Thiết kế bộ tự động chuyển nguồn ats

yêu cầu sử dụng

Trong quá trình vận hành và sử dụng lới 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 ngời Do vậy cần phải hạn chế mức thấp nhất thiệt hại của sự cố gây ra Khái niệm sự cố ở đây có thể đợc hiểu bao gồm : Mất điện, mất pha, lệch pha, cao áp , thấp áp quá trị số cho phép

Ngày nay trong công nghiệp cũng nh trong sinh hoạt hằng ngày có các loại phụ tải (hộ tiêu thụ) không đợc 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 ngời và của cho chúng ta Ví dụ nh 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 đợc, các công trình quan trọng cấp quốc gia nh Hội trờng quốc hội, Nhà khách chính phủ,Ngân hàng nhà nớc,Đại sứ quán các nớc,khu quân sự, sân bay, hải cảng… Một số công trình trong lĩnh vực thơng mại dịch vụ ,du lịch nh các khách sạn cấp cao, khu trung tâm thơng mại, các siệu thị hàng hoá… Đối với tất cả các hộ tiêu thụ đặc biệt này cần phải đợc cấp điện một cách liên tục để tránh gây ra các thiệt hại Lúc đó ngoài nguồn chính là lới 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 Tơng 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 đợc 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 lới điện chính có chất lợng không đạt yêu cầu Thiết bị cấp nguồn liên tục chỉ dùng cho các phụ tải đặc biệt quan trọngcần nguồn liên tục nh thiết bị cấp cứu ngành y tế, máy tính cá nhân trung tâm điện toán… UPS đợc chế tạo với dãy công suất từ vài trăm W đến vài trăm ngàn W, đáp ứng cho các loại phụ tải khác nhau Công suất của UPS phụ thuộc vào nguồn dự phòng (thờng là accqui ) và công suất của các bộ biến đổi Dung lợng của nguồn accqui thờng không đợc lớn nên thời gian cấp nguồn của

CL NL lọc Tải Đồ án tốt nghiệp   Thiết kế bộ tự động chuyển nguồn ATS

UPS thờng là không đợc 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 thờng có 2 loại UPS dố là loai có chuyển mạch và loại không chuyển mạch.

Sơ đồ khối của 2 loại UPS này nh hình vẽ dới :

AQ AQ a , Loại có chuyển mạch b Loại không chuyển mạch

Lọc: Khối lọc thành phần sóng bậc cao

Loại UPS có chuyển mạch(hình I_1 a) Khối AQ đợc nạp qua chỉnh lu và ở trạng thái chờ vì lúc này chuyển mạch đang nối với lới Khi mất lới (sự cố) chuyển mạch tự động chuyển tải về phía AQ Điện một chiều từ AQ qua bộ nghịch lu 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 thờng 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 cha thật chuẩn vì thiếu bộ lọc, thời gian tác động chậm vì phải qua bộ chuyển mạch vì vậy nó thờng đợc chế tạo với cấp công suất đến cỡ ngàn W.

Loại UPS không có chuyển mạch (Hình I_1 b) điện lới xoay chiều đợc bộ chỉnh lu chuyển thành điện một chiều , vừa nạp cho AQ , vừa đa đến bộ nghịch lu và bộ lọc cấp cho phụ tải Loại UPS này có cấu tạo phức tạp hơn nhng có nhiều u điểm hơn loại trên Với sự tiến bộ của kỹ thuật điện tử và điều khiển , loại UPS này đợc dùng rộng rãi trong các hệ cấp nguồn đòi hỏi chất lợng cao.Cả hai loại UPS này đều có chung nhợc điểm đó là thời gian hoạt động không dài và phụ thuộc rất nhiều vào dung lợng của bộ AQ

Cần lu 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 ,

Sinh viên : Ngô Phú Phong TBĐ-ĐT2-K44-ĐHBKHN phải đợc thực hiện thờng xuyên theo một chế độ nhất định Chính vì nhợc điểm lớn này mà UPS không đợc sử dụng rộng 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

Là thiết bị dùng để tự động chuyển tải sang nguồn dự phòng khi nguồn chính bị sự cố Khái niệm sự cố thông qua các biểu hiện sau.

- Điện áp cao hoặc thấp hơn trị số cho phép.

Nguồn dự phòng ở đây có thể là một đờng 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 dung nguồn dự phòng cho hợp lý Tơng ứng với các nguồn dự phòng ta có hai loại ATS Khi nguồn dự phòng là lới ta có ATS lới- lới, nếu nguồn dự phòng là máy phát ta có ATS lới-máy phát

Nhìn chung hai loại ATS này cơ bản là giống nhau , tuy nhiên trong thiết kế cũng nh chế tạo , hoạt động thì ATS lới- 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 thờng xuyên xảy ra Do đó yêu cầu đối với loại ATS này cao hơn Cấu trúc khối của hai loại ATS đợc thể hiện ở ( hình I_2)

Với nguồn dự phòng là một lới điện khác lúc đó nguồn dự phòng có thể hoạy động lâu dài giống nh lới chính Còn đôi với nguồn dự phòng là máy phát DIEZEL việc vận hành máy phát trong thời gian dài là không kinh tế,do vậy trong trờng hợp lới 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 lới- máy phát cần phải đảm bảo thực hiện đợc các yêu cầu sau:

- Khi lới 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 lợng điện ở đầu ra của máy phát đạt yêu cầu.

- Khi có điện lới trở lại , kiểm tra mức độ ổn định của lới và chuyển tải trở về lới khi nguồn đã đủ thời gian ổn định Sau khi chuyển tải máy phát

Hình I – 2 Sơ đồ khối của ATS Đồ án tốt nghiệp   Thiết kế bộ tự động chuyển nguồn ATS 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 lới 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.

2.1 Sơ đồ cấu trúc của hai loại ATS

MBA : máy biến áp nguồn

SS1, SS2 : Các bộ so sánh §K : khèi ®iÒu khiÓn

KĐ : Khối khởi động máy DIEZEL ĐZ : máy DIEZEL

Sinh viên : Ngô Phú Phong TBĐ-ĐT2-K44-ĐHBKHN

Mất l ới L ới chính phục hồi Đ a tải trở về l ới chính Chuyển tải

+ 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 tri ngỡng đặt trớc và đa ra tín hiêu cho khối điều khiển.

+ ĐK :Khối điều khiển nhận tín hiệu từ đầu ra của bộ so sánh và tác động dến 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.

Cấu tạo chung của ats

Một thiết bị tự động bất kì nào thông thờng cũng có cấu tạo theo cấu trúc sơ đồ khối nh sau :

+ ĐL : Khối đo lờng đảm nhận việc thu các tín hiệu đầu vào và biến đổi nó thành các đại lợng thuận lợi cho việc tác động tiếp sau Tín hiệu vào khối đo lờng thờng là liên tục còn tín hiệu ra là các đại lơng rời rạc.

+ ĐK : Khối điều khiển nhận tín hiệu từ đầu ra khối ĐL xử lí tín hiệu này và đa ra lệnh tác động đến cơ cấu chấp hành.

+ CH : Khối chấp hành thực hiện việc tác động theo lệnh của cơ cấu điều khiÓn.

Ngoài các khối cơ bản trên một số thiết bị tự động còn có thêm cơ cấu phản hồi khi chất lợng yêu cầu cao. Đối với thiết bị tự động chuyển nguồn ATS lới- máy phát cũng đợc 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 lờng và bộ phận điều khiển đối tợng chấp hành Cơ cấu chấp hành chính là các cơ cấu 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 ngời vận hành (thao tác bằng tay ) Khối chuyển mạch là phần mạch động lực đợc nối trực tiếp với tải và nó có thể đống ngắt trực tiếp dòng điện tải.Với ATS lới-lới khi ngắt mạch là ngắt không tải còn khi đống 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 lúc này.

Với loại ATS lới- máy phát khi lới 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 lới có điện trở lại lúc chuyển tải trở lại lới là ngắt có tải và đóng mang tải nên trong trờng hợp này cả đóng và ngắt đều phát sinh hồ quang.

Do khối chuyển mạch luôn làm việc dới điều kiện khắc nghiệt nên đòi hỏi khối chuyển mạch cần đợc chế tạo chịu đợc công suất lớn ,tại khối chuyển mạch cần có bộ phận dập hồ quang tốt Thời gian tác động càng nhanh càng tốt,việc

Sinh viên : Ngô Phú Phong TBĐ-ĐT2-K44-ĐHBKHN 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 thờng đợc thực hiện theo 3 nguyên lý sau đây :

+ Dùng công tắc kiểu bập bênh.

1.1 Chuyển mạch dùng hai công tắc tơ

Hai công tắc tơ đợc nối vào hai nguồn điện và chúng đợc 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 nh công tắc tơ thông thờng khi ta cấp điên vào cuộn dây của công tắc tơ cuộn dây này đợc 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 lới- lới ta dùng loại công tắc tơ 3 cực vì chung tính là chung giữa hai nguồn Với ATS lới máy phát thờng dùng công tắc tơ 4 cực khi chuyển tải thì chuyển cả chung tính Hiện nay khối chuyển mạch này chỉ đợc 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 ủa công tắc tơ:

* Khả năng đóng cắt : Là giá trị dòng cho phép đi qua tiếp điểm chính khi đóng và ngắt.

* Số lần đóng ngắt: công tắc tơ có tuổi thọ tơng đối cao số lần đóng ngắt lớn tần số thao tác cao vào khoảng 10 5 -10 6 lần đóng ngắt

* Công tắc tơ có hệ thống dập hồ quang tốt gọn nhẹ.

Tay gạt liên động cơ khí Đầu nối điện 3 pha Đồ án tốt nghiệp   Thiết kế bộ tự động chuyển nguồn ATS

1.2 Chuyển mạch dùng hai áp tô mát 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 dụngđể đóng cắt không thờng xuyên các mạch điện ở chế độ bình thờng 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 đ- ợc đấu ngợc nhau thông qua tay gạt nh hình vẽ sau :

Khi chuyển mạch áp tô mát này đóng thì áp tô mát còn lại mở Để tác động vào bộ chuyển mạch trong trờng 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 dộng 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 Loai này hiện nay chế tạo đến khoảng 1600A

1.3 Chuyển mạch kiểu bập bênh

Chuyển mạch kiểu bập bênh giống nh một cầu giao đảo chiều, với hai tiếp điểm tĩnh đợc nối với hai nguồn điện.Tiếp điểm động kiểu bập bênh nằm giữa hai tiếp điểm tĩnh và đợc gắn với trục truyền động và nó đợc nối với tải Trục truyền động đợc nối qua hhệ thống cam cơ khí, cơ cấu truyền động ở đây là một nam châm điện thông thờng là nam châm điên một chiều có công suất lớn và làm việc ở chế độ xung Mỗi khi xung điện đợc đa vào cuộn dây nam châm điện tiếp điểm động tác độngmột 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 Nhợc 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 đợc lớn nh 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 nh áp tô mát chuyển mạch kiểu bập bênh không cần cuộn dây duy trì tiếp điểm Hiện nay tiếp điểm loại này thờng đợc sử dụng rộng rãi và với mọi cấp công suất từ 400-4000A Sơ đồ kí hiệu :

1 8 Đồ án tốt nghiệp   Thiết kế bộ tự động chuyển nguồn ATS

* Ví dụ về chuyển mạch kiểu bập bênh :

1 Đầu vào lới, 2 Đầu ra phụ tải, 3 Đầu vào phía máy phát, 4 Tiếp điểm động kiểu bập bênh, 5 Hai tiếp điểm tĩnh.

Nhìn chung mỗi loại chuyển mạch đều có các u nhợc 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 thờng dùng kiểu chuyển mạch bập bênh.

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 tơng ứng cũng đơn giản hay phức tạp theo.Mạch điều khiển phải đảm bảo thực hiện chính xác công việc đã định trớc, nó đợc xây dựng từ các linh kiện thiết bị tự động nh rơle , các mạch điện tử hay tích hợp IC số

Một mạch điều khiển thông thờng bao gồm các khối : Đo lờng so sánh và khối điều khiển ngoài ra có hệ có thêm khâu phản hồi và khuếch đại nếu yêu cầu chất lợng điều khiển cao. Đối với ATS mạch điều khiển hoạt động chuyển nguồn tơng đối phức tạp. Khối đo lờng thực hiện việc theo dõi giám sát hoạt động lới diện và máy phát ĐIEZEL cần thực hiện cấp tín hiệu sự cố cho khối tiếp theo

Giới thiệu các phơng án mạch động lực

Trớc khi tiến hành lựa chọn mạch động lực cho ATS ta xem xét u nhợc điểm các cơ cấu chuyển mạch đã nêu ra trong chơng 1.

1 Phơng án dùng 2 công tắc tơ

AL 1C 1D CTL CTF1 RF2 CD1 N

RL1 Đồ án tốt nghiệp   Thiết kế bộ tự động chuyển nguồn ATS

* Sơ đồ mạch điều khiển tự động việc đóng ngắt chuyển nguồn :

* Nguyên lí hoạt động của sơ đồ :

Trớc tiên ta giả sử rằng RF là rơle trung gian nhận tín hiệu từ khối điều khiển của ATS tác động chuyển tải từ lới sang máy phát RL là rơle trung gian thực hiện việc chuyển tải từ máy phát về lới.

+ khi lới hoạt động bình thờng CTTL đang đóng và CĐ1 có điện , tiếp điểm thờng đóng của nó mở ra nên CTTL1 mở ra.

+ Khi lới gặp sự cố ATS gửi tín hiệu chuyển tải đến máy phát, lúc đó RF có điện và các tiếp điểm RF1 đóng lại, RF2 mở ra Khi RF2 mở ra ngắt điện CĐ1 mở CTTL đồng thời tiếp điểm CTTL1 đóng lại cấp điện cho CĐ2 chuyển tải cho máy phát.

+ Khi có lới chính trở lại,hay máy phát gặp sự cố và có tín hiệu điều khiển chuyển tải trở lại lới khi đó RL đợc cấp điện đóng tiếp điểm RL1 ,mở tiếp điểm

RL2 làm cho CĐ2 mất điện ngắt tải khỏi máy phát, đồng thời tiếp điểm CTTF1 đóng lại cấp điện cho CĐ1 đóng tải vào lới.

Trong trờng hợp này nguồn để cấp cho CĐ1 là điện áp pha 220V xoay chiều lấy từ lới điện và nguồn cấp cho CĐ2 là điện áp pha 220 V xoay chiều lấy từ đầu ra của máy phát Nh vậy khi một trong 2 nguồn bị sự cố thì cuộn dây ccông tắc tơ nối với nguồn đó có thể không có điện hoặc không đảm bảo đợc lực hút đóng tiếp điểm nên nó tự động nhả tiếp điểm ngắt nguồn sự cố ra khỏi phụ tải nh vậy mạch động lực đã đợc khoá liên động hai lần.

- Ưu điểm của mạch lực dùng 2 công tắc tơ :

+ Sơ đồ điều khiển hoạt động đơn giản, thiết bị thông dụng dễ tìm, dễ thay thế sửa chữa.

+ Công tắc tơ có tuổi thọ cao cả về điện và cơ khí , tần số đóng cắt là rất lín.

- Nhợc điểm của mạch lực dùng hai công tắc tơ :

+ Nhợc điểm lớn nhất của phơng án này chính là vấn đề tổn hao công suất lớn do luôn phải cấp điện cho các CĐ để duy trì lực hút đóng tiếp điểm Cuộn dây công tắc tơ luôn đợc ngâm trong lới điện dài hạn nên việc già hoá và h hỏng cách điện là không thể tránh khỏi, làm giảm đọ tin cậy khi làm việc.

+ Nhợc điểm tiếp theo là khi nguồn cấp dao động làm cho lực hút tiếp điểm cũng dao động theo gây ra hiện tợng rung và tiếp xúc không tốt điện trở tiếp xúc tăng lên có thể làm hàn dính tiếp điểm không thể cắt mạch khi có sự cố cần chuyển mạch gây nguy hiểm cho phụ tải.

Với các nhợc điểm nh trên nên hiện nay phơng án này không đợc sử dụng nhiều thờng dùng cho các phụ tải công suất nhỏ

2 Phơng án dùng 2 áp tô mát hai ngả truyền động đóng cắt bằng động cơ 1 pha

N Đồ án tốt nghiệp   Thiết kế bộ tự động chuyển nguồn ATS

 Sơ đồ mạch điều khiển hoạt động :

* Giải thích hoạt động của sơ đồ :

Kênh điều khiển động cơ

Khi lới chính đang hoạt động gặp phải sự cố thì khối ĐK trong ATS cấp tín hiệu cho rơle trung gian RF đóng các tiếp điểm thờng mở RF1, RF2, RF3, đa điện vào động cơ chấp hành một pha có tụ làm việc Động cơ quay theo chiều ngợc làm cho trục vít chuyển động sang phải kéo theo tay gạt liên động nối hai áp tô mát làm đóng áp tô mát phía máy phát đa tải vào máy phát Khi trục vít đi đến hết hành trình đóng thì tiếp điểm hạn chế hành trình LSB mở ra ngắt điện vào động cơ lúc này tiếp điểm đã dợc chốt lại.Đồng thời tiếp điểm phụ BL đóng lại cấp điện cho đèn xanh báo tải đã đóng vào máy phát.

Khi tải đang làm việc với máy phát có lới chính phục hồi và có tín hiệu chuyển tải về lới Rơle RL đợc cấp điện đóng các tiếp điểm thờng mở của nó là RL1, RL2, RL3, cấp điện cho động cơ chấp hành quay thuận chiều Khi động cơ quay thuận cơ cấu trục vít chuyển động sang trái đóng áp tô mát phía lới và mở áp tô mát phía máy phát Khi trục vít đi hết hành trình thi công tắc hành trình LSA mở ra ngắt nguồn vào động cơ, đồng thời tiếp điểm phụ AL đóng đèn xanh sáng báo tải đang làm việc với lới.

* Ưu điểm của phơng án :

- Công suất cấp cho động cơ khi đóng ngắt là không lớn.

- Động cơ làm việc trong thời gian ngắn nên ít xảy ra cháy hỏng động cơ.

- Nhờ cơ cấu bánh răng trục vít nên tiếp điểm đợc chốt lại khi trục vít đi hết hành trình Lúc này động cơ đợc ngắt điện và lực ép tiếp điểm không còn phụ thuộc vào nguồn nuôi động cơ nữa,

- Hai áp tô mát nối nhau liên động về mặt cơ khí khá vững chắc.

* Nhợc điểm của phơng án :

- Thời gian tác động của cơ cấu là tơng đối chậm do phải trải qua hệ truyền động cơ khí phức tạp.

- Tuổi thọ của thiết bị phụ thuộc nhiều vào cơ cấu bán răng trục vít,khả năng gặp trục trặc về mặt cơ khí là khá cao.

- Kết cấu hệ truyền động phức tạp.

- Tần số đóng ngắt không cao nh dùng công tắc tơ,tuổi thọ không cao

3 Phơng án dùng tiếp điểm kiểu bập bênh

Tiếp điểm kiểu này hiện đang đợc Hàn Quốc và Mỹ sản suất dùng cho các loại thiết bị chấp hành chuyển nguồn tự động.Tiếp điểm kiểu bập bênh có hai loại đó là: Đóng cắt bằng 2 cuộn dây nam châm, Đóng cắt bằng 1 cuộn dây nam ch©m.

A Loại đóng cắt bằng hai cuộn dây nam châm :

H×nh II-5 Đồ án tốt nghiệp   Thiết kế bộ tự động chuyển nguồn ATS

* Nguyên lý hoạt động của sơ đồ :

Khi có tín hiệu chuyển tải từ lới cho máy phát rơle trung gian RF có điện đóng tiếp điểm RFa mở tiếp điểm RFb Cuộn dây nam châm C1 đợc cấp điện thông qua bộ chỉnh lu 1 Cuộn dây này hút phần ứng của nó và tác động chuyển tải từ lới sang máy phát,đồng thời đóng tiếp điểm phụ AL đèn A sáng và mở tiếp điểm phụ BL đèn B tắt Khi tiếp điểm động đi hết hành trình nó đợc chốt lại và lúc này tiếp điểm hành trình Xa ngắt điện vào nam châm.

Nếu tải đang đóng ở máy phát mà có tín hiệu chuyển tải trở lại lới thì cuộn dây rơle RL có điện đóng tiếp điểm RLa và mở tiếp điểm RLb Cuộn dây nam châm C2 có điện thông qua bộ chỉnh lu cầu 1 pha Cuộn dây nam châm có điện tác động chuyển tải sang nguồn lới , ngắt nguồn máy phát Tiếp điểm phụ AL mở đèn A tắt , tiếp điểm phụ BL đóng đèn B sáng Khi tiếp điểm động quay hết hành trình thì bị chốt lại và tiếp điểm hành trình Xb mở ra cắt nguồn cấp cho nam châm điện.

 Ưu điểm của phơng án :

- Đóng cát nhanh, chắc chắn.

- Khoá liên động cả về điện lẫn cơ khí nên đảm bảo an toàn khi làm việc,không gây đóng cắt nhầm.

- Không có hiện tợng rung tiếp điểm , tiếp điểm đợc chốt chặt khi đi hết hành trình quay của nó mọi tác động của nguồn nuôi không ảnh hởng khi tiếp điểm đã đợc chốt lại,lực ép tiếp điểm là khá lớn nên đẩm bảo tiếp xúc tốt.

- Tần số đóng ngắt lớn hơn khi dùng động cơ truyền động.

- Cuộn dây nam châm một chiều làm việc trong khoảng thời gian ngắn nên khả năng h hỏng cuộn dây do nhiẹt là rất nhỏ.

-Có thể đóng ngắt bằng tay thông qua cần gạt phía ngoài thiết bị.

 Nhợc điểm của phơng án :

- Khi đóng cắt cuộn dây làm việc cần có công suất lớn để tạo lực quay tiếp điểm, cuộn dây nam châm làm việc ở chế độ xung nên việc tính toán khó hơn.

- Trong mạch cần có 2 bộ chỉnh lu và ống phóng điện chống quá áp cho cuộn đóng do dó làm phức tạp thêm sơ đồ điều khiển.

- Cơ cấu truyền động phức tạp và trong cơ cấu này đòi hỏiphải co bộ phận đóng mở chôt nhịp nhàng,liên động.

B Loại đóng cắt bằng một nam châm.

+ Khi có tín hiệu chuyển tải từ lới sang máy phát, cuộn dây rơle trung gian

RF có điện đóng tiếp điểm RFa và mở tiếp điểm RFb Cuộn dây rơle MG2 có điện nên đóng các tiếp điểm MG2 cấp điện cho cuộn đóng của nam châm CC hút phần ứng của nó và nhờ cơ cấu truyền động cơ khí nên chuyển động cua phần đông nam châm đợc chuyển thành chuyển động quay của tiếp điểm động đong phụ tải sang phía nguồn máy phát B và đợc chốt ở đó, nguồn lới bị ngắt khỏi tải. Tiếp điểm phụ AL1 mở ra đèn A tắt , tiếp điểm phụ BL1 đóng lại đèn B sáng báo phụ tải đang làm việc với máy phát Khi tiếp điểm động quay hết hành trình thì bị

Tính toán lựa chon mạch động lực

Qua cách phân tích các phơng án và các u nhợc điểm của nó kết hợp với xem xét thực tế hiện tại ta lựa chọn cơ cấu chuyển mạch kiểu bập bênh đóng cắt bằng 1 nam châm Chọn theo cataloge của hãng SEE YOUNG của Hàn Quốc.

Với các thông số yêu cầu thiết kế nh sau.

Nên ta có dòng đi qua tiếp điểm khi làm việc bình thờng là.

Từ đó ta chọn loại chuyển mạch SI610MS Với các thông số nh sau.

Dòng ngắn mạch cực đại xuất hiện trong vòng 1s 37 KA

Dòng điều khiển với nguồn AC 220V là 10A

Tần số thao tác 150lần/h

SS §K CH Đồ án tốt nghiệp   Thiết kế bộ tự động chuyển nguồn ATS

ChơngIII thiết kế mạch điều khiển

khái quát chung về mạch điều khiển ATS

Một hoạt động tự động luôn cần có một mạch điều khiển để chỉ huy các thao tác trong quá trình thực hiện của nó.Yêu cầu mạch điều khiển thiết kế ra phải chính xác và càng đơn giản càng tốt Mạch thờng đợc tổng hợp từ các thiết bị tự động nh các Rơle điện cơ,linh kiện điện tử bán dẫn,tích hợp IC số.Tuỳ theo hoạt động cần điều khiển mà mạch điều khiển có thể là phức tạp hay đơn giản Với ATS mạch điều khiển tơng đối phức tạp dới đây ta tiến hành xây dựng mạch điều khiển này.

1 Sơ đồ khối của mạch điều khiển ATS

2 Chức năng nhiệm vụ của các khối

Khối ĐL&SS : làm nhiệm vụ theo dõi giám sát thu thập tin tức về đối tợng điều khiển so sánh các thông số thu đợc với các giá trị ngỡng đặt trớc và cấp tín hiệu cho các khâu tiếp sau của mạch hoạt động Ngoài ra bộ phận này còn có

Sinh viên : Ngô Phú Phong TBĐ-ĐT2-K44-ĐHBKHN thêm nhiệm vụ là cách ly mạch điều khiển với điện áp cao thông qua viêc sử dụng các máy biến dòng và máy biến điện áp.

Khối điều khiển : Đây là khối quan trọng nhất của thiết bị tự động,khối này nhận tín hiệu sự cố từ khối ĐL&SS tiến hành xử lý tín hiệu này và đ a ra tín hiệu tác động cơ cấu chấp hành chuyển nguồn Khối này xử lý tín hiệu nhằm bảo đẩm cho ATS hoạt động theo đúng giản đồ thời gian hoạt động đã nêu trong ch- ơngI Khâu này tạo các khoảng trễ, biến đổi dạng tín hiệu, khuếch đại tín hiệu nếu đòi hỏi nguồn điều khiển có công suất cao.

khối đo lờng và so sánh của ats

Muốn điều khiển hoật động của một đối tợng nào đó cần phải biết đợc trạng thái làm việc hiện tại của nó thông qua các thông số của đối tợng để làm đ- ợc điều đó thì cần phải có khối ĐL&SS Trong mạch điều khiển hoạt động của ATS có 2 khối SS luôn theo dõi tình trạng làm việc của nguồn điện chính và nguồn dự phòng Các thông số thu đợc sau đó tiến hành so sánh với giá trị đặt nếu vợt qua giá trị này thì tác động tới mạch điều khiển. Đầu vào khối đo lờng và so sánh là các đại lợng liên tục đợc lấy trực tiếp từ nguồn điện có thể là áp hoặc dòng điện, còn thông số đầu ra của nó là các tín hiệu rời rạc vì đầu ra của khối này thờng là các rơle điện cơ hay các rơle bán dẫn Một khối ĐL&SS thông thờng gồm 2 bộ phận đó là bộ phận đo lờng và cảm biến (bộ phận thu tín hiệu) và bộ phận so sánh tín hiệu.

+ Bộ phận thu tín hiệu : Thực hiện việc đo lờng cảm biến các thông số của nguồn điện phát hiện các sự cố xảy ra thông qua tin tức mà nó thu đợc.Bộ phận này có thể là cuộn dây nam châm điện, các bộ biến đổi hay các loại cảm biến khác Phần này đợc nối trực tiếp vào lới điện hoặc có thể thông qua máy biến dòng hay máy biến điện áp nhằm cách ly điện aps cao với mạch điều khiển.

+ Bộ phận so sánh : Lấy tín hiệu đầu ra của phần thu tín hiệu biến đổi thành các tín hiệu chuẩn dễ dàng cho việc thực hiện so sánh với các giá trị ngỡng đặt trớc Cơ cấu so sánh có thể là cơ cấu điện cơ khi đó đại lợng so sánh là lực cơ hoặc momen quay, cơ cấu so sánh có khi là các mạch điện tử bán dẫn dùng bộ khuếch đại thuật toán.

Trong ATS khối ĐL&SS cần phải cung cấp đợc tín hiệu sự cố của lới điện để tác động đến cơ cấu chấp hành chuyển tải sang nguồn dự phòng Các sự cố sau đây cần phải đợc nhận biết rõ bao gồm : Mất điện, mất pha, sụt áp, quá áp,mất đối xứng quá mức Sau đây ta xây dựng các mạch nhận dạng sự cố lới điện.

1 Bảo vệ điện áp cao, điện áp thấp, mất lới điện

Chất lợng điện năng đợc đánh giá qua 2 chỉ tiêu là tần số và điện áp, chỉ tiêu tần số do cơ quan điều khiển hệ thống lới điện quốc gia điều chỉnh Do vậy ở đây ta xét đến việc bảo đảm chất lợng điện áp của nguồn cấp cho phụ tải. Trong quá trình truyền tải không thể chánh khỏi các sự cố về điện áp nh quá áp, cực tiểu điện áp Nói chung các thiết bị hạ áp chỉ cho phép dao động điện áp trong phạm vi 10% điện áp định mức Nên bảo vệ điện áp là vấn đề quan trọng. Khi xảy ra sự cố mất điện hay sụt áp quá mức cho phép lúc đó làm cho các động cơ không đồng bộ 3 pha không khởi động đợc, nếu nó đang mang tải có thể gây quá tải việc này xảy ra trong thời gian dài thì có thể gây cháy hỏng thiết bị điện. Mất lới, sụt áp làm hệ thống máy tính mất hết dữ liệu hiện tại, hệ thống chiếu sáng không đủ sáng tới mức cần thiế Nếu hiện tợng quá áp xảy ra làm cho thiết bị điện h hỏng cách điện nguy hiểm trong quá trình vận hành

Khi có các sự cố trên thì mạch ATS phải khởi động máy phát dự phòng sau 5s để đảm bảo khỏi mất lới giả Để thực hiện việc bảo vệ điện áp lúc đó ta có thể sử dụng các loại rơle điện áp sau :

- Rơle điện áp kiểu điện từ.

- Rơle điện áp kiểu bán dẫn.

- Rơle điện áp kiểu vi mạch.

- Rơle điận áp kiểu số.

Các rơle này đợc mắc trực tiếp vào lới điện hay có thể mắc qua máy biến dòng điện hay máy biến điện áp Tín hiệu điều khiển của nó đợc cáp cho mạch xử lý trong ATS.

1.1 Rơle điện áp kiểu điện từ

Rơle điện từ hoạt động dựa trên nguyên tắc điện từ, khi đặt vật bằng vật liệu sắt từ (phần ứng hay nắp mạch từ) trong từ trờng do cuộn dây mang dòng điện sinh ra Từ trờng này sẽ tác dụng lên nắp một lựchay momen làm nắp chuyển động và truyền động đóng hệ thống tiếp điểm Dới đây là một hình vẽ cấu tạo của rơle điện áp kiểu điện từ có phần ứng hình chữ Z.

Hình III-1 Rơle điện áp phần dộng kiểu chữ Z 1- Mạch từ ; 2- Cuộn dây ; 3- Phần ứng hình chữ Z ; 4- Lò xo nhả ; 5- Tiếp điểm động ; 6-

Tiếp điểm tĩnh ; 7- Tay đòn.

* Nguyên lý hoạt động của rơle : khi cuộn dây rơle nhận đợc tín hiệu điện làm trong mạch từ xuất hiện luồng từ thông  móc vòng qua mạch nắp mạch từ và khe hở không khí Lực điện từ làm cho nắp chữ Z quay, Nếu Mđt sinh ra lớn hơn Mc của lò xo thì phần ứng bị hút về phía nắp mạch từ tác động đóng tiếp điểm thờng mở và mở tiếp điểm thờng đóng Khi luồng từ thông nhỏ thì Mđt không thắng đợc Mc do đó phần ứng dữ nguyên vị trí ban đầu tiếp điểm thờng đóng đóng lại, tiếp điểm th- ờng mở mở ra.

* Đặc tuyến momen của phần động rơle :

Hình III-2 Đặc tính mô men phần động rơle điện áp hình chữ Z

UXC Hình III-3 Sơ đồ nối dây rơle điện áp điện từ kiểu PH-53 Đồ án tốt nghiệp   Thiết kế bộ tự động chuyển nguồn ATS

Ngời ta phân biệt rơle điện áp cực đại và rơle điện áp cực tiểu thông qua việc chỉnh định ngỡng tác động và ngỡng nhả của rơle.

- Rơle điện áp cực đại dùng để bảo vệ khi có sự số tăng cao điện áp quá mức cho phép, khi lới hoạt động bình thờng có U Utđ lúc đó phần động chuyển sang trạng thái cuối kéo theo hệ tiếp điểm tác động tiếp điểm thờng mở đóng lại ,tiếp điểm thờng đóng mỏ ra.Sơ đồ đấu dây của rơle này nh sau :

Sau đây là một số thông số về rơle điện áp cực đại kiểu PH-53 do Liên Xô sản xuÊt.

- Hệ số nhả không nhỏ hơn 0.8.

- Thời gian tác động không lớn hơn 0.1 s

- Công suất tiêu htụ không quá 1VA.

- Khối lợng không lớn hơn 0.85 Kg.

Dải chỉnh định điện áp tác động của loại rơle này :

Dải điện áp đặt I Dải điện áp đặt II

Rơle Utđ V Uđm V Utđ V Uđm V

Số liệu cuộn dây điện trở phụ, tụ điện cho trong bảng sau

Rơle số vòng d©y (vòng) §êng kÝnh d©y(mm) Điện trở cuén d©y() Điện trở phụ () Tụ Điện(F

1.2 Rơle điện áp kiểu bán dẫn

Các loại rơle điện cơ vốn có một nhợc điểm cơ bản đó là có phần chuyển động cơ khí,cấu trúc phần động phức tạp,cồng kềnh, và dễ xảy ra kẹt phần động,thời gian tác động chậm,độ tin cậy khi làm việc không cao Ngày nay công nghệ điện tử bán dẫn phát triển mạnh mẽ và rơle điện áp kiểu điện tử bán dẫn ra đời, u điểm của loại rơle này là không có phần chuyển động cơ khí,công suất tiêu thụ nhỏ,làm việc tin cậy,tac động nhanh Sau đây ta khảo sát một số loại rơle điện áp bán dẫn. a Rơle điện áp bán dẫn dùng diod ổn áp :

R Hình III - 5 Rơle điện áp dùng Tranzitor

R Đồ án tốt nghiệp   Thiết kế bộ tự động chuyển nguồn ATS

Da trên nguyên lý làm việc của diod ổn áp Zener Ban đầu khi điên áp ng - ợc dặt lên diod ổn áp DZ cha đạt tới ngỡng đánh thủng DZ nên DZ khoá do đó có dòng chạy qua cuộn dây rơle R làm mở tiếp điểm thờng đóng R1 ngắt mạch ®iÒu khiÓn.

Khi điện áp ngợc dặt lên diod lớn quá đánh thủng DZ làm ngắn mạch nên cuộn dây rơle R không có dòng điện chạy qua do đó tiếp điểm R1 đóng lại cấp tín hiệu cho mạch điều khiển Khi điện áp trở lại bình thờng thì DZ hồi phục lại nê cuộn R lại đợc cấp điện bình thờng.

Trên thực tế không sử dụng loại rơle này vì khoảng hoạt động của diod là tơng đối hẹp,dòng cực đại cho phép chạy qua diod là không lớn,và diod dễ bị phá huỷ do nhiệt. b Rơle điện áp dùng Tranzitor

Hoạt động của rơle phụ thuộc chặt chẽ vào việc đóng ngắt Tr thông qua việc bơm dòng IB Khi có dòng IB làm thông Tr dẫn dòng từ nguồn Ec qua R2 và

Hình III- 6 Sơ đồ nối tầng khuếch đại

giới thiệu các khâu tạo thời gian trễ

Trong tự động điều khiển thờng gặp các trờng hợp cần có một khoảng thời gian giữa những thời điểm tác động của hai hay nhiều thiết bị Trong ATS để dảm bảo hoạt động đúng theo giản đồ thời gian trong chơng I thì việc làm trễ tín hiệu là rất cần thiết Bộ phận trễ này chính là là các rơle thời gian, có nhiều loại rơle thời gian hoạt động theo các nguyên lý khác nhau nh Rơle thời gian kiểu điện từ, kiểu động cơ, kiểu bán dẫn, kiểu vi mạch đếm xung, kiểu rơle số Sau đây ta giới thiệu sơ bộ về một số loại rơle thời gian.

1 Rơle thời gian kiểu điện từ

Bộ tạo thời gian hoạt động dựa trên cơ sở ứng dụng dòng điện cảm ứng xuất hiện trong ống dẫn hình trụ rỗng.Khi từ thông chính trong mạch từ biến thiên, theo định luật lenxơ dòng điện cảm ứng này có chiều sao cho luồng từ thông do nó sinh ra chống lại sự biến thiên của từ thông chính.Do vậy tócc độ biến thiên của lờng từ thông chính khi đóng hay ngắt điện là giảm đi nên thời gian tác động và thời gian nhả của rơle đợc tăng lên

Cấu tạo loại rơle này nh hình vẽ dới đây :

Hình III- 20 Rơle thời gian kiểu điện từ

1- Lõi thép mạch từ ;2- Nắp ; 3- Đệm phi từ tính; 4-Bảng lắp dặt rơle; 5-Dế nhôm; 6-Hệ thống tiếp điểm ; 7- Cuộn dây; 8- ống trụ rỗng; 9- Lò xo nhả; 10- vít điều chỉnh lực lò xo nhả; 11-

Lò xo tách nắp; 12- Chốt đẩy nắp; 13- Vít điều chỉnh lực tách nắp.

Dùng rơle thời gian kiểu điện từ yêu cầu công suất nguồn cấp tác động khá lớn và thời gian tác động có thể có sai số

2 Rơle thời gian kiểu động cơ

Trong quá trình điều khiển cần có thời gian trễ lớn hay các quá trình làm việc có tính lặp lại theo chu kỳ ngời ta thờng sử dụng rơle thời gian kiểu động cơ.

* Cấu tạo của loại rơle thời gian kiểu động cơ :

Hình III- 21 Rơle thời gian kiểu động cơ Đồ án tốt nghiệp   Thiết kế bộ tự động chuyển nguồn ATS

Kết cấu gồm 3 bộ phận chính đó là phần động lực, phần tạo thời gian, phÇn tiÕp ®iÓm ®Çu ra :

Là các loại động cơ công suất nhỏ cỡ 25 W các loại động cơ thờng dùng là động cơ 1 pha kiểu vòng ngắn mạch, động cơ 1 pha kiểu chạy tụ,động cơ b ớc. Trong đó loại động cơ bớc đợc sử dụng nhiều hơn,động cơ bớc là một động cơ đồng bộ một pha đặc biệt có cấu tạo gồm Stato thờng có một cuộn dây đặt trong lõi thép nhiều cực Roto là một nam châm vĩnh cửu Khi có một xung điều khiển đặt vào động cơ thì roto sẽ quay một góc xác định gọi là một bớc,ở xung điều khiển tiếp theo động cơ quay tiếp bớc nữa.Nh vậy động cơ quay thành từng bớc gián đoạn và tốc độ quay phụ thuộc vào tần số nguồn xung đa vào động cơ. + Bộ phận tạo thời gian trễ :

Là các bộ giảm tốc bánh răng cơ khí dùng để biến đổi tốc độ quay nhanh của động cơ xuống tốc đọ chậm thích hợp với khoảng thời gian trễ của rơle. + Bé phËn tiÕp ®iÓm :

Trong rơle có thể chỉ có một cặp tiếp điểm thời gian hay có hai cặp tiếp điểm một cặp thời gian và một cặp tác động tức thời,các tiếp điểm này thờng đợc đóng mở bằnghệ thống bánh xe cam gắn trên đầu trục hộp giảm tốc.

3 Rơle thời gian bán dẫn

* Rơle thời gian dùng đèn điện tử.

Hình III- 22 Rơle thời gian bán dẫn dùng đèn điện tử

Hoạt động của rơle dựa trên mạch dao động phóng nạp tụ C thông qua mạch RC Khi đóng khoá K tụ điện đợc nạp điẹn áp U0 với cực tính âm vì điện áp U0 lớn hơnUP của đèn 3 cực nên lúc này đèn bị khoá và rơle ở trạng thái nhả.Nếu ta mở khoá K tụ điện C bắt đầu phóng điện qua điện trở ,điện áp U0 từ từ giảm đi theo hàm mũ tắt dần Điện thế lới từ từ trở nên dơng Sau một thời gian điện thế lới lúc này tăng đến trị số tác động thì đèn chuyển sang trạng thái mở dòng điện anod tăng lên làm rơle điện từ R tác động đóng tiếp điểm đầu ra ta nói rơle làm việc với chế độ đóng chậm và thời gian tác động của rơle đợc tính nh sau : tt® = R C ln

Muốn thay đổi thời gian tác động ta thay đổi trị số của điện trở mạch dao động RC nếu RC có trị số càng lớn thì thời gian trễ càng dài.

4 Rơle thời gian kiểu vi mạch (IC) đếm xung

Với thiết bị này ta có thể tạo ra các khoang thời giancó dải làm việc rộng từ 0.001s đến 9999h có độ chính xác và độ tin cậy cao,nhiều tính năng làm việc.Đáp ứng đợc yêu cầu của các bài toán tự động điều khiển có nội dung phức tạp,khối lợng hông tin lớn Cấu tạo chung của rơle thời gian vi mạch gồm các bộ phận chức năng chủ yếu nh hình vẽ dới đây.

Dao động xử lý tÇn sè đếm xung so sánh ra

Hiển thị chỉnh định ac dc

Hình III- 23 Rơle thời gian kiểu vi mạch IC Đồ án tốt nghiệp   Thiết kế bộ tự động chuyển nguồn ATS

+ Bé phËn tao thêi gian :

Là các phần mạch dao động tạo ra các xung có tần số ổn định không đổi. Thông thờng tần số dao động này rất lớn từ vài trăm KHz trở lên,nên tần số đ ợc làm giảm phù hợp với đặc tính thời gian làm việc của rơle qua các phần mạch chia tÇn sè.

Bộ phận này đếm các xung xuất hiện từ thời điểm rơle bắt đầu làm việc đến thời điểm rơle tác động,số xung đếm đợc tơng ứng với thời gian trễ cần thiết.

So sánh kết quả đếm xung với các mức chuẩn thời gian đặt trớc.

+ Bộ phận nguồn cung cấp :

Chức năng của nó là biến đổi điện áp nguồn cấp cho rơle,điện áp một chiều hay xoay chiều thành các mức điện áp 1 chiều có trị số thấp và cực tính phù hợp với các linh kiện trong rơle.

Có nhiệm vụ ghép nối và chuyển tín hiệu tác động của rơle đến các thiết bị phía sau rơle Bộ phận này thờng là các rơle điện từ cỡ nhỏ hoặc các tranzitor công suất Khi có tín hiệu tác động từ bộ phận so sánh rơle điện từ sẽ tác động đóng mở tiếp điểm Thông thờng rơle thời gian đợc lắp hai cặp tiếp điểm trong đó một cặp tác động tức thời và một cặp tác động theo thời gian.

Là các núm xoay trơn liên tục hoặc các nút ấn dùng để chỉnh định đặt trớc các thông số thời gian trễ làm việc hay phức tạp hơn có thể dùng đặt chức năng làm việc của rơle.

Thiết kế mạch điều khiển hoạt động của ats

1 Phơng án dùng các linh kiện đóng ngắt thông thờng

1.1 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển hoạt động ats

1.2 Giải thích hoạt động của sơ đồ

Khi lới hoạt động bình thờng thì tiếp điểm thờng đóng của rơle điện áp cực tiểu RU< mở ra nên (1-3) hở do đó R1 không có điện ngắt (1-7) và tiếp điểm nối(1-29) đóng,tiếp điểm (1-17) mở RL vẫn đợc đóng nên lới cấp nguồn cho phụ tải.

Khi xảy ra các sự cố (Quá áp ,thấp áp, mất pha, lệch pha,ngợc pha) thì (1-

3) nối lại cấp điện cho rơle trung gian R1 Khi R1 có điện thì (1-7) nối cấp điện cho T1 tạo khoảng trễ (0ữ5 ’’ ) và đóng tiếp điểm(7-9) cấp tín hiệu cho rơle nhiên liệu và khởi động máy Đồng thời T2 có điện tính khoảng thời gian đóng tiếp điểm khoảng 5 ’’ sau đó mở tiếp điểm trong vòng 20 ’’ (Rơle thời gian T2 là loại rơlê thời gian số đóng mở theo chu kì tạo xung khởi động đóng 5 ’’ mở 20 ’’ ) và T3 có tín hiệu tính tổng khoảng thời gian khởi động 3 lần khoảng 60 ’’ sau đó mở tiếp điểm (11-13) không khởi động nữa mặc dù tiếp diểm T2 vẫn đóng.

Nếu máy phát khởi động thành công và điện áp ra đợc thành lập đủ tiêu chuẩn thì tiếp điểm rơle điện áp cực tiểu phía nguồn máy phát đóng lại nối(1-19) nếu nguồn điện này không gặp sự cố thì R2 đợc cấp điện đóng tiếp điểm (1-27) cấp nguồn cho rơle thời gian T4 Sau 30 ’’ nối (27-29) cấp điện cho RF chuyển tải cho máy phát dự phòng đồng thời mở tiếp điểm thờng đóng RF (35-37) ngắt nguồn vào cuộn dây RL.

Khi máy phát đang hoạt động cấp nguồn cho phụ tải mà lới chính phục hồi trở lại thì các Rơle theo dõi lới không tác động nên (1-3) mở ngắt điện vào rơle R1 dovậy(1-7) mở ra ngắt nguồn khởi động máy và tiếp điểm thờng đóng của R1 đóng lại nối(1-33) cấp nguồn cho rơle thời gian T5 sau khoảng 20 ’ đủ để lới ổn định đóng tiếp điểm nối (33-35) đa điện vào cuộn dây rơle RL cấp tín hiệu chuyển phụ tải trở lại lới chính Khi RL có điện mở tiếp điểm ngắt(29-31) điện vào RF và đóng nguồn cho T6 tính khoảng thời gian trễ 5 ’ sau đó ngắt nhiên liệu và dừng máy

Nếu gặp sự cố máy phát mạch bảo vệ trong máy diezel tác động đóng(1-

41) đa điện vào rơle trung gian FSC mở tiếp điểm (2-4) và (3-5) dừng hoạt động máy phát và lu giữ sự cố cho đến khi có tín hiệu giải trừ KS khi đã khắc phục đ- ợc sự cố.

Khi dùng các linh kiện đóng ngắt thông thờng để xây dựng mạch điều khiển hoạt động thì cơ cấu đo lờng theo dõi lới điện và máy phát dự phòng bao gồm các mạch bảo vệ theo các ơ đồ nguyên lý đã nêu ở phía trên làm cho mạch điện vô cùng phức tạp và khi tiến hàn lắp đặt khó tránh khỏi nhầm lẫn làm mạch

Hình III- 25 Sơ đồ mắc rơle điện áp số Đồ án tốt nghiệp   Thiết kế bộ tự động chuyển nguồn ATS hoạt động với độ tin cậy không cao Ngoài ra chi phí đầu t là khá lớn cả về tiền bạc lẫn thời gian không gian tủ điều khiển Mặt khác các thiết bị cơ khí mắc với nhau không thể bảo đảm hoạt động tốt tuyệt đối mà thờng xuyên xảy ra hỏng hóc do kẹt mắc các cơ cấu chuyển động cơ khí Hiện nay kỹ thuật số phát triển mạnh rơle số ra đời đã thay thế các khí cụ điện đóng ngắt thông thờng làm giảm nhẹ bớt mức độ phức tạp cho mạch điện Trong trờng hợp này ta dùng rơle điện áp số EVR_PD để thực hiện việc bảo vệ lới điện và máy phát thay thế cho các mạch đo lờng phía trên.

2 Trờng hợp dùng Rơle điện áp số

2.1 Sơ đồ nguyên lý mắc rơle điện áp số EVR-PD

* Sơ đồ mạch điều khiển.

2.2 Giải thích hoạt động của sơ đồ

Khi lới hoạt động bình thờng tiếp điểm thờng đóng của rơle số mở nên R1 không có điện Nếu có sự cố lới xảy ra Rơle điện áp số tác động đóng tiếp điểm thờng đóng nối (1-3 ) đa điện vào cuộn dây Rơle trung gian R1 đóng (1-7) cấp điện cho T1 tạo khoảng trễ 5 ’’ sau đó nối (7-9) cấp nguồn mở nhiên liệu khởi động máy Điezel đồng thời cấp điện cho T2 , T3 Rơle thời gian T2 là loại Rơle số hoạt động đóng ngắt theo chu kỳ đóng tiếp điểm trong vòng 5 ’’ và mở trong vòng

20 ’’ sau đó lại đóng lại tạo thành xung khởi động máy Rơle T3 tính tổng thời gian 3 lần khởi động máy vào khoảng 60 ’’ thì cho dừng khởi động máy

Nếu khởi động thành công điện áp ra máy phát đợc thành lập và đủ tiêu chuẩn thì tiếp điểm Rơle điện áp số phía máy phát đóng lại nối (1-19) cấp điện vào cuộn dây R2 R2 tác động nối (1-21) cấp nguồn cho T4 tạo khoảng thời gian trễ 30 ’’ sau đó đóng (21-23) đa điện vào cuộn dây RF chuyển tải sang máy phát đồng thời ngắt RL bằng cách mở (29-31)

Khi lới có điện trở lại lúc đó (1-3) hở R1 mất điện nên tiếp thờng đóng nối (1-27) đa điện vào cuộn dây T5 tao khoảng trễ 30 ’ sau đó đóng (27-29) đa điện vào cuộn dây Rơle RL chuyển tải trở lại lới đồng thời đóng (29-31) đa nguồn vào T6 tính thời gian cho máy chạy không tải khoảng 5 ’ phát lệnh ngắt nhiên liệu và dừng máy

Nếu máy phát gặp sự cố mạch bảo vệ máy phát làm việc nối (1-35) cấp điện cho cuộn dây FSC thông báo sự cố và cho dừng máy đồng thời lu giữ sự cố thông qua tiếp điểm tự giữ FSC ( 1-35) Sau khi sửa chữa xong sự cố nhấn KS giải trừ sự cố

Nh vậy khi thay thế rơle điện áp kỹ thuật số làm cho mạch theo dõi tình trạng làm việc của nguồn trở nên đơn giản hơn khá nhiều nhng mạch làm việc với độ tin cậy cha cao do vẫn còn sử dụng các khí cụ đóng ngắt có phần chuyển động cơ khí Việc lắp ráp mạch vẫn còn gặp nhiều khó khăn do cần dừng nhiều đầu dây và các nút đấu dây khá lớn dễ gây ra hiện tợng thao tác nhầm.Với sự ra đời của công nghệ điện tử số đã làm thay đổi mạnh mẽ các mạch điều khiển hoạt động tự động làm cho chúng trở nên đơn giản hơn rất nhiều.Các khí cụ dóng ngắt thông thờng đang dần đợc thay thế bằng các rơle số có khả năng lập trình đ- ợc Một trong các thiết bị nh vậy là LOGO của hãng SIEMENS với việc dùng LOGO mạch điện trở nên đơn giản hơn rất nhiều.

3.1 Giới thiệu đôi nét về LOGO

LOGO thực chất là một loại rơle điều khiển lập trình cỡ nhỏ đợc chế tạo theo các mô đun vạn năng.LOGO đang đợc sử dụng rộng rãi phục vụ các nhiệm

Sinh viên : Ngô Phú Phong TBĐ-ĐT2-K44-ĐHBKHN vụ điều khiển cỡ nhỏ trong các lĩnh vực láp đặt điện,lắp ráp tủ đóng ngắt hạ thế nó chứa đựng tất cả các chức năng nh rơle tiếp điểm,tạo trễ,rơle nhớ,rơle xung, bộ đếm, bộ phát xung đồng hồ,bộ định thời gian Với giải pháp dùng LOGO tiết kiệm đợc chi phí, thời gian lắp đặt, không gian tủ điều khiển thay cho các bảng mạch điều khiển ta dùng các mođun chức năng.

LOGO là thiết bị rất gọn nhẹ nhng khả năng dung lợng nhớ là khá lớn,tính năng làm iệc đa dạng hơn rất nhiều,phạm vi sử dụng rộng hơn,số đầu vào đầu ra nhiều hơn có khả năng điều khiển cho một nhóm thiết bị công tác Tất cả các chức năng của nó dợc tích hợp sẵn bên trong ta chỉ cần dùng phím chọn và liên kết các khâu lại với nhau tạo thành mạch điều khiển nên chúng ta có thể thay đổi hoạt động điều khiển một cách dễ dàng mà không cần phải đi dây lại LOGO có giao diện với ngời sử dụng gồm màn hình và bàn phím rất tiện lợi đồng thời độ tin cậy khi làm việc rất cao,tác động nhanh chóng,và chúng có khả năng thông báo trạng thái đầu vào và ra Khả năng kết nối với các thiết bị hiện đại là rất tốt. Dới đây là các thông số của LOGO của hãng SIEMENS :

-Điện áp nguồn cung cấp : 12V DC; 24V DC; 220 V AC.

-KiÓu ®Çu ra : TiÕp ®iÓm I®m= 3A, TranZitor I®m=3 A.

- Bộ vi xử lý có 6 hàm logic cơ bản và 13 chức năng đặc biệt.

Sau đây ta mô tả khối giao diện LOGO của SIEMENS :

3.2 Mạch điều khiển dùng LOGO

Các kí hiệu sử dụng trong mạch logo

FSC Đồ án tốt nghiệp   Thiết kế bộ tự động chuyển nguồn ATS

- SCL : Tín hiệu báo lới bị sự cố,nếu lới không bình thờng thì SCL=’1’.

- BĐ : Tín hiệu từ đầu ra bộ đếm số lần khởi động, khi đmé đợc 3 lần th× B§=’1’.

- UN : Tín hiệu từ rơle điện áp mắc vào đầu ra máy phát nạp để theo dõi tốc độ máy phát, khi n=nđm thì UN=’1’.

- TG : Tín hiệu thời gian trễ giữa hai lần khởi động liên tiếp nhau, nếu khoảng thời gian này đạt khoảng 15-20 s thì TG=’1’.

- CFT : Tín hiệu báo có điện áp đầu ra máy phát tốt,nếu đủ tiêu chuẩn th× Cft=’1’.

- CLT : Tín hiệu báo có lới chính tốt để vận hành, nếu lới chính phục hồi th× CLT=’1’.

- BV : Tín hiệu tác động từ mạch bảo vệ máy phát,nếu có sự cố máy phát thì BV=’1’.

- KS : Tín hiệu giải trừ sự cố.

3.2.1 Khối khởi động máy phát

Khi lới chính gặp sự cố mạch sẽ tạo khoang thời gian trễ và phát tín hiệu khởi động nếu :

+ Bộ đếm hạn chế số lần khởi động cha đạt đến 3 lần liên tiếp.

& Q RF_Chuyển tải cho MF

≥ 1 Q RL_Chuyển tải về l ới

+ Điện áp máy phát nạp cha đạt tới giá trị ứng với tốc độ định mức máy phát rơle điện áp cha tác động.

+ Khoảng thời gian nghỉ giữa hai lần khởi động đủ để máy dừng.

+ Máy phát không có sự cố FSC=’0’.

3.2.2 Khối chuyển tải lới máy phát.

Định dạng
Số trang	64
Dung lượng	0,91 MB