Bộ tủ ATS chuyển nguồn nguồn

Khoa: CNKT Điện – TĐH

Lớp: ĐH KTĐ – K5

g¹t liªn ®éng
c¬ khÝ
CHƯƠNG I: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ THIẾT BỊ TỰ Tay
ĐỘNG
CHUYỂN
NGUỒN ATS

1.1 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
§Çu nèi ®iÖn 3 pha
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 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 hoá….
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 tự động chuyển nguồn ATS (Automatic Transfer Switch ).
1.1.1 Thiết bị tự động chuyển nguồn ATS
1.1.1.1 Khái quát
Thiết bị tự động chuyển nguồn ATS ( Automatic Transfer Switch ) là thiết bị dùng
để tự động chuyển tải từ nguồn chính sang nguồn dự phòng khi nguồn chính bị sự cố.
Khái niệm nguồn bị sự cố bao gồm:
- Mất nguồn.
Đồ Án Tốt Nghiệp

1


Khoa: CNKT Điện – TĐH

Lớp: ĐH KTĐ – K5

- Mất pha.
- Ngược thứ tự pha.
- Không đối xứng 3 pha.
- Điện áp cao hoặc thấp hơn trị số cần thiết.
Nguồn dự phòng có thể là một nguồn lưới lấy từ đường dây khác hoặc là một máy
phát dự phòng. Tùy theo tính toán kinh tế, kỹ thuật của các hộ tiêu thụ mà sử dụng nguồn dự
phòng nào cho hợp lý. Khi nguồn dự phòng là lưới khác ta có ATS lưới – lưới ( ATS L – L )
nếu nguồn dự phòng là máy phát điện (thường là máy phát DIEZEL ) ta có ATS lưới – máy
phát (ATS L – MF )
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 còn 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.
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.
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 làm mát máy 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.

Đồ Án Tốt Nghiệp

2


Khoa: CNKT Điện – TĐH

Lớp: ĐH KTĐ – K5

1.1.1.2 Sơ đồ cấu trúc của hai loại ATS

MBA:

: Máy biến áp nguồn

AP1, AP2

: Áptômát 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 dó 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: Kkhối khởi động máy DIEZEL khi nhận được tín hiệu của bộ điều khiển.
+ AP1, AP2: hai áp tô mát bảo vệ nguồn khi có sự cố quá tải hay ngắn mạch.
1.1.1.3 Nguyên lý hoạt động của ATS
* ATS lưới - lưới :
Cấu trúc của loại ATS này được thể hiện trên Hình 2A
ATS lưới - lưới hoại 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 vượt qua giá trị đó nó cấp tín hiệu cho khối điều khiển tác động đến khối
Đồ Án Tốt Nghiệp

3


Khoa: CNKT Điện – TĐH

Lớp: ĐH KTĐ – K5

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.

Đồ Án Tốt Nghiệp

4


Khoa: CNKT Điện – TĐH

Lớp: ĐH KTĐ – K5

Sơ đồ thời gian hoạt động của nó như sau :

Mất lưới
Lưới chính phục hồi
Đưa tải trở về lưới chính

Chuyển tải
(3÷30 ) phút
(0 ÷5) giây

Hình 3 – Giản đồ thời gian ATS lưới-lưới

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 lí
nó 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 t1(0÷5s) để khẳng định lưới chính gặp sự cố
Đồ Án Tốt Nghiệp

5

Khoa: CNKT Điện – TĐH

Lớp: ĐH KTĐ – K5

thực sự không phải là sự cố thoáng qua. Sau đó tạo 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 trễ t2 ( 3÷30 phút), để đảm bảo rằng
nguồn chính đã ổn định có thể đưa vào vận hành. Sau đó ATS phát tín hiệu tác động đến
cơ cấu chuyển mạch, đưa tải trở lại lưới chính. Trong quá trình làm việc ATS thường
xuyên theo dõi hoạt động của các nguồn điện bình thường.
* ATS lưới - máy phát
Một trong những nhược điểm lớn nhất của ATS lưới - lưới là khi xảy ra sự cố của
hệ thống như hư hỏng trạm biến áp trung gian, hoặc mất điện áp nguồn lúc đó nguồn dự
phòng không còn tác 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 DIEZEL. Tương ứng với nó ta có loại ATS lưới - máy
phát. Cấu trúc của loại này được biểu diễn trên Hình 2B.
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% Uđm 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 DIEZEL 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.
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 Uđm bộ 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 phút. Sau đó cấp tín hiệu cho khối
ĐK tác động chuyển tải trở lại lưới.
Đồ Án Tốt Nghiệp

6


Khoa: CNKT Điện – TĐH

Lớp: ĐH KTĐ – K5

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 :

Đồ Án Tốt Nghiệp

7


Khoa: CNKT Điện – TĐH

Lớp: ĐH KTĐ – K5

Lưới phục hồi
Chuyển tải
Mất lưới
Lưới
Chuyển tải trở lại
Máy phát
Dừng MF
t4
t3
t2
Khởi động MF
t1

Hình 4 – Giản đồ thời gian ATS lưới-máy phát

Đồ Án Tốt Nghiệp

8


Khoa: CNKT Điện – TĐH

Lớp: ĐH KTĐ – K5

Giải thích hoạt động của sơ đồ:
+ Khi lưới có sự cố lúc đó ATS tạo trễ t1 (khoảng 5s) khoảng thời gian từ khi có sự cố
đến khi khởi động động cơ DIEZEN để đảm bảo rằng nguồn lưới có sự cố thực sự hay

chỉ là sự thoáng qua.
+ Khi điện áp máy phát đạt đến Uf = Uđm lúc đó bộ (SS2) sẽ tính khoảng thời gian t2
( 20÷25s), sau đó thực hiện việc cấp tín hiệu điều khiển cho bộ chuyển mạch chuyển tải
sang nguồn dự phòng. Khoảng thời gian này cần thiết cho việc sấy máy điện và đảm bảo
máy được bôi trơn.
+ Khi lưới điện phục hồi trở lại, bộ định thời gian trong SS1 sẽ hoạt động, tính thời
gian t3 ( 5-30 phút ) để đảm bảo chắc chắn rằng lưới đã phục hồi và ổn định trở lại. Sau
đó chuyển tải trở lại lưới.
+ Sau khi chuyển tải trở lại lưới, ta tính thời gian t4 ( khoảng 300s ) cho máy phát
chạy không tải để làm mát máy, sau thời gian t4 ATS cho lệnh máy phát dừng.
Khi khởi động máy phát DIEZEL cần chú ý bộ khởi động của nó cần phải đảm bảo
các dặc điểm sau đây:
Nếu khởi động lần 1 thành công nó lại trở về trạng thái bán 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.
Lưu đồ thuật toán bộ tự động chuyển nguồn ATS lưới- máy phát (trang bên ):

Đồ Án Tốt Nghiệp

9


Khoa: CNKT Điện – TĐH

Đồ Án Tốt Nghiệp

Lớp: ĐH KTĐ – K5

10


Khoa: CNKT Điện – TĐH

Lớp: ĐH KTĐ – K5

1.1.2.4 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.
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.
1.1.1.4.1 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

Đồ Án Tốt Nghiệp

11


Khoa: CNKT Điện – TĐH

Lớp: ĐH KTĐ – K5

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 lúc này.
Với loại ATS lưới - máy phát khi lưới bị sự cố lúc ngắt là ngắt không tải, khi đóng
vào nguồn máy phát là đóng điện có tải nên có phát sinh hồ quang. Khi lưới có điện trở
lại lúc chuyển tải trở lại lưới là ngắt có tải và đóng mang tải nên trong trường hợp này cả
đóng và ngắt đều phát sinh hồ quang.
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 súc 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 nguyên lý sau
đây :
+ Dùng công tắc tơ
+ Dùng áp tô mát

+ Dùng công tắc kiểu bập bênh
a. 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 hút 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 chung tính là chung giữa hai
nguồn. Với ATS lưới - máy phát thường dùng công tắc tơ 4 cực khi chuyển tải thì chuyển
cả chung tính. Hiện nay khối chuyển mạch này chỉ được chế tạo với dòng định mức đến
800A còn các 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 vì luôn phải cấp điện để
duy trì lực đóng tiếp điểm.
Sau đây là một số các tính chất của công tắc tơ:

Đồ Án Tốt Nghiệp

12


Khoa: CNKT Điện – TĐH

Lớp: ĐH KTĐ – K5

* Khả năng đóng cắt: Là giá trị dòng cho phép đi qua tiếp điểm chính khi đóng và ngắt I
Iđ = (6-10 Iđm )
Ing = (6-10 Iđm)
* Số lần đóng ngắt: công tắc tơ có tuổi thọ tương đối cao số lần đóng ngắt lớn tần số
thao tác cao vào khoảng 105-106 lần đóng ngắt.

* Công tắc tơ có hệ thống dập hồ quang tốt gọn nhẹ.
b. Chuyển mạch dùng hai áptômát
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 áptômát 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 áptômát nguồn tác động. Chuyển mạch kiểu áptômát gồm 2
áptômát nối liên động với nhau về mặt cơ khí và được đấu ngược nhau thông qua tay gạt
như hình vẽ sau :

Hình 5 – Chuyển mạch kiểu Aptomat

Khi chuyển mạch áptômát này đóng thì áptômát 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 áptômát.
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 :

Đồ Án Tốt Nghiệp

13


Khoa: CNKT Điện – TĐH

Lớp: ĐH KTĐ – K5

c. Chuyển mạch kiểu bập bênh
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
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 áptômát do tiếp xúc giữa tiếp
điểm động và thanh dẫn ra tải là tiếp xúc động kiểu quay. Cũng giống như áptômát
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
Sơ đồ kí hiệu :

Đồ Án Tốt Nghiệp

14


Khoa: CNKT Điện – TĐH

Lớp: ĐH KTĐ – K5
Tới tải

* Ví dụ về chuyển mạch kiểu bập bênh :

Hình 6 – Chuyển mạch kiểu bập bênh
1.1.1.4.2 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 có thêm khâu 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 DIEZEL cần
thực hiện cấp tín hiệu sự cố cho khối tiếp theo.

Đồ Án Tốt Nghiệp

15


Khoa: CNKT Điện – TĐH

Lớp: ĐH KTĐ – K5

Mạch điều khiển cần phải đảm bảo rằng ATS hoạt động theo đúng giản đồ thời
gian trên hình 3. 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 -4 ta thấy rằng mạch điều khiển của ATS gồm
có hai khối SS và khối điều khiển, đối với ATS lưới - máy phát còn 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
dùng các linh kiện trên để phục vụ hoạt động của nó.
1.2 Các phương án thiết kế mạch điều khiển
Mạch điều khiển có thể được thiết kế từ các phần tử đóng cắt điện từ như sử dụng
các rơ le, công tắc tơ… hoặc có thể được thiết kế từ mạch tích hợp dạng IC số và các linh
kiện bán dẫn, có các đầu ra là các rơ le điện cơ có các tín hiệu báo trạng thái. Đặc biệt
gần đây mạch điều khiển của ATS được thiết kế bằng các bộ điều khiển logic lập trình với
nhiều tính năng như PLC, LOGO Của Siemens, ZEN của Omron… hoặc sử dụng các
chip vi điều khiển như họ vi điều khiển 8051, AVR, IC số như IC CD4047…
Sau đây ta xem xét một số phương án thiết kế mạch điều khiển:
1.2.1 Phương án 1
Sử dụng các thiết bị đóng cắt điện từ như rơ le, công tắc tơ để thành lập mạch điều
khiển của ATS.
Ưu điểm của phương án này là hệ thống hoạt động ổn định với độ tin cậy cao dễ
vận hành cũng như sữa chữa thay thế, giá thành vừa phải.
Nhược điểm của hệ thống này là khả năng điều khiển không mềm dẻo, hệ thống
với nhiều rơ le công tắc tơ đóng cắt nên cồng kềnh, khi hoạt động cần phải có năng lượng
duy trì trong các cuộn dây của rơ le, công tắc tơ.
Sau đây xin giới thiệu một số mạch điện áp dụng cho phương án này:
Đồ Án Tốt Nghiệp

16


Khoa: CNKT Điện – TĐH

Lớp: ĐH KTĐ – K5

1.2.1.1 Mạch kiểm tra điện áp lưới và máy phát.
Ở mạch này ta sử dụng 3 rơ le điện áp thấp có các cuộn dây nối với 3 pha của lưới
điện. Các tiếp điểm của rơ le được nối nối tiếp với nhau và nối tới nguồn điện một chiều
để cấp tín hiệu cho mạch điều khiển. Khi mất điện, mất pha, điện áp thấp thì các tiếp
điểm của các rơ le đóng lại cấp tín hiệu cho mạch điều khiển.

Hình 7 - Mạch kiểm tra điện áp lưới dùng rơ le điện áp thấp.
1.2.1.2 Mạch kiểm tra điện áp máy phát điện
Ở đây ta sử dụng các rơ le điện áp cao để kiểm tra tín hiệu điện áp máy phát

Hình 8 - Mạch kiểm tra điện áp máy phát dùng rơ le điện áp cao.

Đồ Án Tốt Nghiệp

17


Khoa: CNKT Điện – TĐH

Lớp: ĐH KTĐ – K5

1.2.1.3 Sơ đồ tự động khởi động diezel khi mất điện áp lưới
Sơ đồ nguyên lý của mạch trình bày ở hình 9 bên dưới
+

_

K

CC
1RU<

2RU<

3RU<

2RG1

7RG1

5RG1

1RG

1RG1
4RU>

2RG

5RU>
5RG2

1RG2

2RG2

7RG2

1RT

1RG3

2RT

1RG4

2RG3

3RG1

4RG1

3RG
G1(KS)

4RG2

G2(KS)

ThiÕt bÞ sÊy

1RT1
4RG3

4RG
5RG3

7RG3

ST(KS)

D
=

2RT1

5RG

5RG4
2RG4

AC(KS)

§Õn r¬ le phô
RY

Hình 9 - Mạch tự khởi động diezel khi mất điện áp lưới

Đồ Án Tốt Nghiệp

18


Khoa: CNKT Điện – TĐH

Lớp: ĐH KTĐ – K5

Tóm tắt hoạt động của sơ đồ như sau:
Khi mất điện áp lưới thì 1RU<, 2RU<, 3RU< trở về đóng tiếp điểm 1RG khởi động đóng

tiếp điểm 1RG1, 1RG2, 1RG3, 1RG4 .
1RG1 :Tự giữ để đề phòng điện áp lưới chập chờn .
1RG2: Khởi động 1RT với thời gian t mở tiếp điểm thiết bị sấy ( thời gian t này tùy theo
máy ).
1RG3: Khởi động 2RT ngăn ngừa hỏng ắcquy, nếu sau một khoảng thời gian t’(do ta đặt )
diezel không khởi động được, sẽ dừng cho đến khi nhân viên sữa chữa đến kiểm tra.
1RG4 : đưa điện vào thiết bị sấy, sấy nóng diezel làm dễ dàng cho việc khởi động.
Sau thời gian t sấy dầu nêu trên rơ le thời gian cho tín hiệu mở thiết bị sấy đồng thời cho
tín hiệu khởi động diezel, sẽ xảy ra 2 trường hợp:
Trường hợp 1: nếu diezel khởi động thành công, điện áp máy phát điện được thành lập
(do có tự động điều chỉnh điện áp ). Rơ le điện áp cao 4RU>, 5RU> khởi động đóng tiếp
điểm. Dẫn đến 2RG có điện mở các tiếp điểm 1RG1, 2RG2, 2RG3 là các mạch khởi động
của diezel, các rơle này trở về vị trí chuẩn bị cho khởi động lần sau. Đồng thời 2RG đóng
tiếp điểm 2RG4 đưa điện áp nguồn đến rơ le phụ RY đảm bảo cho mạch bảo vệ diezel
sẵn sàng làm việc. Mặt khác khi diezel khởi động thành công máy phát điện 1 chiều
được nối với diezel sẽ phát điện nạp điện cho ắquy và cung cấp nguồn điện cho rơ le
khẩn cấp ER.
Trường hợp 2: Nếu diezel khởi động không thành công rơ le thời gian 2RT với thời gian
làm việc t + t’ sẽ đóng tiếp điểm, rơ le 5RT có điện đóng tiếp điểm 5RG4 để tự giữ và mở
các mạch khởi động của diezel bằng các tiếp điểm 5RG1, 5RG2 và 5RG3. Trong sơ đồ
còn có các tiếp điểm của rơ le trung gian 7RG1, 7RG2, 7RG3 cũng là những tiếp điểm
khóa mạch khởi động khi áp lực dầu giảm thấp và nhiệt độ nước làm mát quá cao. Trong
những trường hợp này dù có mất điện áp lưới trở lại, diezel sẽ không khởi động để bảo vệ
diezel khỏi hư hỏng. Nhân viên sữa chữa phải kiểm tra và tìm nguyên nhân hư hỏng, sữa
chữa xong bật khóa K về vị trí cắt để giải trừ tự giữ, sau đó muốn khởi động trở lại bật
khóa K về vị trí đóng.
1.2.1.4 Mạch dừng diezel khi có điện áp lưới trở lại
Sơ đồ nguyên lý của mạch được trình bày như ở hình 10.
Đồ Án Tốt Nghiệp

19


Khoa: CNKT Điện – TĐH

Lớp: ĐH KTĐ – K5

+

_

K
CC

1RU<

2RU<

3RU<

6RG

1CT3

6RG1
3RT1

3RT

8RG1

ER

SP
ER

Dõng Selenoit
9RG

Hình 10 - Mạch dừng diezel khi có điện áp lưới trở lại

Sự làm việc của sơ đồ như sau: Mạch sử dụng tiếp điểm thường mở của rơ le điện áp thấp
1RU<, 2RU<, 3RU<. Khi điện áp lưới có trở lại, rơ le điện áp thấp đóng tiếp điểm 6RG,
có điện đóng 6RG1 rơ le thời gian 3RT khởi động tính thời gian,hết thời gian chỉnh định
khoảng 3 phút khép tiếp điểm 3RT1, 8RG có điện đóng 8RG1 cho tín hiệu đến rơle khẩn
cấp ER dừng diezel. Mặt khác ER cũng cho tín hiệu đến. Trước đó 8RG đồng thời mở
tiếp điểm 8RG2 tắt công tắc tơ điện áp máy phát 2CT. Rơ le 9RG đóng tiếp điểm 9RG1
đóng công tắc tơ điện áp lưới 1CT. Thời điểm này hộ tiêu thụ sử dụng điện áp lưới. Nếu
lại mất điện áp lưới quá trình lại lặp lại.
Thời gian làm việc 3 phút của rơle thời gian 3RT tránh diezel khởi động lặp đi, lặp lại
nhiều lần khi điện áp lưới có tín hiệu chập chờ
Đồ Án Tốt Nghiệp

20


Khoa: CNKT Điện – TĐH

Lớp: ĐH KTĐ – K5

1.2.1.5 Mạch dừng diezel khi áp lực dầu bôi trơn giảm thấp và nhiệt độ nước làm
mát quá cao.
Sơ đồ nguyên lý của mạch trình bày như ở hình 11.
Khi xảy ra áp lực dầu bôi trơn giảm thấp dưới giá trị cho phép hoặc nhiệt độ nước làm
mát quá cao. Trong máy có sẵn thiết bị bảo vệ này nên chỉ cần đặt thêm rơle tự giữ 7RG,
nếu xảy ra hiện tượng trên rơ le phụ RY đóng tiếp điểm 7RG có điện đóng 7RG 4 để tự
giữ đồng thời đồng thời mở các tiếp điểm 7RG1, 7RG2, 7RG3 ( sơ đồ mạch tự khởi động
diezel ) là các mạch khởi động diezel .Chỉ cho phép các diezel khởi động trở lại khi nhân
viên sữa chữa đã khắc phục được các hư hỏng.

K
7RG
RY

7RG4

Hình 11 - Mạch dừng diezel khi áp lực dầu bôi trơn giảm thấp và áp lực nước làm mát
quá cao.
~
+
_
~
1.2.1.6 Mạch
K đóng và cắt công tắc tơ điện áp máy phát
Sơ đồ nguyên lý của mạch được trình bày như ở hình 12.

CC
2RG4

4RT

2CT3

4RT1
10RG
2C

Đồ Án Tốt Nghiệp

2D

2CT2

21

1CT1

9RG3

10RG1
2CD


Khoa: CNKT Điện – TĐH

Lớp: ĐH KTĐ – K5

Hình 12 - Mạch đóng cắt công tắc tơ điện áp máy phát
Sự làm việc của sơ đồ như sau :
Khi mất điện áp lưới công tắc tơ 1 CT tự cắt ra, tiếp điểm thường kín 1CT1 đóng lại

chuẩn bị cho mạch đóng công tắc tơ 2CT. Sau đó diezel khởi động và điện áp máy phát
được thành lập, các rơ le điện áp cao 4RU >, 5RU > khép tiếp điểm dẫn đến 2RG có điện
( xem mạch khởi động máy phát ) đóng tiếp điểm 2RG4, 4RT khởi động sau 10s 4RT
khép tiếp điểm 4RT1 ( 10s đảm bảo cho máy phát giữ điện áp cố định ) rơ le 10 RG có
điện đóng tiếp điểm 10RG 1, cuộn 2CD có điện đóng công tắc tơ 2CT, đồng thời mỏ tiếp
điểm phụ 2CT3 làm cho 4RT, 10RG mất điện trở về, mở 10RG1 nhưng trước đó 2CT2 đã
đóng để tự giữ, do vậy công tắc tơ 2CT vẫn được đóng và hộ tiêu thụ vẫn được cấp điện.
Tiếp điểm 1CT1 là tiếp điểm liên động, khi đóng 1CT thì không thể đóng 2CT và ngược
lại .
Nút 2Đ đóng công tắc tơ , nút 2C cắt công tắc tơ bằng tay.
Tiếp điểm thường kín 9RG3 mắc nối tiếp với mạch đóng 2CT, mục đích tăng thêm độ tin
cậy. Khi đóng 1CT phải đồng thời mở mạch 2CT.
1.2.1.7 Mạch đóng và cắt công tắc tơ điện áp lưới.
~

1C

1D

1CT2

2CT1

10RG2

9RG1
1CD

Hình 13 - Mạch đóng cắt công tắc tơ điện áp lưới
Đồ Án Tốt Nghiệp

22


Khoa: CNKT Điện – TĐH

Lớp: ĐH KTĐ – K5

Sự làm việc của sơ đồ như sau:
Khi điện áp lưới có trở lại (xem ở mạch dừng diezel khi có điện áp lưới trở lại ) rơ le
9RG khởi động mở tiếp điểm 9RG2, công tắc tơ 2CT mất điện, mở 2CT ra, tiếp điểm phụ
thường kín 2CT1 đóng lại sẵn sàng cho mạch đóng 1CT. Đồng thời rơle 9RG đóng tiếp
điểm 9RG1 cuộn đóng 1CĐ có điện đóng công tắc tơ 1CT, hộ tiêu thụ được cấp điện áp
từ lưới. Nút 1Đ đóng 1CT và 1C cắt 1CT bằng tay.
1.2.2 Phương án 2
Phương án này sử dụng các linh kiện điện tử rời để thành lập mạch điều khiển của ATS.
Đó là các mạch tích hợp dạng IC số và các linh kiện bán dẫn với các đầu ra là rơ le điện
cơ, có tín hiệu báo trạng thái.
Ưu điểm của phương án này là tính ổn định khá cao, chống nhiễu cao, tiêu thụ công suất
thấp, cung cấp khả năng điều khiển mềm dẻo hơn so với phương án 1, thiết bị được công
nghiệp hóa nên gọn nhẹ, đảm bảo mỹ quan, giá thành khá rẻ vì các IC số dạng này có giá
thành không cao. Tuy nhiên nhược điểm của nó là không phổ cập với thợ vận hành. Khó
phát hiện hỏng hóc gây khó khăn cho sữa chữa và thay thế.
Sau đây em xin giới thiệu một số mạch điện tử ứng dụng cho hệ thống ATS.
1.2.2.1 Bo mạch ATS 3 Pha - V2.1.3
Mạch tự động chuyển nguồn ATS
Các tính năng hiển thị và điều chỉnh được tập trung để dễ dàng sử dụng.
Có kiểm tra thấp áp, mất pha.
Chỉnh được thời gian chờ điện lưới tốt trở lại.
Chỉnh được thời gian trễ đóng điện lưới cho tải.

Chỉnh được thời gian trễ đóng điện máy phát cho tải.
Chỉnh được thời gian chạy không tải làm mát máy phát.
Chỉnh được mức báo thấp áp.
Tích hợp chuyển mạch để chọn chế độ MAIN – AUTO - GEN.
Truyền tín hiệu khởi động máy phát nếu mất điện.
Các quá trình được khóa chéo liên động, tránh xung đột.
Đồ Án Tốt Nghiệp

23


Khoa: CNKT Điện – TĐH

Lớp: ĐH KTĐ – K5

Kích thước : 14 x15 x 3,5 cm.

Hình 14 - Bo mạch bộ chuyển đổi nguồn tự động ATS

Đồ Án Tốt Nghiệp

24


Khoa: CNKT Điện – TĐH

Lớp: ĐH KTĐ – K5

Hình 15- Vỏ của bo mạch ATS được thiết kế chắc chắn
Sơ đồ lắp đặt tham khảo với MC – Contactor (ngoài ra có thể dùng với 2 ACB , hoặc bộ

cầu dao chuyển mạch ATS).

Đồ Án Tốt Nghiệp

25