nghịch lưu. Dưới đây là sơ đồ nguyên lý : Không giống nh UPS chuyển đổi kép, loại UPS này không thể truyền năng lượng cho tải khi mà nguồn vẫn đang cung cấp. Chính vì đặc thù này mà UPS chuyển đổi đơn có hiệu quả kinh tế hơn UPS chuyển đổi kép. Tuy nhiên các tải ưu tiên của UPS này phải chịu được sự thay đổi về nguồn cấp hơn là tảI của UPS chuyển đổi kép. 2. UPS quay. Là UPS sử dụng máy điện làm chức năng nghịch lưu. Ví dụ về UPS quay: 3. UPS gián tiếp ( Off – line ) và UPS trực tiếp ( On – line ). a. UPS gián tiếp ( Off – line ): Là loại UPS bộ nghịch lưu khụng chốn trực tiếp vào giữa tải và nguồn cung cấp mà được nối như một mạch cung cấp song song với nguồn chính và luôn ở trạng thái standby. Ở điêu kiện bình thường nú khụng cung cấp nguồn cho tải tiêu thụ mà chỉ hoạt động khi nguồn cung cấp chớnh cú sự cố. Khi vận hành bình thường nguồn cấp điện trực tiếp cho tải qua bộ lọc F mà qua bộ nghich lưu. Khi xảy ra sự cố ở hệ thống cung cấp hoặc điện áp hệ thống nằm ngoài giới hạn cho phép tải sẽ được từ bộ nghịch lưu sau một thời gian chuyển đổi rất ngắn cỡ 10ms. Tuy nhiên sự chuyển mạch này vẫn không đáp ứng được với các loại tải nhạy cảm như máy tính, các thiết bị truyền tin… Sơ đồ này thường chỉ áp dụng cho các tải công suất nhỏ dưới 2kVA. b. UPS trực tiếp ( On - line ): Ở loại UPS này bộ nghịch lưu được chèn vào giữa hệ thống cung cấp và thiết bị tiêu thụ. Ở trạng thái làm việc bình thường bộ chỉnh lưu cung cõp nguồn để nạp acquy và bộ nghịch lưu. Khi nguồn cung cấp xảy ra sự cố (mất nguồn cung cấp hoặc điện áp nằm ngoài giới hạn cho phép) bộ nghịch lưu sẽ tiêu thụ điện năng từ acquy và do đó đảm bảo sụ cung cấp liên tục cho tải. Toàn bộ nguồn cung cõp cho tải phải đi qua bộ nghịch lưu do đó đảm bảo việc cung cấp liên tục, chất lượng điện năng về điện áp, dạng sóng, tần số… không phụ thuộc vào sự biến động của nguồn cung cấp. Ngoài ra loại UPS này thường còn được cung cấp thêm một công tắc chuyển mạch tĩnh (static switch) đảm bảo cung cấp điện liên tục trong trường hợp UPS có vấn đề hoặc cần phải bảo dưỡng, sửa chữa. Sơ đồ UPS này đảm bảo chất lượng điện và độ tin cậy cao nhưng giá thành cao và được ứng dụng với công suất trung bình và lớn trên 40KVA. D. Cấu trúc UPS : 1. Các thành phần chính của UPS: Một hệ thống UPS hoàn chỉnh gồm một số phần tử chính cho ở hình trên : a) Đường dây vào(AC input): Một UPS đầy đủ thường có 2 đầu vào độc lập từ hệ thống cung cấp. - Hệ thống cung cấp 1 (HTCC1): Là đường vào bình thường cung cấp cho chỉnh lưu nạp. [...]... được thực hiện bằng cách mắc R-C song song với các Thyristor Khi có sự chuyển mạch các điện tích tụ trong các lớp bán dẫn sẽ phóng ra ngoài tạo dòng điện ngược trong khoảng thời gian ngắn Sự biến thiên nhanh chóng của dòng điện ngược gây ra sức điện động cảm ứng rất lớn trong các điện cảm làm cho quá điện áp giữa anot và Katot của Thyristor Khi có R-C mắc song song vào thyristor tạo mạch vòng trong. .. 120 Do trong bộ acquy có nội điện trở do đó điện áp đầu ra chỉnh lưu được tính như sau : Ucl = Ud +Ut Trong đó Ucl là điện áp đầu ra chỉnh lưu Ud điện áp trên 2 đầu acquy Ut điện áp tổn hao do nội trở của acquy Ta tra được điện trở nội của acquy là 0.09 Ω Như vậy nội trở của toàn bộ acquy là 10*0.09 = 0.9( Ω ) Như vậy điện áp đầu ra của bộ chỉnh lưu là Ucl = 120 + 43.83 x 0.9 = 159.4(V) Sơ đồ ta... lúc cần thiết Việc nối 2 nguồn cung cấp độc lập vào UPS sẽ làm tăng độ tin cậy tuy nhiên cũng có thể sử dụng đường vào chung Bộ chỉnh lưu nạp: Biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều cung cấp trực tiếp cho bộ nghịch lưu (trong UPS online) và nạp thường xuyên cho acquy ( đối với tất cả các loại UPS) Bộ acquy: Dùng để dự trữ điện năng dùng vào lúc các nguồn cung cấp chính gặp sự cố ( mất... nó thường được sử dụng khi điển nối đất của hệ thống vào và ra của UPS là khác nhau Chuyển mạch bằng tay, thiết bị đóng cắt acquy: Dùng để cách ly các bộ phận trong quá trình bảo dưỡng 2 Các thiết bị khác: Ngoài các bộ phận chính đã nói ở trên, UPS có thể cũn cú thờm một số chi tiết khác như sau:  Thiết bị phân phối và bảo vệ  Thiết bị cách ly, máy biến áp tạo điện áp phù hợp với tải  Hệ thống điều... của bộ chỉnh lưu là Ucl = 120 + 43.83 x 0.9 = 159.4(V) Sơ đồ ta chọn là sơ đồ cầu 1 pha không đối xứng ( Sơ đồ ) Ta thấy điện áp đầu ra của bộ chỉnh lưu Ucl = 159.4 (V) > 100 (V) Như vậy ta phải dựng mỏy biến áp ở phần đầu vào của chỉnh lưu để chỉnh điện áp lên cho phù hợp với phần chỉnh lưu 1 Chọn van công suất Ta thấy dòng điện cung cáp cho tải chỉnh lưu là dũng khụng lien tục Công thức cho cầu chỉnh... 4.44*50*71.54*10 −4 *1 11 Số vòng dây trong cuộn thứ cấp của MBA : W2 = U2 194 *139 ≈ 123 (vòng) W1 = U1 220 12 Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong máy biến áp Với dây dẫn bằng đồng ta chọn J1 = J2 = 2.75(A/mm2 ) 13 Tiết diện dây dẫn sơ cấp của máy biến áp S1 = I1 27.33 = = 9.94(mm 2 ) J1 2.75 Chọn dây dẫn hình chữ nhật cấp cách điện B Chuẩn hóa S1 = 10.10 (mm2 ) ( tra trong bảng 20 trong quyển : Thiết kế máy... 17.Chọn số lớp của cuộn dây sơ cấp là 4 lớp Như vậy 139 vòng chia thành 4 lớp 3 lớp đầu quấn 35 vòng, lớp sau quấn 34 vòng 18 19 Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp h1 = W1.1 * b1 42* 0.47 = = 20.28(cm) ke 0.95 20.Chọn ống quấn dây làm bằng vật liệu cách điện có bề dầy S01 = 0.1(cm) 21.Khoảng cách từ trụ tới cuộn dây sơ cấp là a01 = 1 cm 22 Đường kính trong của ống cách điện sơ cấp Dt1... xung dòng điện lớn nhất của Thyristor IpikD là đỉnh xung dòng điện lớn nhất của Diode 3 Tính toán các phần tử bảo vệ 1 Sơ đồ mạch động lực có các thiết bị bảo vệ (Hình vẽ ) 2 Bảo vệ quá nhiệt cho van bán dẫn Khi van làm việc thỡ cú dũng chạy qua van nờn cú tổn hao công suất ∆P, tổn ha công suất này được biểu hiện dưới dạng nhiệt , làm nóng cá van công suất Mặt khác đối với một van bán dẫn thì... công suất ra của UPS là S = 5 (kVA) Coi hiệu suất của máy biến áp là 95% thì hiệu suất của máy biến áp nghịch lưu là Snghịch lưu = 5 = 5.26( KVA) 0.95 Do tổn hao công suất qua các van công suất là không đáng kể nên ta có thể bỏ qua và do đó ta có thể coi công suất đầu ra nghịch lưu bằng công suất đầu vào Do vậy ta suy ra được công suất ra của phần chỉnh lưu là : Schỉnh lưu = 5.26(KVA) Dòng điện nạp cho... + cosα = 2 ku 2 Với ku là hệ số điện áp tải Đối với mạch chỉnh lưu cầu 1 pha không đối xứng thì ku = 0.9 U 159.4 2 Ở chế độ nặng nề nhất thì cosα =1 hay U d = U do = k = 0.9 = 177(V ) u Điện áp ngược đặt lên van khi van thông Ulv =knv.U2 = 2 *177 = 250.3(V ) Trong đó knv là hệ số điện áp ngựợc Điện áp ngược của van được chọn là Unv = kdtU.Ulv = 2*250.2 = 500.6(V) Trong đó kdtU là hệ số dự trữ được . giải pháp đáp ứng được các yêu cầu đó. Nó cung cấp cho tải với nguồn ổn định và liên tục trong mọi trường hợp bị sự cố. B. Chức năng của UPS và ứng dụng của nó trong thực tế. UPS : Uninterruptible. cầu của những thiết bị điện từ nhạy cảm UPS có thể cung cấp điện áp tin cậy, độc lập và liên tục thông qua các khâu trung gian: Acquy và chuyển mạch tĩnh. 2. Ứng dụng của UPS trong thực tế: Hiện. kinh tế hơn UPS chuyển đổi kép. Tuy nhiên các tải ưu tiên của UPS này phải chịu được sự thay đổi về nguồn cấp hơn là tảI của UPS chuyển đổi kép. 2. UPS quay. Là UPS sử dụng máy điện làm chức năng