thiết kế bộ tự động chuyển đổi nguồn ats lưới máy phát

LỜI NÓI ĐẦU
Như chúng ta đã biết, điện năng được truyền tải từ các nhà máy phát điện đến các
phụ tải thì cần phải qua các trạm biến áp. Việc truyền tải điện từ lưới đến các hộ dùng
điện có thể xảy ra sự cố trên dường dây cung cấp như: Mất pha do đứt dây hoặc bị ngược
pha, hoặc điện áp và dòng điện khác trị số danh định do quá tải hoặc bị ngắn mạch. Các
sự cố này phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như hỏng đường dây cung cấp do thời tiết mưa
bão, đỗ cây vào đường dây, cũng có thể xảy ra sự cố ở các trạm biến áp, và đặt biệt là sự
cố đường dây 500KV vào ngày 22/5 gây mất điện toàn bộ 22 tỉnh, thành khu vực miền
nam. Hiện tượng mất điện do các sự cố đó không thể xảy ra đối với các phụ tải đặc biệt
yêu cầu cấp điện 24/24 giờ như: Bệnh viện, văn phòng chính phủ, hội trường quốc hội,
ngân hàng nhà nước, đại sứ quán, khách sạn cao cấp, Do vậy, cần phải có nguồn dự
phòng để khi xảy ra sự cố nguồn đang được sử dụng thì ta đưa nguồn dự phòng vào phụ
tải và cắt nguồn dự phòng ra khỏi lưới. Nhưng để giảm thời gian mất điện của phụ tải
tránh những hậu quả đáng tiếc xảy ra, nguồn điện dự phòng nhất thiết phải đi kèm với
thiết bị tự động đổi nguồn A.T.S (Automatic Transfer Switch). Với đồ án thiết kế bộ tự
động chuyển đổi nguồn A.T.S Lưới-Máy phát.
Toàn bộ thuyết minh của bản thiết kế này được chia làm 3 phần:
Phần A: Tổng quan về hệ thống ATS
Phần B: Tìm hiểu về PLC – LOGO
Phần C: Ứng dụng thiết kế bộ chyển nguồn tự động ATS
Chương I: Tính toán chọn mạch động lực
Chương II: Thiết kế mạch điều khiển
Xin chân thành cảm ơn!.
Nhóm sinh viên thực hiện.
Đồ án học phần 2A Trang 1
GVHD: Lê Ngọc Tuân Đồ án: Thiết kế bộ tự động chuyển đổi nguồn ATS
LỜI CẢM ƠN
Trong suốt thời gian thực hiện Đồ án môn học tại trường Đại Học Công Nghiệp
TP. HCM, với sự giúp đỡ của quý Thầy (Cô ) và giáo viên hướng dẫn đã chỉ dạy chúng
em về mọi mặt và nhất là trong thời gian thực hiện đề tài, nên đề tài đã được hoàn thành
đúng thời gian quy định. Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn đến :

Tất cả quý Thầy (Cô) trong khoa Điện đã giảng dạy những kiến thức chuyên môn
làm cơ sở để thực hiện tốt đồ án môn học và tạo điều kiện thuận lợi cho nhóm em hoàn
thành tốt Đồ án môn học.
Đặc biệt, Thầy Lê Ngọc Tuân – Giáo viên hướng dẫn đề tài đã nhiệt tình giúp đỡ
và cho chúng em những lời chỉ dạy quý báu, giúp chúng em định hướng tốt trong khi
thực hiện Đồ Án .
Tất cả bạn bè đã giúp đỡ và động viên trong suốt quá trình làm Đồ án môn học.
Mặc dù đã nỗ lực hết mình, nhưng do khả năng, kiến thức và thời gian có hạn nên
không thể tránh được những sai sót trong lúc thực hiện, chúng em kính mong quý thầy cô
chỉ dẫn, giúp đỡ để ngày càng hoàn thiện hơn kiến thức của mình và có thể tự tin bước
vào cuộc sống với vốn kiến thức đã có được.
Xin chân thành cảm ơn!.
Đồ án học phần 2A Trang 2
GVHD: Lê Ngọc Tuân Đồ án: Thiết kế bộ tự động chuyển đổi nguồn ATS
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
……………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………
TP.HCM, Ngày…….Tháng……Năm 2013
Giáo viên hướng dẫn
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
Đồ án học phần 2A Trang 3
GVHD: Lê Ngọc Tuân Đồ án: Thiết kế bộ tự động chuyển đổi nguồn ATS
……………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………
TP.HCM, Ngày…….Tháng……Năm 2013
Giáo viên phản biện
MỤC LỤC
Đồ án học phần 2A Trang 4

GVHD: Lê Ngọc Tuân Đồ án: Thiết kế bộ tự động chuyển đổi nguồn ATS
PHẦN A:
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ATS
I. Yêu cầu sử dụng:
Trong quá trình vận hành và sử dụng lưới điện không thể tránh khỏi các sự cố mức
độ thiệt hại do sự cố gây ra có thể là rất lớn, thậm chí còn nguy hiểm đến tính mạng con
người. Do vậy cần phải hạn chế mức thấp nhất thiệt hại của sự cố gây ra. Khái niệm sự cố
ở đây có thể được hiểu bao gồm : Mất điện, mất pha, lệch pha, cao áp , thấp áp quá trị số
cho phép .
Ngày nay trong công nghiệp cũng như trong sinh hoạt hằng ngày có các loại phụ
tải (hộ tiêu thụ) không được phép mất điện hay có sự cố dù chỉ trong một thời gian ngắn,
vì điều đó có thể gây thiệt hại nghiêm trọng về người và của cho chúng ta. Ví dụ như
nguồn điện cấp cho các thiết bị cấp cứu trong các bệnh viện nếu mất điện trong một thời
gian rất ngắn cũng có thể lấy đi mạng sống của rất nhiều bệnh nhân. Hay nguồn điện cấp
cho các trung tâm điện toán , hoặc một hệ thống SCADA- hệ thống kiểm tra điều khiển
và thu thập dữ liệu khi mất điện thì toàn bộ số liệu theo dõi và quá trình điều khiển đều
Đồ án học phần 2A Trang 5
GVHD: Lê Ngọc Tuân Đồ án: Thiết kế bộ tự động chuyển đổi nguồn ATS
không hoạt động được, các công trình quan trọng cấp quốc gia như Hội trường quốc hội,
Nhà khách chính phủ, Ngân hàng nhà nước, Đại sứ quán các nước, khu quân sự, sân bay,
hải cảng… Một số công trình trong lĩnh vực thương mại dịch vụ ,du lịch như các khách
sạn cấp cao, khu trung tâm thương mại, các siêu thị hàng hóa… Đối với tất cả các
hộ tiêu thụ đặc biệt này cần phải được cấp điện một cách liên tục để tránh gây ra các thiệt
hại. Lúc đó ngoài nguồn chính là lưới điện ra các hộ tiêu thụ loại này cần xây dựng một
nguồn dự phòng để đề phòng khi có sự cố với nguồn điện chính .Tương ứng với nó cần
phải có một thiết bị thực hiện việc cấp nguồn liên tục cho phụ tải đặc biệt này.
Hiện nay có 2 loại thiết bị đảm bảo được yêu cầu này đó là :
- Thiết bị cấp nguồn liên tục UPS (Uninterrupting Power Supply ).
- Thiết bị tự động chuyển nguồn ATS (Automatic Transfer Switch ).
1. Thiết bị cấp nguồn liên tục UPS:

Là một thiết bị lập tức cấp điên cho phụ tải khi lưới điện chính có chất lượng
không đạt yêu cầu .Thiết bị cấp nguồn liên tục chỉ dùng cho các phụ tải đặc biệt quan
trọng cần nguồn liên tục như thiết bị cấp cứu ngành y tế, máy tính cá nhân trung tâm điện
toán… UPS được chế tạo với dãy công suất từ vài trăm W đến vài trăm KW, đáp ứng
cho các loại phụ tải khác nhau. Công suất của UPS phụ thuộc vào nguồn dự phòng
(thường là accqui ) và công suất của các bộ biến đổi . Dung lượng của nguồn accqui
thường không được lớn nên thời gian cấp nguồn của UPS thường là không được dài khi
phụ tải mất điện lâu dài thì sau một thời gian làm việc nào đó để giải quyết nhiệm vụ cấp
thiết , sau đó UPS dừng làm việc. Hiện nay thường có 2 loại UPS là loại có chuyển
mạch và loại không chuyển mạch. Sơ đồ khối của 2 loại UPS này như hình vẽ dưới :
CL
CM
Tải
NL
CL
NL
Lọc
Tải
Lưới Lưới
Đồ án học phần 2A Trang 6
GVHD: Lê Ngọc Tuân Đồ án: Thiết kế bộ tự động chuyển đổi nguồn ATS
AQ AQ
a. Loại có chuyển mạch b. Loại không chuyển mạch
HÌNH 1
AQ : Khối accqui
CL : Khối chỉnh lưu
NL : Khối nghịch lưu
CM : Khối chuyển mạch
Lọc: Khối lọc thành phần sóng bậc cao
Loại UPS có chuyển mạch (hình 1.a) .Khối AQ được nạp qua chỉnh lưu và ở trạng

thái chờ vì lúc này chuyển mạch đang nối với lưới . Khi mất lưới (sự cố) chuyển mạch tự
động chuyển tải về phía AQ. Điện một chiều từ AQ qua bộ nghịch lưu biến đổi thành
điện xoay chiều với điện áp và tần số phù hợp với tải. Với công suất thấp , khối chuyển
mạch là rơle điện cơ còn ở công suất cao chuyển mạch thường dùng van bán dẫn, làm
việc ở chế độ đóng ngắt. Đặc điểm chính của UPS kiểu này là cấu tạo đơn giản, điện áp
ra chưa thật chuẩn vì thiếu bộ lọc, thời gian tác động chậm vì phải qua bộ chuyển mạch
vì vậy nó thường được chế tạo với cấp công suất đến cỡ kW. Loại UPS không có chuyển
mạch (hình 1.b) điện lưới xoay chiều được bộ chỉnh lưu chuyển thành điện một chiều ,
vừa nạp cho AQ , vừa đưa đến bộ nghịch lưu và bộ lọc cấp cho phụ tải . Loại UPS này
có cấu tạo phức tạp hơn nhưng có nhiều ưu điểm hơn loại trên. Với sự tiến bộ của kỹ
thuật điện tử và điều khiển , loại UPS này được dùng rộng rãi trong các hệ cấp nguồn đòi
hỏi chất lượng cao. Cả hai loại UPS này đều có chung nhược điểm đó là thời gian hoạt
động không dài và phụ thuộc rất nhiều vào dung lượng của bộ AQ .Cần lưu ý rằng khối
AQ đóng một vai trò đặc biệt quan trọng và nó là bộ phận dễ hỏng hóc do vậy công tác
bảo vệ chăm sóc AQ là vô cùng quan trọng , phải được thực hiện thường xuyên theo một
chế độ nhất định . Chính vì nhược điểm lớn này mà UPS không được sử dụng rộng rãi
bằng thiết bị tự động chuyển nguồn ATS trong các hộ tiêu thụ đặc biệt nói trên.
Đồ án học phần 2A Trang 7
GVHD: Lê Ngọc Tuân Đồ án: Thiết kế bộ tự động chuyển đổi nguồn ATS
2. Thiết bị tự động chuyển nguồn ATS
2.1. Tổng quan về công dụng của hệ thống ATS:
Vấn đề đảm bảo tính liên tục trong một hệ thống cung cấp điện là một nhu cầu cần
thiết cho sinh hoạt, cơ quan Nhà nước, đặc biệt là trong sản xuất công nghiệp.…Một
trong các phương pháp thường sử dụng để đảm bảo tính năng nói trên (trong việc cung
cấp điện) là sử dụng hệ thống chuyển mạch tự động (ATS).
ATS (Automatic Transfer Switch) là hệ thống điều khiển dùng chuyển đổi phụ tải
(Load), đang được cung cấp từ lưới điện chính (Main Utility) sang nguồn dự phòng dùng
máy phát điện (Generator); khi lưới điện chính xảy ra các sự cố (mất điện, mất pha, điện
áp nguồn giảm quá thấp hay tăng quá cao, ). Khi lưới điện hoạt động ổn định bình
thường trở lại: hệ thống ATS sẽ chuyển đổi phụ tải vận hành với lưới điện chính và sau

đó cắt dừng máy phát điện dự phòng.
HÌNH 2: SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG ATS
HỆ THỐNG
ATS
NGUỒN ĐIỆN
LƯỚI
(MAIN UTILITY)
Việc chuyển đổi phụ tải từ nguồn điện lưới chính sang nguồn máy phát dự phòng (
hay ngược lại ) hoạt động theo chế độ tự động (nếu chọn trạng thái hoạt động AUTO cho
hệ thống ATS) hoặc điều khiển bằng tay (nếu hệ thống ATS vận hành ở chế độ HANDY
hay MANUAL). Sơ đồ khối của hệ thống Tủ ATS (loại có hai nguồn cung cấp vào ATS)
có thể được mô tả trong (hình 2).
2.2. Các nhiệm vụ của ATS
Đồ án học phần 2A Trang 8
MÁY PHÁT ĐIỆN
DỰ PHÒNG
(GENERATOR)
PHỤ TẢI
LOAD
GVHD: Lê Ngọc Tuân Đồ án: Thiết kế bộ tự động chuyển đổi nguồn ATS
Các nhiệm vụ của ATS được liệt kê như sau :
 Khi có các sự cố xảy ra (mất pha, thấp áp ,quá áp , mất nguồn) trên nguồn điện
lưới chính , ATS có nhiệm vụ :
 Ngừng cung cấp nguồn lưới chính vào phụ tải.
 Khởi động động cơ sơ cấp (máy nổ Diesel ).
 Đóng nguồn điện cung cấp từ máy phát vào phụ tải.
 Trong quá trình máy phát đang cung cấp cho phụ tải (thay thế cho nguồn lưới
chính đang xãy ra sự cố) ; bây giờ nguồn điện lưới có lại trong tình trạng ổn định,
nhiệm vụ của ATS lúc đó là :
 Ngắt nguồn điện cung cấp từ máy phát khỏi phụ tải

 Đóng lại nguồn điện lưới vào tải.
 Tạo tín hiệu dừng động cơ sơ cấp (động cơ Diesel) của máy phát ; sau một
thời gian tổ máy phát vận hành tại trạng thái không tải .
Nguồn dự phòng ở đây có thể là một đường dây khác song song hoặc nguồn dự
phòng là một máy phát DIEZEL . Tuỳ theo tính toán kinh tế kĩ thuật của các hộ tiêu thụ
mà sử dụng nguồn dự phòng cho hợp lý . Tương ứng với nguồn dự phòng ta có hai loại
ATS . Khi nguồn dự phòng là lưới ta có ATS lưới- lưới, nếu nguồn dự phòng là máy phát
ta có ATS lưới - máy phát .
Nhìn chung hai loại ATS này cơ bản là giống nhau , tuy nhiên trong thiết kế cũng
như chế tạo , hoạt động thì ATS lưới - máy phát có phức tạp hơn do có thêm bộ phận khởi
động máy DIEZEL . Mặt khác cũng có thể xảy ra sự cố với máy phát điện và các sự cố
này thường xuyên xảy ra . Do đó yêu cầu đối với loại ATS này cao hơn . Cấu trúc khối
của hai loại ATS được thể hiện ở ( hình 3) .
Với nguồn dự phòng là một lưới điện khác lúc đó nguồn dự phòng có thể hoạt
động lâu dài giống như lưới chính. Còn đối với nguồn dự phòng là máy phát DIEZEL
việc vận hành máy phát trong thời gian dài là không kinh tế, do vậy trong trường hợp
lưới điện mất lâu dài chỉ cho máy phát hoạt động trong một thời gian nhất định nào đó,
khi đã giải quyết xong một nhiệm vụ quan trọng thì dừng máy. Khi nguồn chính có điện
trở lại ổn định thì tác động trả tải lại cho nguồn chính . Nên khi thiết kế ATS lưới- máy
phát cần phải đảm bảo thực hiện được các yêu cầu sau:
 Khi lưới có sự cố với bất kì lý do gì phải phát lệnh khởi động máy DIEZEL.
Và chuyển tải cho nguồn dự phòng khi chất lượng điện ở đầu ra của máy phát
đạt yêu cầu.
Đồ án học phần 2A Trang 9
GVHD: Lê Ngọc Tuân Đồ án: Thiết kế bộ tự động chuyển đổi nguồn ATS
 Khi có điện lưới trở lại , kiểm tra mức độ ổn định của lưới và chuyển tải trở về
lưới khi nguồn đã đủ thời gian ổn định . Sau khi chuyển tải máy phát chạy
không tải trong một thời gian và tự động dừng lại khi điều kiện làm mát máy
bảo đảm.
 Khi mất điện lưới lâu dài xét thấy vận hành máy phát không có lợi và nhu cầu

sản xuất không cấp bách ,lúc đó cho máy vận hành trong thời gian đủ giải
quyết vấn đề quan trọng thì cho máy dừng lại.
2.3. Sơ đồ cấu trúc của hai loại ATS
ĐK
KĐ
DZ
SS1
SS2
MBA
CB1
CB2
CM
ĐK
G
SS2
CM
SS 1
MBA
a
b
Tới Tải
Tới Tải
Đồ án học phần 2A Trang 10
MBA
CB2
CB1
GVHD: Lê Ngọc Tuân Đồ án: Thiết kế bộ tự động chuyển đổi nguồn ATS
HÌNH 3: SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HAI LOẠI ATS
MBA : Máy biến áp nguồn
CB1 ,CB2: Aptomat nguồn

SS1, SS2 : Các bộ so sánh
ĐK : Khối điều khiển
CM : Khối chuyển mạch
KĐ : Khối khởi động máy DIEZEL
ĐZ : Máy DIEZEL
G : Máy phát điện
 Chức năng các khối:
 SS: Khối so sánh thực hiện chức năng theo dõi , giám sát các thông số của
nguồn cung cấp và so sánh các thông số đó với giá trị ngưỡng đặt trước và đưa
ra tín hiệu cho khối điều khiển.
 ĐK: Khối điều khiển nhận tín hiệu từ đầu ra của bộ so sánh và tác động đến
khối chuyển mạch
 CM: Khối chuyển mạch thực hiện việc đóng ngắt tải từ nguồn này sang
nguồn khác theo tác động của bộ điều khiển.
 KĐ : khối này khởi động máy DIEZEL khi nhận được tín hiệu của bộ điều
khiển.
 CB1, CB2 : hai áp tô mát (CB - Circuit Breaker) bảo vệ nguồn khi có sự cố
quá tải hay ngắn mạch.
Tóm lại :
 Hệ thống ATS hoạt động giống như một bộ đảo nguồn tự động cung cấp điện
cho phụ tải ( các hệ thống nguồn cung cấp cho tải tối thiểu là hai nguồn :
nguồn điện lưới quốc gia và nguồn máy phát dự phòng ).
 Ngoài ra hệ thống ATS còn có chức năng bảo vệ , phát hiện các sự cố xãy ra
trên lưới điện chính để chuyển đổi nguồn điện cung cấp cho phụ tải .
II. Phân loại hệ thống ATS
Hệ thống ATS được phân loại thành nhiều dạng khác nhau (tùy theo tiêu chuẩn
của các nhà sản xuất). Các nhà sản xuất máy phát điện Diesel thường chế tạo hệ thống
ATS đi kèm theo máy phát; tuy nhiên cũng có một số các công ty chuyên sản xuất khí cụ
điện nổi tiếng trên thế giới chế tạo hệ thống ATS (dưới dạng module).
Đồ án học phần 2A Trang 11

GVHD: Lê Ngọc Tuân Đồ án: Thiết kế bộ tự động chuyển đổi nguồn ATS
Ta có thể phân loại ATS dựa theo một trong các tiêu chuẩn như sau:
 Tiêu chuẩn phân loại theo cấp dòng điện định mức qua các khí cụ động lực
đóng cắt chính lắp đặt trong hệ thống ATS.
 Số lượng nguồn điện chính và dự phòng cung cấp cho phụ tải.
 Tiêu chuẩn phân loại theo loại khí cụ điện động lực đóng cắt chính dùng trong
tủ ATS.
Khi phân loại hệ thống ATS căn cứ theo chủng loại khí cụ đóng cắt, ta có thể có
các dạng sau :
 ATS dùng contactor 3 cực (poles) hay 4 cực. Dòng điện định mức của các
contactor có thể có lên đến 1600A.
 ATS dùng loại Change over switch hay Motorized CB,
 ATS dùng ACB (Air Circuit Breaker: Máy ngắt không khí)
Trường hợp căn cứ theo số lượng nguồn điện cung cấp cho phụ tải ( nguồn lưới
chính và nguồn máy phát dự phòng ) hệ thống ATS có thể bao gồm các dạng sau :
 ATS dạng chuyển đổi hai nguồn : lưới điện chính và máy phát điện dự phòng
cho phụ tải.
 ATS dạng chuyển đổi ba nguồn : hai nguồn điện lưới ( nguồn ưu tiên 1 và
nguồn ưu tiên 2 ) và máy phát dự phòng.
III. Nguyên lý hoạt động của ATS
1. ATS lưới - lưới:
Cấu trúc của loại ATS này được thể hiện trên ( hình 3.a ) ATS lưới - lưới hoạt động
rất đơn giản, khi chất lượng nguồn chính không đạt lúc đó bộ so sánh thu tín hiệu sự cố
so sánh các thông số đó với các giá trị ngưỡng đặt trước ngưỡng nếu sai khác giá trị định
mức tín hiệu sẽ được cấp cho khối điều khiển tác động đến khối chuyển mạch chuyển tải
sang nguồn còn lại. Khi lưới điện chính phục hồi trở lại ATS tiến hành kiểm tra chất
lượng nguồn điện chính nếu đủ tiêu chuẩn cấp tín hiệu chuyển tải trở lại nguồn chính.
 Sơ đồ thời gian hoạt động của nó như sau :
Đồ án học phần 2A Trang 12
0-5 giây

(3-30 ) phút
Chuyển Tải
Đưa tải trở về lưới chính
Lưới chính phục hồi
Mất lưới
GVHD: Lê Ngọc Tuân Đồ án: Thiết kế bộ tự động chuyển đổi nguồn ATS
 Giải thích hoạt động của sơ đồ :
Ban đầu tải được cấp điện bằng nguồn chính thông qua MBA1 khi lưới chính bị sự
cố như mất nguồn, mất pha…lúc đó khối điều khiển của ATS nhận tín hiệu sự cố và xử lý
và đồng thời ATS cũng kiểm tra chất lượng điện nguồn còn lại. Nếu chất lượng nguồn dự
phòng tốt thì ATS sẽ tạo khoảng thời gian trễ (0-5s) để khẳng định lưới chính gặp sự cố
thực sự không phải là sự cố thoáng qua. Sau đó gửi tín hiệu cho cơ cấu chấp hành tác
động chuyển tải sang nguồn dự phòng.
Khi tải đang làm việc với nguồn dự phòng mà lưới chính phục hồi trở lại ATS xử
lý tín hiệu này đồng thời tạo khoảng thời gian trễ (3 – 30’) để đảm bảo rằng nguồn chính
đã ổn định có thể đưa vào vận hành. Sau đó ATS tác động đến cơ cấu chuyển mạch đưa
tải trở lại lưới chính. Và ATS tiếp tục theo dõi hoạt động của các nguồn điện bình thường.
2. ATS lưới - máy phát:
Một trong những nhược diểm lớn nhất của ATS lưới-lưới là khi xảy ra sự cố của
hệ thống , sự cố trạm biến áp trung gian, hoặc mất điện áp nguồn lúc đó nguồn dự phòng
cũng vô dụng. Do vậy để bảo đảm việc chủ động cấp điện cho các phụ tải quan trọng cấp
quốc gia như hội trường quốc hội, ngân hàng nhà nước, trung tâm điện toán, khu quân sự
nếu mất điện có thể nguy hiểm đến an ninh quốc gia. Ta thường xây dựng nguồn dự
phòng là máy phát ĐIEZEL. Tương ứng với nó ta có loại ATS lưới - máy phát. Cấu trúc
của loại này được biểu diễn trên (Hình 3.b). Đối với ATS lưới - máy phát việc hoạt động
phức tạp hơn loại trên . Khi nguồn chính có chất lượng không đạt yêu cầu nghĩa là có sự
cố. Sự cố ở đây bao gồm : Mất điện, mất pha, lệch pha quá lớn, quá điện áp, thấp áp,
ngược thứ tự pha. Mất lưới, mất pha, sụt áp quá 85% U
đm
làm cho máy điện không đồng

bộ không khởi động được hoặc sẽ gây quá tải với các thiết bị quay kéo tải lớn, hệ thống
chiếu sáng không đủ sáng. Lúc này ATS phải phát tín hiệu khởi động máy ĐIEZEL sau
5s (để tránh dao động của lưới). Khi điện áp 3 pha mất đối xứng quá mức cho phép, quá
điện áp, không đúng thứ tự pha ATS cũng phát tín hiệu khởi động máy, trong trường hợp
này lưới vẫn còn nhưng chất lượng điện không tốt ảnh hưởng đến các quá trình làm việc.
Khi quá điện áp sẽ gây hư hỏng cách điện các thiết bị dùng điện trong mạng. Khi ngược
thứ tự pha tạo từ trường nghịch làm các động cơ 3 pha quay ngược gây thiệt hại.
Đồ án học phần 2A Trang 13
Hình 4
GVHD: Lê Ngọc Tuân Đồ án: Thiết kế bộ tự động chuyển đổi nguồn ATS
Khi đó khối SS1 sẽ thu tín hiệu sự cố so sánh với ngưỡng và cấp tín hiệu cho khối
ĐK , bộ ĐK sẽ tác động tới bộ khởi động máy DIEZEL. Khi khởi động máy DIEZEL
thành công điện áp ra của máy phát được thành lập. Nếu chất lượng điện áp đảm bảo và
đạt đến khoảng 0.8 U
đm
, thời gian trong khối ĐK sẽ tính thời gian khoảng 1- 25s rồi cấp
tín hiệu cho bộ chuyển mạch để chuyển tải cho nguồn dự phòng là máy phát .
Khi điện lưới có điện trở lại để đảm bảo chắc chắn rằng lưới đã phục hồi ổn định
bộ thời gian trong SS1 sẽ tính thời gian khoảng 5- 30 p. Sau đó cấp tín hiệu cho khối ĐK
tác động chuyển tải trở lại lưới.
Sau khi chuyển tải cho lưới máy phát chạy không tải một khoảng thời gian làm
mát tuỳ theo công suất , thời gian đã làm việc của máy phát và nhiệt độ của nó mà
khoảng này có thể dài hay ngắn sau đó tự động dừng lại.
 Quá trình hoạt động được cho trên giản đồ thời gian sau :
Hình 5
Lưới phục hồi
Chuyển Tải
Mất lưới
Lưới
Chuyển tải trở lại

Máy Phát
Đóng MF
t
4
t
3
t
2
Khởi động máy phát
t
1
Đồ án học phần 2A Trang 14
GVHD: Lê Ngọc Tuân Đồ án: Thiết kế bộ tự động chuyển đổi nguồn ATS
 Giải thích hoạt động của sơ đồ:
 Khi lưới có sự cố lúc đó ATS tạo khoảng trễ t
1
khoảng thời gian từ

khi có sự
cố đến khi khởi động DIEZEL. t
1
thường khoảng từ 1-5 giây để đảm bảo rằng
nguồn sự cố thực sự không phải là sự cố thoáng qua.
 Khi điện áp máy phát được thành lập và tăng dần đến U
f
=0.8 U
đm
lúc đó bộ
SS2 sẽ tính khoảng thời gian t
2

(từ 1-25 giây) sau đó thực hiện việc cấp tín
hiệu điều khiển cho bộ chuyển mạch chuyển tải sang nguồn dự phòng.
 Khi lưới điện phục hồi trở lại bộ định thời gian trong SS1 sẽ hoạt động tính
thời gian để đảm bảo chắc chắn rằng lưới đã hoạt động ổn định trở lại thời
gian t
3
vào khoảng 5-30 phút. Sau đó chuyển tải trở lại lưới.
 Sau khi chuyển tải trở lại lưới ta tính thời gian cho máy phát chạy không tải để
làm mát máy khoảng t
4
trên hình vẽ t
4
từ khoảng (3-10 p) tuỳ vào thời gian
máy đó vận hành và khả năng làm mát máy mà chọn t
4
sau đó cho máy phát
dừng lại.
Khi khởi động máy phát DIEZEL cần chú ý bộ khởi động của nó cần phải đảm
bảo các đặc điểm sau đây:
 Nếu khởi động lần 1 thành công nó lại trở về trạng thái ban đầu . Nếu khởi
động không thành công sau 3-4 giây cần cho máy nghỉ khoảng 10-20 giây và
khởi động lần tiếp theo. Nếu khởi động 3 lần không thành công lúc đó thiết bị
sẽ tự động khoá lại không khởi động nữa.
 Trong trường hợp máy DIEZEL nổ nhưng điện áp máy phát không thành lập
hoặc không đạt yêu cầu lúc đó máy phát chạy một thời gian ngắn rồi dừng lại
để đảm bảo an toàn cho máy.
Đồ án học phần 2A Trang 15
GVHD: Lê Ngọc Tuân Đồ án: Thiết kế bộ tự động chuyển đổi nguồn ATS
3. Lưu đồ thuật toán bộ tự động chuyển nguồn ATS lưới- máy phát.
Đồ án học phần 2A Trang 16

GVHD: Lê Ngọc Tuân Đồ án: Thiết kế bộ tự động chuyển đổi nguồn ATS
IV. Cấu tạo chung của ATS
Một thiết bị tự động bất kì nào thông thường cũng có cấu tạo theo cấu trúc sơ đồ
khối như sau :
ĐL
ĐK
CH
 ĐL : Khối đo lường đảm nhận việc thu các tín hiệu đầu vào và biến đổi nó
thành các đại lượng thuận lợi cho việc tác động tiếp sau . Tín hiệu vào khối đo
lường thường là liên tục còn tín hiệu ra là các đại lượng rời rạc.
 ĐK : Khối điều khiển nhận tín hiệu từ đầu ra khối ĐL xử lí tín hiệu này và đưa
ra lệnh tác động đến cơ cấu chấp hành.
 CH : Khối chấp hành thực hiện việc tác động theo lệnh của cơ cấu điều khiển.
Ngoài các khối cơ bản trên một số thiết bị tự động còn có thêm cơ cấu phản hồi
khi chất lượng yêu cầu cao. Ngoài các khối cơ bản trên một số thiết bị tự động còn có
thêm cơ cấu phản hồi khi chất lượng yêu cầu cao.
Đối với thiết bị tự động chuyển nguồn ATS lưới- máy phát cũng được cấu tạo gồm
có hai phần riêng biệt đó là phần mạch động lực và phần mạch điều khiển. Phần mạch
điều khiển gồm có bộ phận đo lường và bộ phận điều khiển đối tượng chấp hành. Cơ cấu
chấp hành chính là các cơ cấu chuyển mạch.
1. Khối chuyển mạch
Khối chuyển mạch thực hiện việc chuyển tải từ nguồn này sang nguồn khác khi có
tín hiệu từ khối điều khiển hoặc theo ý muốn của người vận hành (thao tác bằng tay ).
Khối chuyển mạch là phần mạch động lực được nối trực tiếp với tải và nó có thể đóng
ngắt trực tiếp dòng điện tải. Với ATS lưới-lưới khi ngắt mạch là ngắt không tải còn khi
đóng lại là đóng có phụ tải. Do vậy khi ngắt không phát sinh hồ quang nên không cần dập
hồ quang . Khi đóng sang nguồn còn lại đang có điện nên phát sinh hồ quang vì vậy ta
cần phải dập tắt hồ quang trong trường hợp này.
Đồ án học phần 2A Trang 17
GVHD: Lê Ngọc Tuân Đồ án: Thiết kế bộ tự động chuyển đổi nguồn ATS

Do khối chuyển mạch luôn làm việc dưới điều kiện khắc nghiệt nên đòi hỏi khối
chuyển mạch cần được chế tạo chịu được công suất lớn, tại khối chuyển mạch cần có bộ
phận dập hồ quang tốt. Thời gian tác động càng nhanh càng tốt,việc tác động phải rứt
khoát với độ tin cậy cao , tiếp điểm chịu mài mòn và chịu va đập tốt , tiếp xúc luôn luôn
phải tốt ,yêu cầu thiết bị càng gọn nhẹ càng dễ thay thế càng tốt.
Hiện nay trong thực tế khối chuyển mạch thường được thực hiện theo 3 phương án
sau đây :
 Dùng công tắc tơ.
 Dựng Áp tô mát.
 Dùng công tắc kiểu bập bênh.
1.1. Chuyển mạch dùng hai công tắc tơ
Hai công tắc tơ được nối vào hai nguồn điện và chúng được nối liên động với
nhau cái này đóng thì cái kia ngắt. Kiểu chuyển mạch này có cấu tạo gọn nhẹ hoạt động
của nó rất đơn giản . Giống như công tắc tơ thông thường khi ta cấp điện vào cuộn dây
của công tắc tơ cuộn dây này được quấn trên mạch từ tạo nên lực đóng tiếp điểm. Công
tắc tơ có loại dùng điện một chiều có loại xoay chiều , ở đây ta dùng loại xoay chiều .
Với ATS lưới- lưới ta dùng loại công tắc tơ 3 cực vì trung tính là chung giữa hai nguồn.
Với ATS lưới máy phát thường dùng công tắc tơ 4 cực khi chuyển tải thì chuyển cả trung
tính. Hiện nay khối chuyển mạch này chỉ được chế tạo với dòng định mức đến 800A còn
ở cấp công suất cao hơn không sử dụng loại chuyển mạch này. Ưu điểm loại chuyển
mạch này chính là hoạt động đơn giản, kết cấu gọn nhẹ, dễ dàng điều khiển. Hạn chế của
kiểu chuyển mạch dùng công tắc tơ là tổn hao công suất và phải cấp điện để duy trì lực
đóng tiếp điểm.
1.2. Chuyển mạch dùng hai Áp tô mát (CB- Circuit Breaker)
Áp tô mát là một khí cụ điện tự động ngắt mạch điện khi có sự cố quá tải , ngắn
mạch, áp thấp… Đôi khi áp tô mát cũng sử dụng để đóng cắt không thường xuyên các
mạch điện ở chế độ bình thường. Trong ATS không sử dụng các phần tử bảo vệ vì bảo vệ
quá tải, ngắn mạch do áp tô mát nguồn tác động. Chuyển mạch kiểu áp tô mát gồm 2 áp
tô mát nối liên động với nhau về mặt cơ khí và được đấu ngược nhau thông qua tay gạt
như hình vẽ sau :

Đồ án học phần 2A Trang 18
GVHD: Lê Ngọc Tuân Đồ án: Thiết kế bộ tự động chuyển đổi nguồn ATS
Tay Gạt Liên Động Cơ Khí
3 Pha
Khi chuyển mạch áp tô mát này đóng thì áp tô mát còn lại mở. Để tác động vào bộ
chuyển mạch trong trường hợp này ta dùng động cơ chấp hành 1 pha qua hộp giảm tốc và
hệ thống tay biên cơ khí biến chuyển động quay thành chuyển động thẳng của tay gạt
đóng cắt áp tô mát.
Đối với thiết bị chuyển mạch kiểu này có bộ chuyển động cơ khí phức tạp , thời
gian tác động lâu hơn khi dùng công tắc tơ. Ưu điểm của loại chuyển mạch này là không
cần nguồn duy trì trạng thái đóng tiếp điểm , động cơ chấp hành tiêu thụ công suất nhỏ
khả năng đóng cắt tốt. Loại này hiện nay chế tạo đến khoảng 1600A. Sơ đồ kí hiệu :
CB1
CB2
Đồ án học phần 2A Trang 19
Hình 6
GVHD: Lê Ngọc Tuân Đồ án: Thiết kế bộ tự động chuyển đổi nguồn ATS
Hình 7
1.3. Chuyển mạch kiểu bập bênh
Chuyển mạch kiểu bập bênh giống như một cầu dao đảo chiều, với hai tiếp điểm
tĩnh được nối với hai nguồn điện.Tiếp điểm động kiểu bập bênh nằm giữa hai tiếp điểm
tĩnh và được gắn với trục truyền động và nó được nối với tải . Trục truyền động được nối
qua hệ thống cam cơ khí, cơ cấu truyền động ở đây là một nam châm điện thông thường
là nam châm điện một chiều có công suất lớn và làm việc ở chế độ xung. Mỗi khi xung
điện được đưa vào cuộn dây nam châm điện tiếp điểm động tác động một lần đến xung
tiếp theo tiếp điểm động chuyển mạch từ nguồn này sang nguồn khác. Kết cấu chuyển
mạch kiểu bập bênh là gọn nhẹ, tác động nhanh và điều khiển nó một cách dễ dàng.
Nhược điểm của nó là cần có công suất nguồn điều khiển lớn làm việc ở chế độ ngắn hạn
đồng thời số lần thao tác không được lớn như công tắc tơ và áp tô mát do tiếp xúc giữa
tiếp điểm động và thanh dẫn ra tải là tiếp xúc động kiểu quay. Cũng giống như áp tô mát

chuyển mạch kiểu bập bênh không cần cuộn dây duy trì tiếp điểm. Hiện nay tiếp điểm
loại này thường được sử dụng rộng rãi và với mọi cấp công suất từ 400-4000A
Chuyển mạch kiểu bập bênh giống như một cầu giao đảo chiều, với hai tiếp điểm
tĩnh được nối với hai nguồn điện. Tiếp điểm động kiểu bập bênh nằm giữa hai tiếp điểm
tĩnh và được gắn với trục truyền động và nó được nối với tải. Trục truyền động được nối
qua hệ thống cam cơ khí, cơ cấu truyền động ở đây là một nam châm điện thông thường
là nam châm điện một chiều có công suất lớn và làm việc ở chế độ xung. Mỗi khi xung
điện được đưa vào cuộn dây nam châm điện tiếp điểm động tác động một lần đến xung
tiếp theo tiếp điểm động chuyển mạch từ nguồn này sang nguồn khác. Kết cấu chuyển
Đồ án học phần 2A Trang 20
GVHD: Lê Ngọc Tuân Đồ án: Thiết kế bộ tự động chuyển đổi nguồn ATS
mạch kiểu bập bênh là gọn nhẹ, tác động nhanh và điều khiển nó một cách dễ dàng.
Nhược điểm của nó là cần có công suất nguồn điều khiển lớn làm việc ở chế độ ngắn hạn
đồng thời số lần thao tác không được lớn như công tắc tơ và áp tô mát do tiếp xúc giữa
tiếp điểm động và thanh dẫn ra tải là tiếp xúc động kiểu quay. Cũng giống như áp tô mát
chuyển mạch kiểu bập bênh không cần cuộn dây duy trì tiếp điểm. Hiện nay tiếp điểm
loại này thường được sử dụng rộng rãi và với mọi cấp công suất từ 400-4000A
Nguồn 1
Nguồn 2
Tới Tải
Hình 8
 Sơ đồ kí hiệu :
 Ví dụ về chuyển mạch kiểu bập bênh :
Đồ án học phần 2A Trang 21
1: Đầu vào lưới
2: Đầu ra phụ tải
3: Đầu vào phía máy phát
4: Tiếp điểm động kiểu bập bênh
5: hai tiếp điểm tĩnh
GVHD: Lê Ngọc Tuân Đồ án: Thiết kế bộ tự động chuyển đổi nguồn ATS

Nhìn chung mỗi loại chuyển mạch đều có các ưu nhược điểm riêng tuỳ theo yêu
cầu của phụ tải mà ta lựa chọn cơ cấu chuyển mạch thích hợp với mục tiêu cao nhất đó là
đảm bảo sự làm việc tin cậy , an toàn cơ cấu càng gọn nhẹ càng tốt. Trên thực tế hiện nay
thường dùng kiểu chuyển mạch bập bênh.
2. Phần mạch điều khiển
Trong bất kì một hoạt động tự động nào cũng cần phải có một mạch điều khiển để
chỉ huy việc thực hiện hoạt động đó. Tuỳ theo công việc đơn giản hay phức tạp mà các
mạch điều khiển tương ứng cũng đơn giản hay phức tạp theo.Mạch điều khiển phải đảm
bảo thực hiện chính xác công việc đã định trước, nó được xây dựng từ các linh kiện thiết
bị tự động như rơle , các mạch điện tử hay tích hợp IC số.
Một mạch điều khiển thông thường bao gồm các khối : Đo lường so sánh và khối
điều khiển ngoài ra có hệ thống phản hồi và khuếch đại nếu yêu cầu chất lượng điều
khiển cao.
Đối với ATS mạch điều khiển hoạt động chuyển nguồn tương đối phức tạp. Khối
đo lường thực hiện việc theo dõi giám sát hoạt động lưới diện và máy phát ĐIEZEL cần
thực hiện cấp tín hiệu sự cố cho khối tiếp theo.
Mạch điều khiển cần phải đảm bảo rằng ATS hoạt động theo đúng giản đồ thời
gian trên (hình 4). Đối tượng điều khiển ở đây chính là các loại chuyển mạch đã nêu
trên ,do vậy mạch điều khiển cần phải cấp được tín hiệu cho các cơ cấu truyền động của
bộ chuyển mạch. Với chuyển mạch là công tắc tơ mạch điều khiển cần đưa điện vào cuộn
dây khi lưới có sự cố . Với chuyển mạch kiểu bập bênh cần cấp tín hiệu xung nối nguồn
cho nam châm điện một chiều….Trên (hình 3) ta thấy rằng mạch điều khiển của ATS
Đồ án học phần 2A Trang 22
GVHD: Lê Ngọc Tuân Đồ án: Thiết kế bộ tự động chuyển đổi nguồn ATS
gồm có hai khối SS và khối điều khiển, đối với ATS lưới-máy phát cũng có thêm bộ phận
khởi động máy DIEZEL. Các linh kiện của từng khối sẽ được giới thiệu trong phần sau.
Ngoài ra hiện nay công nghệ điện tử bán dẫn đang ngày càng phát triển mạnh và
tỏ rõ ưu việt của nó. Các mạch điều khiển được thiết kế từ các linh kiện điện tử bán dẫn
gọn nhẹ làm việc chính xác không quán tính. Ngày nay công nghệ kỹ thuật số ra đời
mang lại sức mạnh tiềm tàng cho ngành tự động các thiết bị tự động sử dụng kỹ thuật số

ngày càng nhiều. Những thiết bị có khả năng lập trình được như PLC, LOGO Cũng được
sử dụng trong mạch tự động. Đối với thiết bị chuyển nguồn tự động ta hoàn toàn có khả
năng dựng các linh kiện trên để phục vụ hoạt động của nó.
PHẦN B
Đồ án học phần 2A Trang 23
GVHD: Lê Ngọc Tuân Đồ án: Thiết kế bộ tự động chuyển đổi nguồn ATS
TÌM HIỂU PLC – LOGO
I. Giới thiệu bộ điều khiển Relay thông minh Logo
1. Giới thiệu chung :
Ngày nay yêu cầu về tự động hóa ngày càng cao. Vì thế cần có những thiết bị điện
mới để đáp ứng yêu cầu trên, đồng thời giảm thời gian lắp đặt cũng như hạn chế diện tích
đặt máy móc và nâng cao tính linh hoạt của hệ thống.
Bộ điều khiển relay thông minh Logo là loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt
các thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình, thay cho việc phải thể
hiện thuật toán đó bằng các mạch số. Như vậy với chương trình điều khiển trong mình,
Logo trở thành bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ dàng thay đổi thuật toán và đặc biệt dễ dàng
trao đổi thông tin với môi trường xung quanh (Với các module khác hoặc với máy tính).
2. Tính năng ưu việt của bộ điều khiển Logo
 Lập trình dễ dàng , ngôn ngữ lập trình dễ học.
 Có thể lập trình trực tiếp trên màn hình hoặc thực hiện trên máy tính rồi đổ
chương trình sang bộ Logo hoặc ngược lại.
 Có thể đổ chương trình qua lại giữa các bộ Logo với nhau.
 Tính tương thích cao với các thiết bị khác.
 Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như : máy tính , nối mạng.
 Khả năng mở rộng cao.
Chỉ tiêu so sánh Rơle Mạch số Máy tính Logo
Giá thành Khá thấp Thấp Cao Thấp
Kích thước vật lý Lớn Rất gọn Khá gọn Rất gọn
Tốc độ điều khiển Chậm Rất nhanh Khá nhanh Nhanh
Khả năng chống nhiễu Rất tốt Tốt khá Tốt Tốt

Lắp đặt
Mất thời gian
thiết kế và lắp đặt
Mất thời gian
thiết kế
Lập trình
phức tạp
Lập trình và lắp
đặt đơn giản
Khả năng điều khiển
các tác vụ phức tạp
Không Có Có Có
Thay đổi, nâng cấp Rất khó Khó Khá đơn giản Rất đơn giản
Công tác bảo trì Kém Kém Kém Tốt
Nguồn cấp 220V
3
Đồ án học phần 2A Trang 24
GVHD: Lê Ngọc Tuân Đồ án: Thiết kế bộ tự động chuyển đổi nguồn ATS
1
Khối ngõ vào
3
2
Màn hình hiển thị
3
Đồ án học phần 2A Trang 25
GVHD: Lê Ngọc Tuân Đồ án: Thiết kế bộ tự động chuyển đổi nguồn ATS