Ăc qui XÁC ĐỊNH NGUYÊN NHÂN VÀ XÂY DỰNG CÁC BIỆN PHÁP GIẢM NHỎ TỔN HAO TRONG BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) 1. Tính cấp thiết của đề tài : Hiện nay kỹ thuật số đã phát triển không ngừng và đã thâm nhập vào rất nhiều các lĩnh vực : Công nghệ thông tin, điện tử, viễn thông, y tế . Khi hoạt động, tất cả các thiết bị phải đều có nguồn cung cấp và hơn nữa còn đòi hỏi nguồn nuôi phải ổn định, được duy trì liên tục. Nếu nguồn bị gián đoạn thì không những mất số liệu, chậm truyền tin, tê liệt chức năng . . . mà còn có thể thiệt hại rất lớn về kinh tế . Do vậy nguồn điện không gián đoạn ra đời là một nhu cầu tất yếu, UPS là một thiết bị làm nhiệm vụ cung cấp nguồn điện xoay chiều chất lượng cao đáp ứng được nhu cầu trên. Tuy nhiên, khi sử dụng UPS sẽ gây ra sự tiêu tốn một năng lượng nhất định trong hệ thống cấp nguồn nói chung do vậy nghiên cứu nguyên nhân và tìm kiếm các biện pháp giảm nhỏ tổn hao trong UPS là vấn đề có tính cấp thiết. Được sự hướng dẫn của TS TrầnVăn Minh , nhóm sinh viên chúng tôi đưa ra một số phương pháp làm giảm tổn hao trong UPS. Do khả năng còn hạn chế chắc sẽ không thể tránh khỏi một số thiếu sót. Rất mong được sự góp ý của các thầy cô và các bạn . 2. Nội dung khoa học của đề tài 2.1. Sơ đồ khối tổng quát và nguyênlý hoạt động của UPS: Hình 1: Sơ đồ khối của UPS Ngoài các khối chính trên,trong UPS còn có các mạch bảo vệ, mạch cảnh báo, mạch điều khiển phóng nạp cho acquy, bộ lọc nhiễu . 2.2. Nguyên lý hoạt động của UPS AC DC DC AC Công tắc tĩnh Nguồn AC v oà Nguồn điện không gián đoạn UPS thường gồm mạch chỉnh lưu, bộ nghịch biến, ắc quy, tổ máy phát điện và công tắc tĩnh. Mạch chỉnh lưu là nguồn cung cấp một chiều cho máy nghịch biến. Ăc quy để lưu trữ điện năng. Khi nguồn điện xoay chiều ở mạng điện lưới bình thường, máy chỉnh lưu ngoài việc cung cấp công suất một chiều cho máy nghịch biến , còn nạp điện cho ăcquy. Khi nguồn điện thành phố bị ngắt, ăcquy lại cung cấp một chiều cho máy nghịch biến. Khi nguồn điện lưới bị ngắt quá lâu, do dung lượng của ắcquy có hạn, nên không đáp ứng yêu cầu của phụ tải. Khi đó, tổ máy phát điện được khởi động để đảm bảo việc cung ứng điện không bị ngắt quãng. Nếu máy nghịch biến gặp sự cố, qua công tắc tĩnh, có thể tự động chuyển tiếp phụ tải từ máy nghịch biến sang nguồn điện lưới. 2.3. Mạch điện điển hình của các khối chức năng Mạch điện các khối chức năng trong một UPS cũng rất đa dạng. Để đánh gia được các nguyên nhân gây tổn hao nói chung và tong khối nói riêng, trong mục này ta sẽ xét một vài loại mạch điển hình. • Khối chỉnh lưu: Trong hệ thống UPS, khối chỉnh lưu bao gồm biến áp và mạch chỉnh lưu có điều khiển. Hình 2 : Mạch chỉnh lưu cầu 3 pha có điều khiển • Khối nghịch biến: Khối nghịch biến là phần mạch biến đổi nguồn điện một chiều ra dòng điện xoay chiều có tần số mong muốn. • Khối ăcquy _ + C L Các chướng ngại trên ăquy là hiện tượng tự phóng điện, nạp quá no, bản cực bị sunfat hoá, đoản mạch ăcquy, sự mất nước . Để tránh các chướng ngại trên , trong sử dụng, ta cần phải chú ý tới nhiệt độ làm việc của ăcquy (thường là 20 độ là thích hợp và nhiệt độ cho phép không quá 50 độ). Nếu nhiệt độ làm việc bị tăng, sẽ gây ra hiện tượng tiêu hao dung lượn một cách vô ích, mặc dù ăcquy không nối với tải tiêu thụ . Ăcquy chính là yếu tố để tạo ra đặc tính không gián đoạn. Và để tăng thời gian duy trì cung cấp điện cho tải, ta cần tìm cách để tăng năng lượng dự trữ . • Sơ đồ phân bố tổn thất. • Các nguyên nhân gây tổn hao: + Tổn hao trên máy biến áp: + Tổn hao bóng cầu dao công suất: + Tổn hao trên van tinh thể: + Tổ hao trên mạch nạp điện: 3. Phương pháp nghiên cứu Một số phương án giảm tổn hao : • Phương án 1: Tăng cơ số song song của bóng cầu dao công suất: Qua nghiên cứu ,người ta đã tìm ra công thức tính tổn hao trong bóng cầu dao công suất như sau: 2 2 . .2 . FIkUI N RI Loss avgtavg trms ++= Dựa vào công thức tính tổn hao này, để làm giảm tổn hao trên các bóng tinh thể ta có thể thay đổi các đại lượng là: F, N. Việc chọn tần số F sẽ được chọn từ trước, nếu F nhỏ quá sẽ dẫn đến giảm chất lượng của sóng sin ở đầu ra . Còn nếu F cao quá gây tổn hao lớn và một phần điện nằg có thể bị bức xạ ra ngoài. N là cơ số bóng mắc song song, việc ta tăng cơ số bóng sẽ làm giảm dòng điện làm việc của bóng, vì dòng điện làm việc tốt nhất của bóng cầu dao công suất là rất nhỏ. Do vậy việc tăng cơ số song song bóng cầu dao công suất sẽ làm giảm tổn hao, nếu như lượng công suất tổn hao giảm đi do tăng N lớn hơn lượng tăng công suất tổn hao do dùng thêm bóng cầu dao công suất. Đại lượng điện áp sụt trên bóng cầu dao công suất là thuộc về công nghệ chế tạo, cho nên ta không thể thay đổi. • Phương án 2 :Dùng máy ổn áp 3 đầu nối Do cần 2 lần biến đổi chỉnh lưu và nghịch biến, nên tổng hiệu suất của hệ thống tương đối thấp. Để nâng cao hiệu suất, người ta dùng nguồn điện không gián đoạn chủ yếu do nguồn điện thành phố, máy chỉnh lưu, ac-quy điện và máy ổn áp ba đầu nối cấu thành.(hình minh hoạ). (a) (b) Hình 3: a. Mạch nguyênlý máy biến áp 3 đầu nối. b. Mạch đẳng hiệu. • Phương án 3 : Dùng nguồn chuyển mạch. Một trong những cách thức để làm giảm tổn hao là bằng cách thay đổi cấu trúc trong UPS .ở đây,ta có thể dùng nguồn chuyển mạch,với tính năng:từ một điện áp vào bất kỳ, có thể cho ra điện áp một chiều theo trị số mong muốn,tới bộ nghịch biến.Nguồn chuyển mạch cũng gần như một bộ nguồn ổn áp ,do vậy nó sẽ đảm bảo bộ nghịch biến hoạt động hiệu quả hơn và tránh những tổn hao do chập chờn của điện luới • Phương án 4: Cơ sở chọn cấu kiện phù hợp Có nhiều cách chọn linh kiện dựa vào các đặc điểm cấu tạo từng mạch và chỉ tiêu đặt ra cho từng mạch. • Phương án 5 : Mắc thêm Diot song song: C U2 U1 L2 L1 Phụ tải Máy nghịch biến Mạch điều tiết Phụ tải Đầu ra xoay chiều Hình 4: Mạch chỉnh lưu câu 3 pha có điều khiển Để nâng cao hệ số công suất và hiệu suất của mạch chỉnh lưu cầu 3 pha có điều khiển mắc thêm vào mạch các điot như hình vẽ trên: Mạch này nâng cao điện áp và dòng ra một chiều vì trong mạch luôn có dòng qua kể cả tại thời điểm không có Thyristor nào thông nên nó cho dòng ra lớn hơn so với trường hợp không mắc thêm điốt. 4. ứng dụng thực tiễn của đề tài. Kết quả nghiên cứu cứu của đề tài có thể dùng làm tài liệu tham khảo trong lĩnh vực nguồn. Cụ thể là hiểu rõ hơn về nguyênlý cấu tạo cũng như nguyênlý hoạt động của bộ nguồn không gián đoạn như thế nào và sơ đồ phân bố tổn thất. Từ đó sẽ xây dựng được các phương án làm giảm tổn hao cho bộ nguồn. Do thời gian và một số hạn chế nên đề tài chỉ dừng lại ở mức độlý thuyết. Nếu có đầy đủ điều kiện trang thiết bị thì đề tài sẽ là cơ sở quan trọng để xây dựng nên bộ nguồn không gián đoạn tối ưu nhất. C B A Đầu v o ACà Đầu ra tải DC Bộ lọc + . Ăc qui XÁC ĐỊNH NGUYÊN NHÂN VÀ XÂY DỰNG CÁC BIỆN PHÁP GIẢM NHỎ TỔN HAO TRONG BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) 1. Tính cấp thiết của đề tài. một năng lượng nhất định trong hệ thống cấp nguồn nói chung do vậy nghiên cứu nguyên nhân và tìm kiếm các biện pháp giảm nhỏ tổn hao trong UPS là vấn đề