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.

LỜI NÓI ĐẦU

Như chúng ta đã biết, điện năng được truyền tải từ các nhà máy phát điện đến cácphụ tải thì cần phải qua các trạm biến áp Việc truyền tải điện từ lưới đến các hộ dùngđiện có thể xảy ra sự cố trên dường dây cung cấp như: Mất pha do đứt dây hoặc bị ngượcpha, 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 mưabão, 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 miềnnam Hiện tượng mất điện do các sự cố đó không thể xảy ra đối với các phụ tải đặc biệtyêu 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 dựphòng để khi xảy ra sự cố nguồn đang được sử dụng thì ta đưa nguồn dự phòng vào phụtải và cắt nguồn dự phòng ra khỏi lưới Nhưng để giảm thời gian mất điện của phụ tảitránh 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 lựcChương II: Thiết kế mạch điều khiểnXin chân thành cảm ơn!

Nhóm sinh viên thực hiện

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 thànhđúng 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 mônlàm cơ sở để thực hiện tốt đồ án môn học và tạo điều kiện thuận lợi cho nhóm em hoànthành 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 khithực 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 nênkhông thể tránh được những sai sót trong lúc thực hiện, chúng em kính mong quý thầy côchỉ dẫn, giúp đỡ để ngày càng hoàn thiện hơn kiến thức của mình và có thể tự tin bướcvào cuộc sống với vốn kiến thức đã có được

Xin chân thành cảm ơn!

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

TP.HCM, Ngày…….Tháng……Năm 2013

Giáo viên hướng dẫn

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

TP.HCM, Ngày…….Tháng……Năm 2013

Giáo viên phản biện

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

LỜI CẢM ƠN 2

PHẦN A: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ATS 8

I Yêu cầu sử dụng 8

1 Thiết bị cấp nguồn liên tục UPS 8

2 Thiết bị tự động chuyển nguồn ATS 10

2.1 Tổng quan về công dụng của hệ thống ATS 10

2.2 Các nhiệm vụ của ATS 11

2.3 Sơ đồ cấu trúc của hai loại ATS 12

II Phân loại hệ thống ATS 13

III Nguyên lý hoạt động của ATS 14

1 ATS lưới - lưới 14

2 ATS lưới - máy phát 15

3 Lưu đồ thuật toán bộ tự động chuyển nguồn ATS lưới- máy phát 17

IV Cấu tạo chung của ATS 19

1 Khối chuyển mạch 19

1.1 Chuyển mạch dùng hai công tắc tơ 20

1.2 Chuyển mạch dùng hai Áp tô mát (CB- Circuit Breaker) 20

1.3 Chuyển mạch kiểu bập bênh 21

2 Phần mạch điều khiển 23

PHẦN B: TÌM HIỂU PLC – LOGO 25

I Giới thiệu bộ điều khiển Relay thông minh Logo 25

1 Giới thiệu chung 25

2 Tính năng ưu việt của bộ điều khiển Logo 25

3 Cấu trúc phần cứng 26

4 Các khối chức năng chính 26

II Lập trình trực tiếp trên bộ Logo 27

III Lập trình trên chương trình ứng dụng LOGO! Soft Comfort của hãng Siemens 27

IV Cách nhận dạng LOGO 28

V Tổng quan về các version của họ LOGO 29

VI Khả năng mở rộng của LOGO 29

1 Đối với version LOGO! 12/24 RC/RCo và LOGO! 24/24o 29

2 Đối với version LOGO! 24 RC/RCo và LOGO! 230 RC/Rco 29

3 Cách đấu dây cho các sản phẩm họ LOGO! 29

3.1 LOGO! 230… 29

3.2 LOGO! AM 2 30

3.3 LOGO! AM 2 PT100 31

4 Kết nối ngõ ra 31

5 Kết nối vớimodul analog output LOGO! AM 2 AQ 32

VII Lập trình với LOGO 33

1 Các hàm trong LOGO 33

2 Các hàm cơ bản (BF) 34

3 Các hàm đặc biệt ( SF:special functions ) 35

VIII Một số ví dụ 36

1 Tưới cây trong nhà kính 36

2 Điều khiển băng tải 37

PHẦN C: ỨNG DỤNG THIẾT KẾ BỘ CHYỂN NGUỒN TỰ ĐỘNG ATS 40

CHƯƠNG I: TÍNH TOÁN CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC 40

I Giới Thiệu Các Phương Án Mạch Động Lực 40

II Tính Toán Lựa Chon Mạch Động Lực 42

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 44

I Khái Quát Chung Về Mạch Điều Khiển ATS 44

1 Sơ đồ khối của mạch điều khiển ATS 44

2 Chức năng nhiệm vụ của các khối 44

II Khối Đo Lường Và So Sánh Của ATS 45

III Thiết kế mạch điều khiển hoạt động của ATS: 47

1 Nhận xét 47

2 Phương án dùng LOGO 48

2.1 Giới thiệu đôi nétt về LOGO 48

2.2 Mạch điều khiển dùng LOGO 49

2.3 Mạch điều khiển 50

TÀI LIỆU THAM KHẢO 55

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 conngười 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 sốcho phép

Ngày nay trong công nghiệp cũng như trong sinh hoạt hằng ngày có các loại phụtải (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 nhưnguồn điện cấp cho các thiết bị cấp cứu trong các bệnh viện nếu mất điện trong một thờigian rất ngắn cũng có thể lấy đi mạng sống của rất nhiều bệnh nhân Hay nguồn điện cấpcho 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 đềukhông 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 kháchsạn 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 thiệthại Lúc đó ngoài nguồn chính là lưới điện ra các hộ tiêu thụ loại này cần xây dựng mộtnguồn dự phòng để đề phòng khi có sự cố với nguồn điện chính Tương ứng với nó cầnphải 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 lượngkhông 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 điệntoán… UPS được chế tạo với dãy công suất từ vài trăm W đến vài trăm KW, đáp ứngcho 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 accquithường không được lớn nên thời gian cấp nguồn của UPS thường là không được dài khiphụ tải mất điện lâu dài thì sau một thời gian làm việc nào đó để giải quyết nhiệm vụ cấpthiết , sau đó UPS dừng làm việc Hiện nay thường có 2 loại UPS là loại có chuyểnmạch và loại không chuyển mạch Sơ đồ khối của 2 loại UPS này như hình vẽ dưới : Lưới Lưới

áp ra chưa thật chuẩn vì thiếu bộ lọc, thời gian tác động chậm vì phải qua bộ chuyểnmạch vì vậy nó thường được chế tạo với cấp công suất đến cỡ kW Loại UPS không cóchuyển mạch (hình 1.b) điện lưới xoay chiều được bộ chỉnh lưu chuyển thành điện một

NL

chiều , vừa nạp cho AQ , vừa đưa đến bộ nghịch lưu và bộ lọc cấp cho phụ tải LoạiUPS này có cấu tạo phức tạp hơn nhưng có nhiều ưu điểm hơn loại trên Với sự tiến bộcủa kỹ thuật điện tử và điều khiển , loại UPS này được dùng rộng rãi trong các hệ cấpnguồn đòi hỏi chất lượng cao Cả hai loại UPS này đều có chung nhược điểm đó là thờigian hoạt động không dài và phụ thuộc rất nhiều vào dung lượng của bộ AQ Cần lưu ýrằng khối AQ đóng một vai trò đặc biệt quan trọng và nó là bộ phận dễ hỏng hóc do vậycông tác bảo vệ chăm sóc AQ là vô cùng quan trọng , phải được thực hiện thường xuyêntheo một chế độ nhất định Chính vì nhược điểm lớn này mà UPS không được sử dụngrộng rãi bằng thiết bị tự động chuyển nguồn ATS trong các hộ tiêu thụ đặc biệt nói trên.

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 cầnthiết cho sinh hoạt, cơ quan Nhà nước, đặc biệt là trong sản xuất công nghiệp.…Mộttrong các phương pháp thường sử dụng để đảm bảo tính năng nói trên (trong việc cungcấp 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 dùngmáy 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 bìnhthường trở lại: hệ thống ATS sẽ chuyển đổi phụ tải vận hành với lưới điện chính và sau

HỆ THỐNG ATS

PHỤ TẢI LOAD

hệ thống ATS) hoặc điều khiển bằng tay (nếu hệ thống ATS vận hành ở chế độ HANDYhay 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

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 điệnlưới 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 lướichính 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 mộtthời 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 dựphòng 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 loạiATS 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 cũngnhư chế tạo , hoạt động thì ATS lưới - máy phát có phức tạp hơn do có thêm bộ phậnkhởi 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 khốicủa 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 hoạtđộng lâu dài giống như lưới chính Còn đối với nguồn dự phòng là máy phát DIEZELviệc vận hành máy phát trong thời gian dài là không kinh tế, do vậy trong trường hợplưới điện mất lâu dài chỉ cho máy phát hoạt động trong một thời gian nhất định nào đó,

SS 1

MBA

Tới TảiTới Tải

HÌNH 3: SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HAI LOẠI ATS

khi đã giải quyết xong một nhiệm vụ quan trọng thì dừng máy Khi nguồn chính có điệntrở lại ổn định thì tác động trả tải lại cho nguồn chính Nên khi thiết kế ATS lưới- máyphát 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 phátđạt yêu cầu

 Khi có điện lưới trở lại , kiểm tra mức độ ổn định của lưới và chuyển tải trở vềlưới khi nguồn đã đủ thời gian ổn định Sau khi chuyển tải máy phát chạykhông tải trong một thời gian và tự động dừng lại khi điều kiện làm mát máybảo đảm

 Khi mất điện lưới lâu dài xét thấy vận hành máy phát không có lợi và nhu cầusản xuất không cấp bách ,lúc đó cho máy vận hành trong thời gian đủ giảiquyết vấn đề quan trọng thì cho máy dừng lại

2.3 Sơ đồ cấu trúc của hai loại ATS

ra tín hiệu cho khối điều khiển.

 ĐK: Khối điều khiển nhận tín hiệu từ đầu ra của bộ so sánh và tác động đếnkhối chuyển mạch

 CM: Khối chuyển mạch thực hiện việc đóng ngắt tải từ nguồn này sang nguồnkhác theo tác động của bộ điều khiển

 KĐ : khối này khởi động máy DIEZEL khi nhận được tín hiệu của bộ điềukhiển

 CB1, CB2 : hai áp tô mát (CB - Circuit Breaker) bảo vệ nguồn khi có sự cốquá tải hay ngắn mạch

Tóm lại :

 Hệ thống ATS hoạt động giống như một bộ đảo nguồn tự động cung cấp điệncho 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 chuẩncủa các nhà sản xuất) Các nhà sản xuất máy phát điện Diesel thường chế tạo hệ thốngATS đi kèm theo máy phát; tuy nhiên cũng có một số các công ty chuyên sản xuất khí cụđiện nổi tiếng trên thế giới chế tạo hệ thống ATS (dưới dạng module)

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 lựcđóng 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

 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 lướichính 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 phòngcho phụ tải

 ATS dạng chuyển đổi ba nguồn : hai nguồn điện lưới ( nguồn ưu tiên 1 vànguồn 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 hoạtđộng 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 trịđịnh mức tín hiệu sẽ được cấp cho khối điều khiển tác động đến khối chuyển mạchchuyển tải sang nguồn còn lại Khi lưới điện chính phục hồi trở lại ATS tiến hành kiểmtra chất lượng nguồn điện chính nếu đủ tiêu chuẩn cấp tín hiệu chuyển tải trở lại nguồnchính

 Sơ đồ thời gian hoạt động của nó như sau :

0-5 giây (3-30 ) phút

Chuyển Tải Đưa tải trở về lưới chính

Lưới chính phục hồi Mất lưới

Hình 4

 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 xửlý 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 tácđộng chuyển tải sang nguồn dự phòng

Khi tải đang làm việc với nguồn dự phòng mà lưới chính phục hồi trở lại ATS xửlý 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 đưatải trở lại lưới chính Và ATS tiếp tục theo dõi hoạt động của các nguồn điện bìnhthường

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 phòngcũng vô dụng Do vậy để bảo đảm việc chủ động cấp điện cho các phụ tải quan trọng cấpquốc gia như hội trường quốc hội, ngân hàng nhà nước, trung tâm điện toán, khu quân sựnếu mất điện có thể nguy hiểm đến an ninh quốc gia Ta thường xây dựng nguồn dựphòng là máy phát ĐIEZEL Tương ứng với nó ta có loại ATS lưới - máy phát Cấu trúccủa loại này được biểu diễn trên (Hình 3.b) Đối với ATS lưới - máy phát việc hoạt độngphức 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 thốngchiếu sáng không đủ sáng Lúc này ATS phải phát tín hiệu khởi động máy ĐIEZEL sau5s (để tránh dao động của lưới) Khi điện áp 3 pha mất đối xứng quá mức cho phép, quáđiện áp, không đúng thứ tự pha ATS cũng phát tín hiệu khởi động máy, trong trường hợpnày 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 ngượcthứ 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 DIEZELthành công điện áp ra của máy phát được thành lập Nếu chất lượng điện áp đảm bảo vàđạt đến khoảng 0.8 Uđm , thời gian trong khối ĐK sẽ tính thời gian khoảng 1- 25s rồi cấptín 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 ĐKtác động chuyển tải trở lại lưới

Sau khi chuyển tải cho lưới máy phát chạy không tải một khoảng thời gian làmmát tuỳ theo công suất , thời gian đã làm việc của máy phát và nhiệt độ của nó màkhoảng này có thể dài hay ngắn sau đó tự động dừng lại

 Quá trình hoạt động được cho trên giản đồ thời gian sau :

 Giải thích hoạt động của sơ đồ:

 Khi lưới có sự cố lúc đó ATS tạo khoảng trễ t1 khoảng thời gian từ khi có sự

cố đến khi khởi động DIEZEL t1 thường khoảng từ 1-5 giây để đảm bảo rằngnguồn sự cố thực sự không phải là sự cố thoáng qua

 Khi điện áp máy phát được thành lập và tăng dần đến Uf =0.8 Uđm lúc đó bộSS2 sẽ tính khoảng thời gian t2 (từ 1-25 giây) sau đó thực hiện việc cấp tínhiệu điều khiển cho bộ chuyển mạch chuyển tải sang nguồn dự phòng

Hình 5

Lưới phục hồiChuyển Tải

Mất lưới Lưới

Chuyển tải trở lạiMáy Phát

Đóng MFt4

t3 t2

Khởi động máy phát

t1

 Khi lưới điện phục hồi trở lại bộ định thời gian trong SS1 sẽ hoạt động tínhthời gian để đảm bảo chắc chắn rằng lưới đã hoạt động ổn định trở lại thờigian t3 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 đểlàm mát máy khoảng t4 trên hình vẽ t4 từ khoảng (3-10 p) tuỳ vào thời gianmáy đó vận hành và khả năng làm mát máy mà chọn t4 sau đó cho máy phátdừng lại

Khi khởi động máy phát DIEZEL cần chú ý bộ khởi động của nó cần phải đảmbảo các đặc điểm sau đây:

 Nếu khởi động lần 1 thành công nó lại trở về trạng thái ban đầu Nếu khởiđộng không thành công sau 3-4 giây cần cho máy nghỉ khoảng 10-20 giây vàkhởi 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 lậphoặc không đạt yêu cầu lúc đó máy phát chạy một thời gian ngắn rồi dừng lại

để đảm bảo an toàn cho máy

3 Lưu đồ thuật toán bộ tự động chuyển nguồn ATS lưới- máy phát

IV Cấu tạo chung của ATS

Một thiết bị tự động bất kì nào thông thường cũng có cấu tạo theo cấu trúc sơ đồkhối như sau :

 ĐL : Khối đo lường đảm nhận việc thu các tín hiệu đầu vào và biến đổi nóthành các đại lượng thuận lợi cho việc tác động tiếp sau Tín hiệu vào khối đolường 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 hồikhi chất lượng yêu cầu cao Ngoài các khối cơ bản trên một số thiết bị tự động còn cóthêm 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 mạchđiều 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 cótín 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 đóngngắt trực tiếp dòng điện tải Với ATS lưới-lưới khi ngắt mạch là ngắt không tải còn khiđóng 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 tacần phải dập tắt hồ quang trong trường hợp này

Do khối chuyển mạch luôn làm việc dưới điều kiện khắc nghiệt nên đòi hỏi khốichuyển mạch cần được chế tạo chịu được công suất lớn, tại khối chuyển mạch cần có bộphận dập hồ quang tốt Thời gian tác động càng nhanh càng tốt,việc tác động phải rứtkhoát với độ tin cậy cao , tiếp điểm chịu mài mòn và chịu va đập tốt , tiếp xúc luôn luônphải 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 ánsau 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 vớinhau cái này đóng thì cái kia ngắt Kiểu chuyển mạch này có cấu tạo gọn nhẹ hoạt độngcủa nó rất đơn giản Giống như công tắc tơ thông thường khi ta cấp điện vào cuộn dâycủa công tắc tơ cuộn dây này được quấn trên mạch từ tạo nên lực đóng tiếp điểm Côngtắc 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 trungtính 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 chuyểnmạch này chính là hoạt động đơn giản, kết cấu gọn nhẹ, dễ dàng điều khiển Hạn chế củakiểu chuyển mạch dùng công tắc tơ là tổn hao công suất và phải cấp điện để duy trì lựcđóng 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 , ngắnmạch, áp thấp… Đôi khi áp tô mát cũng sử dụng để đóng cắt không thường xuyên cácmạch điện ở chế độ bình thường Trong ATS không sử dụng các phần tử bảo vệ vì bảo vệquá 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 gạtnhư hình vẽ sau :

Tay Gạt Liên Động Cơ Khí

Hình 7

1.3 Chuyển mạch kiểu bập bênh

Chuyển mạch kiểu bập bênh giống như một cầu dao đảo chiều, với hai tiếp điểmtĩnh được nối với hai nguồn điện.Tiếp điểm động kiểu bập bênh nằm giữa hai tiếp điểmtĩnh và được gắn với trục truyền động và nó được nối với tải Trục truyền động được nốiqua 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 xungđiện được đưa vào cuộn dây nam châm điện tiếp điểm động tác động một lần đến xungtiếp theo tiếp điểm động chuyển mạch từ nguồn này sang nguồn khác Kết cấu chuyểnmạch 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 hạnđồng thời số lần thao tác không được lớn như công tắc tơ và áp tô mát do tiếp xúc giữatiếp điểm động và thanh dẫn ra tải là tiếp xúc động kiểu quay Cũng giống như áp tô mátchuyển mạch kiểu bập bênh không cần cuộn dây duy trì tiếp điểm Hiện nay tiếp điểmloại 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 điểmtĩnh được nối với hai nguồn điện Tiếp điểm động kiểu bập bênh nằm giữa hai tiếp điểmtĩnh và được gắn với trục truyền động và nó được nối với tải Trục truyền động được nốiqua 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 xungđiện được đưa vào cuộn dây nam châm điện tiếp điểm động tác động một lần đến xungtiếp theo tiếp điểm động chuyển mạch từ nguồn này sang nguồn khác Kết cấu chuyểnmạch 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 hạnđồng thời số lần thao tác không được lớn như công tắc tơ và áp tô mát do tiếp xúc giữatiếp điểm động và thanh dẫn ra tải là tiếp xúc động kiểu quay Cũng giống như áp tô mátchuyển mạch kiểu bập bênh không cần cuộn dây duy trì tiếp điểm Hiện nay tiếp điểmloại này thường được sử dụng rộng rãi và với mọi cấp công suất từ 400-4000A

 Ví dụ về chuyển mạch kiểu bập bênh :

Nhìn chung mỗi loại chuyển mạch đều có các ưu nhược điểm riêng tuỳ theo yêucầu của phụ tải mà ta lựa chọn cơ cấu chuyển mạch thích hợp với mục tiêu cao nhất đó làđảm bảo sự làm việc tin cậy , an toàn cơ cấu càng gọn nhẹ càng tốt Trên thực tế hiện naythường 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 đểchỉ huy việc thực hiện hoạt động đó Tuỳ theo công việc đơn giản hay phức tạp mà cácmạch điều khiển tương ứng cũng đơn giản hay phức tạp theo.Mạch điều khiển phải đảmbảo 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 khốiđiều khiển ngoài ra có hệ thống phản hồi và khuếch đại nếu yêu cầu chất lượng điềukhiển 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 cầnthực 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 thờigian trên (hình 4) Đối tượng điều khiển ở đây chính là các loại chuyển mạch đã nêutrên ,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

1: Đầu vào lưới2: Đầu ra phụ tải3: Đầu vào phía máy phát4: Tiếp điểm động kiểu bập bênh5: hai tiếp điểm tĩnh

dây khi lưới có sự cố Với chuyển mạch kiểu bập bênh cần cấp tín hiệu xung nối nguồncho nam châm điện một chiều….Trên (hình 3) ta thấy rằng mạch điều khiển của ATSgồm có hai khối SS và khối điều khiển, đối với ATS lưới-máy phát cũng có thêm bộ phậnkhởi 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 dẫngọn nhẹ làm việc chính xác không quán tính Ngày nay công nghệ kỹ thuật số ra đờimang lại sức mạnh tiềm tàng cho ngành tự động các thiết bị tự động sử dụng kỹ thuật sốngày 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 khảnăng dựng các linh kiện trên để phục vụ hoạt động của nó

PHẦN B 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 điệnmới để đáp ứng yêu cầu trên, đồng thời giảm thời gian lắp đặt cũng như hạn chế diện tíchđặt 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 hoạtcác thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình, thay cho việc phải thểhiện 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 dàngtrao 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 đổchương 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 điều khiển

II Lập trình trực tiếp trên bộ Logo

Bước 1: Cấp nguồn cho bộ Logo

Bước 2: Nhấn nút để hiển thị màn hình chính

Bước 3: Dùng phím mũi tên để lựa chọn Programming

Bước 4: Để bắt đầu viết chương trình nhấn phím và phím

mũi tên để lựa chọn khối chức năng ngõ vào phù hợp

Bước 5: Dùng phím di chuyển dấu nháy sang bên phải màn hình tiếp tục nhấn đồngthời và lựa chọn khối chức năng ngõ ra

Bước 6: Nhấn để chọn ngõ ra tiếp theo Và cứ tiếp tục cho đến khi hoàn thành

Bước 7: Sau khi hoàn thành trở lại màn hình chính bằng rồi dùng các phím dichuyển chọn Start Program để chạy chương trình

III Lập trình trên chương trình ứng dụng LOGO! Soft Comfort của hãng

Siemens

Tạo một chương trình mới với ngôn ngữ ladder

Mở chương trình LOGO! Soft Comfort