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

• 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.

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

- Hệ thống cung cấp 1 (HTCC1): Là đường vào bình
thường cung cấp cho chỉnh lưu nạp.
- Hệ thống cung cấp 2 (HTCC2): Cung cấp cho chuyển
mạch tĩnh (theo by-pass).
Chuyển mạch tĩnh cho phép tải được chuyển tức thời qua
đường by pass 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.
b) 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).
c) Bộ acquy: Dùng để dự trữ điện năng dùng vào lúc các nguồn
cung cấp chính gặp sự cố ( mất nguồn hay chất lượng nguồn
giảm xuống dưới mức cho phép) . Dung lượng của acquy sẽ
quyết định thời gian mà UPS có thể cung cấp nguồn liên tục
cho thiết bị sau khi nguồn bị ngắt.
d) Bộ nghịch lưu: Nghịch lưu điện từ acquy hay từ bộ chỉnh lưu
để cung cấp cho thiết bị tiêu thụ. Bộ nghịch lưu phải đảm bảo
ổn định tần số, điện áp và công suất cung cấp cho thiết bị.
e) Đường song song với chuyển mạch tĩnh: Chuyển đổi tải của
UPS từ bộ nghịch lưu sang hệ thống cung cấp 2 mà không làm
gián đoạn cung cấp điện cho tải. Việc chuyển đổi này xảy ra
khi nghịch lưu ngừng hoạt động vì các lý do:
- Bảo dưỡng.
- Quá tải.
- Sự cố bên trong.
f) Đường cung cấp đóng cắt bằng tay : Sử dụng công tắc đóng
mở bằng tay để cấp điện cho tải theo hệ thống cung cấp 2 khi
yêu cầu bảo dưỡng.

3 3 3
d d
d d
E E
U E d d d
E E
π π
π
π
θ θ θ
π π π
= = +
= + =
∫ ∫ ∫
Ta có:
U
ra
= 220 (V)

220
468.08( )
0.47 0.47
ra
d
U
E V
= = =
;
Nếu sử dụng nguồn chỉnh lưu có điện áp 468.08 (V) thỡ dũng tiêu thụ lớn
và khó khăn cho việc mắc các ắc quy (các ắc qu


Dòng điện nạp cho acquy

5260
43.83( )
120
d
I A
= =
Do trong bộ acquy có nội điện trở do đó điện áp đầu ra chỉnh lưu được tính
như sau :
U
cl
= U
d
+U
t
Trong đó
U
cl
là điện áp đầu ra chỉnh lưu .
U
d
điện áp trên 2 đầu acquy
U
t
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

+ +
= =
Với k
u
là hệ số điện áp tải . Đối với mạch chỉnh lưu cầu 1 pha không
đối xứng thì
k
u
= 0.9
Ở chế độ nặng nề nhất thì
osc
α
=1 hay
d do
U U=
2
159.4
177( )
0.9
u
U
V
k
= = =
Điện áp ngược đặt lên van khi van thông U
lv
=k
nv.
U
2

I
A=
Dòng định mức cực đại của van

dmv
. 4*31 124( )
i lv
I k I A= = =
( Chọn điều kiện làm mát bình thường I
lv
= (10
→
30)%I
đmv
)
Dựa vào các th ông số trên ta chọn diode CR150-060
Với các thông số của diode là
I
max
= 150(A)
U
max
= 600(A)
I
pik
= 3000(A)
∆U = 1.1(V)
I
th
= 150(A) : dòng điện thử cực đại .

m
cm
m
U V
t s
T C
µ
∆ =
=
=
I
gmax
=300(mA)
U
gmax
= 3.0V

max
max
911.19( ) 3000( )
911.19( ) 3000( )
pikT
pikD
I A I A
I A I A
= < =
= < =
2. Tính toán máy biến áp
Máy biến áp mà ta chọn là máy biến áp 1 pha 1 trụ
Tính cho chế độ nặng nề nhất của máy biến áp

Lấy hiệu suất
0.95
η
=

2
5490.41
1.23* 7108.63( )
0.95
s
P
S k VA
η
= = ≈

2. Điện áp pha sơ cáp của máy biến áp : U
1
= 220(V)
3.Điện áp thứ cỏp mỏy biến áp
Phưong trình cân bằng điện áp khi tải :

min diod
cos
do d v dn ba
U U U U U U
α
= + ∆ + ∆ + ∆ + ∆
Trong đó

min

159.4 1.8 0 9.56 1.1
174.51( )
cos cos10
d V dn ba diod
do
U U U U U
U V
α
+ ∆ + ∆ + ∆ +∆
+ + + +
= = =
Điện áp pha thứ cấp máy biến áp

2
174.51
194( )
0.9
do
u
U
U V
k
= = ≈
4. Dòng điện hiệu dụng thứ cấp MBA :
2
1 43.83
31( )
2 2
d
I I A= = =

Thay số ta được :

2
7108.63
6* 71.54( )
* 1*50
ba
Fe Q
S
Q K cm
m f
= = =
7.Đường kính trụ

4
4*71.54
9.55( )
Fe
Q
d cm= = =
Π Π
Chuẩn hóa ta lấy d = 10(cm)
8.Chọn loại thép Э330 các lá thép có độ dày 0.35 (mm)
Chọn mật độ từ cảm B = 1 T.
9. Chọn tỷ số
d
h
=2.3 suy ra h = 2.3 d =2.3*10 = 23(cm)
Chọn chiều cao trụ h = 23(cm)
* Tớnh toỏn dây quấn

(vòng)
12. Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong máy biến áp .
Với dây dẫn bằng đồng ta chọn J
1
= J
2
= 2.75(A/mm
2
)
13. Tiết diện dây dẫn sơ cấp của máy biến áp

2
1
1
1
27.33
9.94( )
2.75
I
S mm
J
= = =
Chọn dây dẫn hình chữ nhật cấp cách điện B
Chuẩn hóa S
1
= 10.10 (mm
2
) ( tra trong bảng 20 trong quyển : Thiết kế
máy biến áp – Lê Văn Doanh )
a

1.1
1
2
23 2*1.5
*0.95 40
0.47
g
e
h h
W k
b
−
−
= = ≈
(vòng)
Trong đó k
e
= 0.95 hệ số ép chặt
h : chiều cao trụ .
h
g
: là khoảng cách từ gông tới cuộn sơ cấp thường chọn là
1.5 cm.
16. Số lớp dây ở cuộn thứ cấp

1
11
11
W 139
3.47

2 2 10 2*1 2*0.1 11.8( )
t Fe
D d a S cm= + − = + − =

23.Đường kính trong của cuộn sơ cấp

1
2* 11.8 2*0.1 12( )
tsc t o
D D S cm= + = + =

24. Chọn bề dày cách điện giữa các lớp dây ở cuộn sơ cấp cd
11
=0.1(mm)
25.Bề dầy của cuộn sơ cấp

1 1 1.1 1.1
( ) (2.44 0.1)*4 1.016( )
d
B a cd n cm= + = + =

26.Đường kính ngoài của cuộn sơ cấp .

1 1
2 12 2*1.016 14( )
n tsc d
D D B cm= + = + ≈
28.Đường kính trung bình cuộn sơ cấp .

1

2
20.28
*0.95 32
0.59
c
h
W k
b
= = ≈
(vòng)
33.Số lớp dây ở cuộn thứ cấp

2
1.2
1.2
123
3.84
32
W
n
W
= = =
 4 lớp
34. Ta sử dụng 4 lớp, mỗi lớp quấn 8 vòng.
35. Chiều cao thực tế của cuộn thứ cấp

1.2
2 2
32*0.59
19.87( )


2
16 17.64
16.82( )
2 2
ttc n
tb
D D
D cm
+
+
= = =

41. Chiều dài dây quấn thứ cấp

2 2 2
123* *16.82 6496.22( ) 64.96( )
tb
l W D cm m= Π = Π = ≈

42.Điện trở của cuộn sơ cấp máy biến áp ở 75
0

C

1
1
1
56.74
0.02133* 0.12( )


44. Điện trở MBA qui đổi về thứ cấp :

2 2
2
2 1
1
123
( ) 0.12 0.12( ) 0.21( )
140
ba
W
R R R
W
= + = + = Ω
45. Sụt ỏp trờn mỏy biến áp

2
0.21*31 6.51( )
r ba
U R I V∆ = = =
46. Điện kháng của máy biến áp qui đổi về thứ cấp

2 2 7
1 2
2 12
2 2 2 7
8* ( )( )( ) *10
3
8 1.016 0.82

48.Sụt ỏp trờn điện kháng của máy biến áp

2
3 3
*0.238*31 7.05( )
x ba
U X I V
∆ = = =
Π Π

3 3
*0.238 0.23( )
d ba
R X
= = = Ω
Π Π
49.Sụt ỏp trờn mỏy biến áp .

2 2 2 2
6.51 7.05 9.6( )
ba r x
U U U V
∆ = ∆ + ∆ = + =
50. Điện áp trên tải có góc mở
0
min
10
=
α


nr
R I
U
U
= = =
54.Điện áp ngắn mạch phản kháng

2
2
0.238*31
*100% *100% 3.8%
194
ba
nx
X I
U
U
= = =

55. Điờn ỏp ngắn mạch phần trăm

2 2 2 2
3.35 3.8 5.06%
n nr nx
U U U
= + = + =
56. Dòng điện ngắn mạch xác lập

2
2

911.19( ) 3000( )
pikT
pikD
I A I A
I A I A
= < =
= < =
Với I
pikT
là đỉnh xung dòng điện lớn nhất của Thyristor.
I
pikD
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 chỉ
làm việc được dưới một nhiệt độ nhất định được gọi là nhiệt độ cho
phép T
cp
nếu quá nhiệt độ đó van sẽ bị hỏng . Để van bán dẫn làm
việc an toàn thì ta phải chọn và thiết kế hệ thông tản nhiệt một cách
hợp lý .
• Tính toán cánh tản nhiệt
+ Tổn thất công suất trên 1 Thyristor
∆P
. 1.8*31 55.8

W/m
2
.
0
C
τ
- Độ chênh lệch nhiệt độ so với môi trường .
Chọn nhiệt độ môi trường T
mt
= 40
0
C . Nhiệt độ làm việc cho
phép của van T
cp
= 125
0
C . Chọn nhiệt độ trờn cỏnh tản nhiệt của
van T
lv
= 80
0
C

0
80 40 40
lv mt
T T C
τ
= − = − =
Vậy

Chỉnh định dòng ngắn mạch

2.5 2.5*31 77.5( )
nm lv
I I A= = =
Dòng quá tải

1.5 1.5*31 46.5( )
qt lv
I I A
= = =
+ Chọn cầu dao cú dũng định mức :

1.1 1.1*31 34.1( )
qt lv
I I A
= = =
+ Dùng cầu chì tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch các
Thyristor và Diod
I
CC1
= 1.1I
2
= 1.1*43.83 = 48.21(A)
I
CC2
=1.1 I
hd
= 1.1*31 = 34.1(A)
4. Bảo vệ quá điện áp cho van