Một bộ nguồn yếu sẽ không chỉ làm thiết bị hoạt động chập chờn mà còn tiềm ẩn nguy cơ cháy nổ do quá nhiệt. Bài viết này cung cấp quy trình tính toán công suất nguồn chính xác để đảm bảo an toàn tuyệt đối cho hệ thống của bạn.
Hiểu đúng về ba thông số cơ bản trên bộ nguồn
Trước khi đi vào công thức tính toán, bạn cần nắm rõ ba thông số kỹ thuật luôn xuất hiện trên tem nhãn của các bộ nguồn Omron, Autonics hay bất kỳ loại nguồn tổ ong nào.
1. Điện áp hay còn gọi là Voltage U:
Thông số này là hiệu điện thế đầu ra của nguồn và có đơn vị là Volt. Bạn bắt buộc phải chọn nguồn có điện áp trùng khớp hoàn toàn với thiết bị cần cấp điện. Nếu thiết bị dùng 24V mà bạn cấp nguồn 12V thì máy sẽ không chạy được. Ngược lại tình huống bạn cấp nguồn 48V cho thiết bị 24V thì linh kiện bên trong sẽ bị phá hủy ngay lập tức do quá áp.
2. Cường độ dòng điện hay còn gọi là Current I:
Đại lượng này thể hiện khả năng cung cấp dòng điện tối đa của bộ nguồn và có đơn vị là Ampe. Khác với điện áp, dòng điện của nguồn chỉ cần lớn hơn hoặc bằng dòng tiêu thụ của thiết bị là đạt yêu cầu. Ví dụ thiết bị cần 2A thì bạn dùng nguồn 5A vẫn hoạt động bình thường và càng bền bỉ vì nguồn không phải hoạt động hết công suất.
3. Công suất hay còn gọi là Power P:
Đây là đại lượng đo lường mức độ tiêu thụ năng lượng với đơn vị là Watt. Công suất thể hiện sức mạnh thực sự của bộ nguồn và là tích số của điện áp nhân với dòng điện.
Công thức tính toán công suất tiêu thụ thực tế
Muốn chọn được bộ nguồn phù hợp thì bạn cần xác định tổng công suất mà hệ thống tải sẽ tiêu thụ. Công thức vật lý cơ bản nhất được áp dụng cho tính toán này là:
P = U × I
Các ký hiệu được hiểu như sau:
P là công suất tính bằng Watt
U là điện áp tính bằng Volt
I là cường độ dòng điện tính bằng Ampe
Phân tích một ví dụ thực tế:
Giả sử bạn cần lắp đặt một hệ thống đèn LED dây trang trí cho tủ bếp. Trên bao bì cuộn LED ghi thông số là 12V và công suất tiêu thụ là 12W cho mỗi mét dây. Bạn đo đạc và định lắp 5 mét dây chạy dọc theo tủ.
Tổng công suất tiêu thụ của 5 mét dây sẽ là:
12W × 5m = 60W
Để tìm ra dòng điện cần thiết thì bạn áp dụng công thức ngược lại:
I = P / U
I = 60W / 12V = 5A
Kết quả tính toán cho thấy bạn cần một bộ nguồn 12V có dòng tải tối thiểu là 5A. Tuy nhiên nếu bạn mua một bộ nguồn đúng 5A về lắp thì khả năng cao bộ nguồn đó sẽ hỏng sau vài tháng sử dụng. Lý do nằm ở phần tiếp theo về hệ số an toàn.
Quy tắc hệ số an toàn 80 phần trăm khi chọn nguồn
Kỹ thuật điện công nghiệp và dân dụng có một nguyên tắc bất di bất dịch là không bao giờ cho thiết bị hoạt động ở 100% công suất liên tục. Các linh kiện điện tử bên trong bộ nguồn như tụ điện, biến áp xung và sò công suất sẽ nóng lên rất nhanh khi chạy tải tối đa. Nhiệt độ cao làm giảm tuổi thọ linh kiện và tăng nguy cơ chập cháy lớp cách điện.
Chúng ta cần áp dụng quy tắc hệ số an toàn hay còn gọi là hệ số dự phòng. Mức an toàn phổ biến nhất dao động từ 20 đến 30%. Nghĩa là bộ nguồn chỉ nên hoạt động ở mức 70-80% công suất thiết kế để đảm bảo sự mát mẻ và bền bỉ.
Công thức tính dòng điện nguồn cần mua:
I nguồn = I tải × 1.3
Áp dụng lại ví dụ đèn LED ở trên với dòng tiêu thụ tính toán là 5A:
Dòng điện nguồn lý tưởng sẽ là:
5A × 1.3 = 6.5A
Thực tế thị trường thường không sản xuất các mức lẻ như 6.5A nên bạn sẽ chọn mức công suất tiêu chuẩn cao hơn gần nhất. Trường hợp này thì bộ nguồn 12V 10A là lựa chọn tối ưu nhất về kỹ thuật và kinh tế. Nguồn 10A khi chạy tải 5A sẽ rất mát và hoạt động ổn định trong thời gian dài mà không lo quá tải.
Lưu ý đặc biệt với tải có động cơ
Cách tính toán ở trên áp dụng rất tốt cho các loại tải thuần trở như đèn LED, dây mayso nhiệt hay camera quan sát. Nhưng nếu bạn dùng nguồn để chạy động cơ DC, máy bơm mini, quạt tản nhiệt hay các van điện từ Solenoid thì cách tính toán sẽ phức tạp hơn nhiều.
Các thiết bị có cuộn dây hay còn gọi là tải cảm luôn tồn tại dòng khởi động lớn. Khi mới bật máy thì dòng điện kích hoạt động cơ quay có thể vọt lên cao gấp 3 đến 5 lần dòng điện hoạt động bình thường. Dù dòng khởi động này chỉ diễn ra trong tích tắc nhưng nó đủ sức đánh thủng các linh kiện bảo vệ của một bộ nguồn yếu hoặc kích hoạt chế độ tự ngắt Overload Protection.
Ví dụ với máy bơm:
Một máy bơm nước mini 24V có dòng hoạt động ghi trên nhãn là 2A.
Dòng khởi động thực tế có thể lên tới:
2A × 3 = 6A
Trường hợp bạn mua nguồn 24V 3A thì máy bơm có thể sẽ không bao giờ khởi động được vì nguồn sẽ tự ngắt ngay khi bạn bật công tắc do tưởng bị chập mạch.
Giải pháp cho trường hợp này là bạn cần chọn bộ nguồn có khả năng chịu dòng quá tải tức thời tốt hoặc chọn nguồn có công suất lớn hẳn. Một bộ nguồn 24V 10A sẽ là lựa chọn an toàn để đảm bảo máy bơm khởi động mượt mà. Các dòng nguồn chất lượng cao của Omron như dòng S8VK hay S8FS thường có biểu đồ chịu tải và khả năng chịu dòng khởi động tốt hơn các loại nguồn trôi nổi.
Tham khảo thêm tại: Nguồn một chiều điều chỉnh DC ≤ 1KW
Phân biệt công suất thực và công suất ảo
Thực trạng phổ biến trên thị trường thiết bị điện hiện nay là sự nhập nhằng về thông số kỹ thuật. Các bộ nguồn giá rẻ và không thương hiệu thường ghi thông số rất cao nhưng thực tế hoạt động lại rất thấp.
Nhiều bộ nguồn tổ ong giá rẻ ghi 12V 30A tương đương 360W đôi khi chỉ có thể chạy ổn định ở mức 15A đến 20A. Nếu bạn tin vào thông số 30A và lắp cho hệ thống tiêu thụ 25A thì bộ nguồn sẽ phát nổ hoặc sụt áp chỉ sau vài phút hoạt động. Hiện tượng sụt áp là khi tải nặng thì điện áp đầu ra không còn giữ được mức 12V mà tụt xuống 9V hoặc 10V làm thiết bị chập chờn, đèn sáng yếu hoặc camera mất hình.
Cách duy nhất để tránh rủi ro này là chọn mua sản phẩm từ các thương hiệu uy tín có nhà phân phối chính hãng và đầy đủ tài liệu kỹ thuật Datasheet. Các mã sản phẩm bạn thấy trên EMIN như Omron S8VS, S8VK hay Autonics SPB đều ghi công suất thực. Nhà sản xuất ghi 5A nghĩa là nguồn có thể chạy liên tục ở mức 5A trong điều kiện nhiệt độ tiêu chuẩn.
Nhiệt độ môi trường ảnh hưởng đến công suất như thế nào?
Yếu tố môi trường lắp đặt thường bị bỏ qua nhưng lại ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất. Hiệu suất của bộ nguồn tỉ lệ nghịch với nhiệt độ môi trường xung quanh.
Trường hợp bạn lắp bộ nguồn trong một tủ điện kín và chật hẹp không có quạt thông gió hoặc đặt ngoài trời nắng thì nhiệt độ bên trong có thể lên tới 50-60 độ C. Tại mức nhiệt độ này khả năng chịu tải của bộ nguồn sẽ giảm đi đáng kể. Một bộ nguồn 10A ở nhiệt độ 60 độ C có thể chỉ còn chịu được tải tối đa 6A hoặc 7A mà thôi.
Tài liệu kỹ thuật của các hãng lớn luôn cung cấp biểu đồ giảm tải theo nhiệt độ (Derating Curve). Người thiết kế hệ thống cần tham khảo biểu đồ này rất kỹ. Nếu môi trường lắp đặt quá nóng thì bạn buộc phải chọn bộ nguồn có công suất lớn hơn nhiều so với tính toán ban đầu hoặc lắp thêm hệ thống quạt tản nhiệt cưỡng bức cho tủ điện.
Đầu tư một bộ nguồn chất lượng và đúng công suất có thể tốn kém hơn ban đầu nhưng sẽ tiết kiệm cho bạn rất nhiều chi phí sửa chữa về sau. Bạn sẽ loại bỏ được nguy cơ cháy nổ và đảm bảo hệ thống máy móc đắt tiền vận hành trơn tru nhất.
Bạn có muốn tôi đi sâu vào phân tích dòng nguồn S8VK của Omron so với các loại nguồn tổ ong thông thường để thấy rõ sự khác biệt về linh kiện bên trong không?
