TỔNG QUAN VỀ BỘ NGUỒN LIÊN TỤC UPS 1.Cung cấp năng lượng điện cho những tải quan trọng: Trong thực tế có rất nhiều những nơi đòi hỏi phải được cung cấp điện một cách liên tục như:phòng cấp cứu ở các bệnh viện ,phòng máy tính lưu trữ thong tin,…Nếu để mất điện kết quả sẽ không lường trước được.Yêu cầu đặt ra là phải cung cấp điện một cách liên tục. Trong mạng lưới điện có rất nhiều nguyên nhân có thể gây mất điện đột xuất như:sét đánh vào đường dây,vào trạm phân phối điện,máy phát điện;Cành cây rơi vào gây ngắn mạch và đứt dây;Sự hư hỏng trong hệ thống cung cấp;…
Trường Đại học SPKT Hưng Yên Đồ án thiết kế Hệ thống cấp nguồn UPS TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI THIẾT KẾ HỆ THỐNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Tên đề tài: Thiết kế hệ thống cấp nguồn dự phòng UPS Học viên thực hiện: Nguyễn Đình Cường Lớp: KTĐT14.2 Giảng viên hướng dẫn: PGs. TS Phạm Ngọc Thắng Đơn vị: Khoa Điện-Điện tử HƯNG YÊN - 2015 Học viên thực hiện: Nguyễn Đình Cường 1 Trường Đại học SPKT Hưng Yên Đồ án thiết kế Hệ thống cấp nguồn UPS LỜI NÓI ĐẦU Học viên thực hiện: Nguyễn Đình Cường 2 Trường Đại học SPKT Hưng Yên Đồ án thiết kế Hệ thống cấp nguồn UPS MỤC LỤC CHƯƠNG 1: Tổng quan về bộ nguồn UPS. 1.1. Giới thiệu chung về UPS. 1.1.1. Sự cố nguồn năng lượng điện. 1.1.2. Giải pháp dùng UPS. 1.1.3. Chức năng UPS. 1.2. Ứng dụng UPS. CHƯƠNG 2: Cơ sở lý thuyết thiết kế bộ nguồn UPS. 2.1. Sơ đồ khối của bộ nguồn UPS. 2.2. Chức năng các khối. 2.2.1. Khối ắcquy. 2.2.2. Khối nạp. 2.2.3. Khối điều khiển. 2.2.4. Khối tạo dao động. 2.2.5. Khối khuyếch đại công suất, nghịch lưu. CHƯƠNG 3: Tiến hành lắp ráp bộ nguồn UPS 3.1. Giới thiệu chung. 3.2. Sơ đồ lắp ráp. KẾT LUẬN Học viên thực hiện: Nguyễn Đình Cường 3 Trường Đại học SPKT Hưng Yên Đồ án thiết kế Hệ thống cấp nguồn UPS CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BỘ NGUỒN UPS. 1.1. Giới thiệu chung về UPS. 1.1.1. Sự cố nguồn năng lượng điện. Sự cố trong các nguồn năng lượng điện có thể sẩy ra trong quá trình lắp đặt trang thiết bị hoặc ở đầu vào hệ thống (quá tải, nhiễu, mất cân bằng pha, sét đánh, …). Những sự cố này có thể gây ra những hậu quả khác nhau. Về mặt lý thuyết: Hệ thống phân phối năng lượng điện tạo ra một điện áp hình sin với biên độ và tần số thích hợp để cung cấp cho thiết bị điện (VD ở Việt Nam 220V-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. * Đối với hệ thống cung cấp điện có thể bị sự cố hoặc gián đoạn cung cấp điện vì: Học viên thực hiện: Nguyễn Đình Cường 4 Trường Đại học SPKT Hưng Yên Đồ án thiết kế Hệ thống cấp nguồn UPS - Hiện tượng nhiễm điện ở bầu khí quyển (thường không tránh khỏi). Điều này có thể ảnh hưởng đến đường dây ngoài trời hoặc cáp chôn, chẳng hạn: - Sấm sét làm điện áp tăng đột ngột trong hệ thống cung cấp điện. - Sương giá có thể làm cho đường dây bị đứt. - Những hiện tượng ngẫu nhiên, chẳng hạn: Cành cây rơi gây ngắn mạch hoặc đứt dây, đứt cáp do đào đất. - Sự hư hỏng trong hệ thống cung cấp. * Những thiết bị dùng điện có thể ảnh hưởng đến hệ thống cung cấp điện: - Lắp đặt công nghiệp. - Động cơ gây ra điện áp rơi và nhiễm RF trong quá trình khởi động. - Những thiết bị gây ô nhiễm: lò luyện kim, máy hàn… gây ra điện áp rơi và nhiễm RF. - Những hệ thống điện tử công suất cao. - Thang máy, đèn huỳnh quang. * Những sự cố ảnh hưởng đến việc cung cấp năng lượng điện cho thiết bị có thể phân thành các loại sau: - Lệch điện áp. - Ngừng hoạt động. - Tăng đột ngột điện áp. - Thay đổi tần số. - Xuất hiện sóng hài. Học viên thực hiện: Nguyễn Đình Cường 5 Trường Đại học SPKT Hưng Yên Đồ án thiết kế Hệ thống cấp nguồn UPS - Nhiễu tần số cao… Những sự cố có thể gây ra những hậu quả nghiêm trọng, đặc biệt là làm gián đoạn việc cung cấp điện, nhất là hệ thống dữ liệu của máy tính. Chính vì vậy các giải pháp để khắc phục một số sự cố trên của mạng lưới điện đó là sử dụng các thiết bị dự phòng như máy phát, ups… 1.1.2. Giải pháp dùng UPS: Điều cần chú ý trước hết của những sự cố và hậu quả của nó về phương diện: - Ngọn nhẹ không gây tiếng ồn như các thiết bị có chức năng tương tự như máy phát. - Dễ vận hành, lắp đặt, thời gian chuyển mạch nhanh - Tiết kiệm chi phí. Có nhiều giải pháp kỹ thuật khác nhau cho vấn đề này, những giải pháp này được so sánh trên cơ sở của hai tiêu chuẩn sau để đánh giá: - Liên tục cung cấp điện. - Chất lượng cung cấp điện. 1.1.3. Những chức năng của UPS: Hoạt động như một 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. Học viên thực hiện: Nguyễn Đình Cường 6 Trường Đại học SPKT Hưng Yên Đồ án thiết kế Hệ thống cấp nguồn UPS 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 số 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: ắc quy và chuyển mạch tĩnh. 1.2. 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 liên tục của đường băng sân bay… Là thiết bị tự động biến đổi điện năng dự trữ từ ắc quy (DC) thành điện xoay chiều (AC) 220V/50Hz cung cấp cho các thiết bị điện của bạn khi bị mất điện lưới. Với sóng ra dạng sin chuẩn (true sine wave), giống như điện lưới máy có thể sử dụng với mọi loại thiết bị điện như: máy vi tính, đèn compact, TV, quạt, máy bơm, cửa cuốn, thiết bị y tế. Khi chọn máy có công suất đủ lớn và có ắc quy dồi dào, chúng ta có thể vận hành cho cả máy điều hòa, tủ lạnh… một cách tùy ý. Khi vận hành máy sẽ vừa đưa điện trực tiếp từ lưới ra tải vừa lấy một phần điện lưới chuyển thành điện một chiều (DC) để nạp vào ắc quy (trạng thái on grid & charger). Khi ắc quy đầy máy sẽ tự động ngưng sạc. Việc chuyển đổi tự động giữa các trạng thái nêu trên là hoàn toàn tự động (có tính năng như một UPS - Uninterruptible Power System). Bạn sẽ thực sự yên tâm ngay cả khi không có người theo dõi, vận hành hay đi vắng. Học viên thực hiện: Nguyễn Đình Cường 7 Trường Đại học SPKT Hưng Yên Đồ án thiết kế Hệ thống cấp nguồn UPS Thời gian sử dụng máy khi mất điện là dài hay ngắn tùy thuộc vào công suất sử dụng của thiết bị và dung lượng của ắc quy (Ắc quy càng lớn thời gian sử dụng càng lâu, tải càng nhỏ thời gian sử dụng càng dài). 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. Như sử dụng cho các thiết bị gia dụng, hay sử dụng trọng công nghiệp làm nguồn dự trữ để khởi động các động cơ. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ THIẾT KẾ BỘ NGUỒN UPS. 2.1. Sơ đồ khối của bộ nguồn UPS. Học viên thực hiện: Nguyễn Đình Cường 8 ĐẦU VÀO TẠO DAO ĐỘNG KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT, NGHỊCH LƯU ĐẦU RA ẮC QUY ĐIỀU KHIỂN KHỐI NẠP Trường Đại học SPKT Hưng Yên Đồ án thiết kế Hệ thống cấp nguồn UPS Hình 2.1 Sơ đồ khối của bộ nguồn UPS. Nguyên lý hoạt động của sơ đồ khối: Khi được cấp nguồn khối dao động sẽ tạo ra tần số 50 Hz cung cấp cho khối khuếch đại công suất. Lúc này khối khuếch đại công suất sẽ biến đổi điện áp 12v DC lên 220v AC và đưa về điều khiển. Ở khối điều khiển điện áp 220v được điều khiển qua các tiếp điểm và đưa tới đầu ra. Khi có điện áp 220v đưa vào đầu vào, điện áp này được cấp cho khối điều khiển. Lúc này khối điều khiển lập tức ngắt nguồn cho dao động làm cho khối này cùng khối khuếch đại công suất ngừng hoạt động. Đồng thời nguồn 220v được cung cấp cho mạch nạp và khối nạp sẽ biến đổi điện áp từ 220v xuống điện áp phù hợp và nạp trở lại cho bình. * Công suất danh định và công suất tải thực tế: - Công suất danh định là công suất của dòng điện có ích khi đưa ra tải mà vẫn đảm bảo độ méo đưới mức cho phép. - Công suất tải thực tế là cống suất khi có tải mà vẫn đảm bảo mức công suất danh định. Điện áp và cường độ dòng điện được nạp vào ắc quy khi có AC lưới bình thường. Điện thế nạp được tình bằng công thức: Dòng nạp được tính bằng 1/10 dung lượng dòng ghi trên ắc quy. Thời gian chuyển mạch để cung cấp AC từ ắc quy dự trữ thông qua bộ biến đổi (DC/AC) cho thiết bị khi bị mất điện lưới AC. Đối với các thiết bị không yêu cầu cao trong việc điện tức thời như các thiết bị điện- điện tử dân dụng (đèn huỳnh quang, ti vi, quạt điện ) thì có thể đặt khoảng thời gian này khoảng từ 0,1s đến 1s. Nhưng đối với các thiết bị như máy tính hay các hệ thống viễn thông, các thiết bị y tế, hệ thống điện toán thì Học viên thực hiện: Nguyễn Đình Cường 9 Trường Đại học SPKT Hưng Yên Đồ án thiết kế Hệ thống cấp nguồn UPS khoản thời gian này là rất quan trọng và phải rất nhỏ, khoảng từ đến , đảm bảo sự liên tục cho hệ thống xử lý và bộ nhớ. Tần số và dải tần khi UPS làm việc ở chế độ mất AC lưới: tần số dòng điện xoay chiều AC của UPS tạo ra phải phù hợp với tần số của điện lưới vì các thiết bị làm việc đều được thiết kế đề phù hợp với dải tần làm việc của mạng lưới điện. Ổn áp dòng xoay chiều đầu ra AC: để đảm bảo các thiết bị được kết nối với UPS luôn được cung cấp nguồn điện ổn định nhằm bảo vệ và kéo dài tuổi thọ cho các thiết bị điện. Hiệu suất sử dụng: chính là tỉ số giữa công suất ra tải và công suất đầu vào danh định Ơ_ Thời gian lưu điện, tuổi thọ của ắc quy và điều kiện cảnh báo khi ắc quy khô, cạn dòng: Yếu tố này sẽ quyết định đến thời gian cung cấp điện cho các thiết bị nối tới UPS khi điện lưới bị mất đột ngột. 2.2. Chức năng các khối. 2.2.1. Ắc quy. Ắc quy là nguồn năng lượng có tính chất thuận nghịch: nó tích trữ năng lượng dưới dạng hóa năng và giải phóng năng lượng dưới dạng điện năng. Quá trình ắc qui cấp điện cho mạch ngoài được gọi là quá trình phóng điện, quá trình ắc qui dự trữ năng lượng được gọi là quá trình nạp điện. Kí hiệu hóa học biểu diễn ắc qui axit có dung dịch điện phân là axit H2SO4 nồng độ d = 1,1 ÷ 1,3% bản cực âm là Pb và bản cực dương là PbO2. Các đặc tính cơ bản của ắc quy: - Sức điện động của ắc quy chì và ắc quy axit phụ thuộc vào nồng độ dung dịch điện phân. Người ta thường sử dụng công thứ kinh nghiệm: Học viên thực hiện: Nguyễn Đình Cường 10 [...]... (+)12v 9 Cấp nguồn (-)12v từ cầu đấu vào mạch dao động (-)12v 10 Cấp nguồn (-)12v cho Emiter (-)12v 11 Cấp nguồn cho quạt gió (+)12v Học viên thực hiện: Nguyễn Đình Cường 27 Trường Đại học SPKT Hưng Yên Đồ án thiết kế Hệ thống cấp nguồn UPS 12 Dây vào công tắc để cắt nguồn 220v từ đâu ra rolay ra tải 220v 13 Dây từ công tắc 220v ra tải 220v 14 Dây nguồn điều khiển rolay 220v liên lới 220v 15 Dây nguồn điều... có được cắm vào ổ điện nguồn hay không, thì vẫn có dòng điện tại ổ cắm đầu ra của UPS Tắt UPS bảo đảm rằng không còn dòng điện ở các bộ phận bên trong của UPS Ðể đảm bảo không còn dòng điện ở ổ cắm đầu ra của UPS, thì UPS phải được tắt trước tiên, sau đó ngắt nguồn cung cấp điện - Chỉ cần dùng dây điện nối ổ cắm đầu vào của UPS với một ổ cắm điện nguồn gần đó, khởi động UPS, UPS sẽ tự động nạp điện... của ắc qui Khi có dòng điện chảy qua cuộn sơ cấp, làm cuộn sơ cấp sinh ra một từ trường, từ trường này móc vòng sang cuộn thứ cấp Theo định luật cảm ứng điện từ Jun Học viên thực hiện: Nguyễn Đình Cường 19 Trường Đại học SPKT Hưng Yên Đồ án thiết kế Hệ thống cấp nguồn UPS Lenxer bên cuộn thứ cấp xuất hiện một dòng điện có biên độ lớn chảy trong cuộn thứ cấp Dòng điện này có dang giống tín hiệu đưa... Mạch tạo dao động Sơ đồ nguyên lý Học viên thực hiện: Nguyễn Đình Cường 22 Trường Đại học SPKT Hưng Yên Đồ án thiết kế Hệ thống cấp nguồn UPS - Ưu, nhược điểm: Mạch gồm 3 khối chính mạch nguồn ổn áp, mạch dao động đa hài, mạch khuếch đại đẩy kéo Mach được cung cấp nguồn thông qua mạch nguồn ổn áp: do sử dụng diode lấy mẫu nên việc bao vệ mạch rất hiệu quả,dòng ổn áp đươc lấy qua transistor nên không... Nhất thiết phải đợi cho tới khi UPS khô ráo hoàn toàn ở bên trong và ngoài trước khi thực hiện quá trình lắp đặt và sử dụng Nếu không, có thể xảy ra chập điện - Lỗ cắm của nguồn điện cung cấp điện cho UPS phải nằm gần UPS và phải dễ rút ra Ðể ngắt điện khỏi UPS trong trường hợp khẩn cấp, hãy tắt UPS và rút dây điện khỏi ổ cắm trên tường - Khi nối thiết bị tải điện với UPS, phải tắt thiết bị tải điện... học SPKT Hưng Yên Đồ án thiết kế Hệ thống cấp nguồn UPS Nguyên lý hoạt động Khi đầu vào IN PUT mất nguồn 220V AC Hai tiếp điểm (5 -1) của relay1 trở về vị trí thường đóng cấp nguồn 12V DC cho mạch tạo dao động Lúc này mạch dao động đa hài gồm: Q2,Q3,C3,C4,R2,R4 hoạt động đưa tín hiệu sang bộ KĐ đệm gồm Q4, Q5, R9, R10, R11, R12 để nâng cao biên độ Tín hiệu này tiếp tục được KĐ nâng cao biên độ một... kế Hệ thống cấp nguồn UPS Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý bộ khuếch đại công suất (mạch 1) Giải thích: Điểm số 1 nối với đầu ra của mạch tạo dao động Điểm số 2 nối với đầu ra của mạch tạo dao động Điểm số 3 nối với chân số 7 của relay còn lại Điểm số 4 nối với chân số 8 của relay còn lại Nguyên lý hoat động: khi đầu vào IN PUT mất nguồn 220V AC Hai tiếp điểm (5 -1) của relay1 trở về vị trí thường đóng cấp nguồn. .. Biến áp hạ áp Biến áp nguồn làm nhiệm vụ biến đổi điện áp xoay chiều của mạng điện lưới thành điện áp xoay chiều có giá trị cần thiết và ngăn cách mạch chỉnh lưu với mạng điện về mặt một chiều Học viên thực hiện: Nguyễn Đình Cường 11 Trường Đại học SPKT Hưng Yên Đồ án thiết kế Hệ thống cấp nguồn UPS Trong UPS biến áp hạ áp đóng vai trò quan trong việc cung năng lượng dự trữ cấp cho bình (biến đổi... của cuộn sơ cấp, qua Q12, Q13, Q14, Q15 về 0v của ắc qui, bên thứ cấp ta thu được nửa còn lại của chu kỳ Như vậy ở đầu ra của biến áp xuất hiện một điện áp đầy đủ cả hai nửa chu kỳ âm và dương Điện áp này được đưa qua hai cặp tiếp điểm thường đóng (1 – 5), (2 – 6) và đưa đến đầu ra của UPS cung cấp cho tải Khi có nguồn 220v AC đưa vào đầu IN PUT của UPS ngay lập tức relay1, relay2 được cấp nguồn (7 –... (1- 5)(2 – 6) của relay2 Làm cho mạch dao động ngừng hoạt động Nguồn 220v AC từ đầu IN PUT đưa qua hai tiếp điểm (3 – 5), (4 – 6) cấp ra tải Như vậy khi mật điện hoặc có điện UPS luôn hoạt động duy trì cho tải ở trạng thái hoạt động Học viên thực hiện: Nguyễn Đình Cường 26 Trường Đại học SPKT Hưng Yên Đồ án thiết kế Hệ thống cấp nguồn UPS Giải thích đi dây trong mạch TT Chức Năng dây 1 Dây từ ắc quy . thiết kế Hệ thống cấp nguồn UPS LỜI NÓI ĐẦU Học viên thực hiện: Nguyễn Đình Cường 2 Trường Đại học SPKT Hưng Yên Đồ án thiết kế Hệ thống cấp nguồn UPS MỤC LỤC CHƯƠNG 1: Tổng quan về bộ nguồn UPS. . tính hay các hệ thống viễn thông, các thiết bị y tế, hệ thống điện toán thì Học viên thực hiện: Nguyễn Đình Cường 9 Trường Đại học SPKT Hưng Yên Đồ án thiết kế Hệ thống cấp nguồn UPS khoản thời. trong hệ thống. * Đối với hệ thống cung cấp điện có thể bị sự cố hoặc gián đoạn cung cấp điện vì: Học viên thực hiện: Nguyễn Đình Cường 4 Trường Đại học SPKT Hưng Yên Đồ án thiết kế Hệ thống