Thiết kế thiết bị chuyển nguồn tự động ATS

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ATS VÀ TÍNH TOÁN LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ I.Các loại phụ tải và yêu cầu thiết kế hệ thống ATS . Căn cứ theo nhu cầu tiêu thụ ,sử dụng điện năng và phân loại phụ tải theo độ tin cậy cung cấp điện được chia làm 3 loại như sau. I.1.Phụ tải loại 1. Đây là loại phụ tải được cung cấp điện liên tục nếu mất điện sẽ gây ra những hậu quả vô cùng nghiêm trọng . Đối với tính mạng con người thì loại phụ tải này là các hầm mỏ, bệnh viện….Đối với sản xuất kinh doanh:Trong các nhà máy luyện thép,lò cao… Ngoài ra còn làm mất trật tự trị an và ảnh hưởng đến chính trị,quốc tế như các loại phụ tải là các đại sứ quán,các công trình văn hoá công cộng…. I.2.Phụ tải loại 2 Đây là loại phụ tải nếu mất điện sẽ gây thiệt hại về kinh tế như sản xuất sản phẩm bị thiếu hụt ,thứ phẩm tăng ,gây ra lãng công và không sử dụng hết công suất thiết bị I.3.Phụ tải loại 3 Là loại phụ tải cho phép mất điện,đó là các công trình dân dụng,công trình phúc lợi,khu dân cư… Như vậy trong 3 loại phụ tải trên thì phụ tải loại 1 và phụ tải loại 2 cần được cấp điện liên tục.Do đó các loại phụ tải này đều phải dùng tới nguồn điện dự phòng.Nguồn dự phòng có thể là đường dây lưới quốc gia được cấp từ một lộ khác đối với hộ tiêu thụ có công suất lớn như các nhà máy công nghiệp.Nguồn dự phòng thứ 2 là các máy phát điện tự dùng (thường là máy phát diezel) .Do vậy một yêu cầu đặt ra là việc chuyển đổi qua lại giữa nguồn điện dự phòng và nguồn điện lưới khi nguồn lưới bị sự cố.Công việc này được thực hiện bởi thiết bị chuyển nguồn tự động hay còn gọi là ATS. II.Đại cương về hệ thống ATS và lựa chọn phương án thiết kế II.1.Nguyên tắc hoạt động Thiết bị tự động chuyển nguồn tự động hay còn gọi là ATS (Automatic Transfer Switch) dùng để tự động chuyển tải từ nguồn lưới chính sang nguồn dự phòng khi nguồn chính có sự cố. Khái niệm nguồn chính bị sự cố bao gồm : mất nguồn,mất pha, ngược thứ tự pha, điện áp cao hoặc thấp hơn trị số cần thiết.Nếu nguồn dự phòng là nguồn điện lưới lấy từ một đường dây cung cấp khác thì ta có ATS lướilưới .Trong trường hợp nguồn dự phòng là máy phát diezel thì ta có ATS lướimáy phát. Sơ đồ cấu trúc của hai loại ATS này được trình bày như ở hình I – 1. a) ATS lưới – lưới . b) ATS lưới – máy phát . Hình I – 1 .Sơ đồ cấu trúc hệ thống ATS I , II – nguồn cung cấp ; BA máy biến áp; AP1,AP2 áp tô mát bảo vệ mạch lực; CMchuyển mạch ; SS1 , SS2 – Khối so sánh ; KĐ – khối khởiđộng máy phát ; DZ – Máy diezel ; G – Máy phát điện Nguyên lý hoạt động của sơ đồ như sau : Các bộ so sánh (SS) có nhiệm vụ theo dõi,giám sát các thông số của nguồn cấp và so sánh chúng với trị số đặt. Nếu chất lượng của nguồn điện không đạt ,bộ so sánh sẽ phát tín hiệu cho bộ điều khiển,và bộ điều khiển sẽ tác động tới bộ chuyển mạch,chuyển tải từ nguồn chính sang nguồn dự phòng.

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ATS VÀ TÍNH TOÁN LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

I.Các loại phụ tải và yêu cầu thiết kế hệ thống ATS

Căn cứ theo nhu cầu tiêu thụ ,sử dụng điện năng và phân loại phụ tải theo độ tincậy cung cấp điện được chia làm 3 loại như sau

I.1.Phụ tải loại 1.

Đây là loại phụ tải được cung cấp điện liên tục nếu mất điện sẽ gây ra những

hậu quả vô cùng nghiêm trọng

Đối với tính mạng con người thì loại phụ tải này là các hầm mỏ, bệnhviện….Đối với sản xuất kinh doanh:Trong các nhà máy luyện thép,lò cao… Ngoài ra còn làm mất trật tự trị an và ảnh hưởng đến chính trị,quốc tế như cácloại phụ tải là các đại sứ quán,các công trình văn hoá công cộng…

I.2.Phụ tải loại 2

Đây là loại phụ tải nếu mất điện sẽ gây thiệt hại về kinh tế như sản xuất sảnphẩm bị thiếu hụt ,thứ phẩm tăng ,gây ra lãng công và không sử dụng hết côngsuất thiết bị

I.3.Phụ tải loại 3

Là loại phụ tải cho phép mất điện,đó là các công trình dân dụng,công trình phúclợi,khu dân cư…

Như vậy trong 3 loại phụ tải trên thì phụ tải loại 1 và phụ tải loại 2 cần đượccấp điện liên tục.Do đó các loại phụ tải này đều phải dùng tới nguồn điện dựphòng.Nguồn dự phòng có thể là đường dây lưới quốc gia được cấp từ một lộkhác đối với hộ tiêu thụ có công suất lớn như các nhà máy công nghiệp.Nguồn

dự phòng thứ 2 là các máy phát điện tự dùng (thường là máy phát diezel) Dovậy một yêu cầu đặt ra là việc chuyển đổi qua lại giữa nguồn điện dự phòng vànguồn điện lưới khi nguồn lưới bị sự cố.Công việc này được thực hiện bởi thiết

bị chuyển nguồn tự động hay còn gọi là ATS

II.Đại cương về hệ thống ATS và lựa chọn phương án thiết kế

II.1.Nguyên tắc hoạt động

Thiết bị tự động chuyển nguồn tự động hay còn gọi là ATS (Automatic

Transfer Switch) dùng để tự động chuyển tải từ nguồn lưới chính sang nguồn

dự phòng khi nguồn chính có sự cố

Khái niệm nguồn chính bị sự cố bao gồm : mất nguồn,mất pha, ngược thứ tựpha, điện áp cao hoặc thấp hơn trị số cần thiết.Nếu nguồn dự phòng là nguồnđiện lưới lấy từ một đường dây cung cấp khác thì ta có ATS lưới-lưới Trongtrường hợp nguồn dự phòng là máy phát diezel thì ta có ATS lưới-máy phát Sơ

đồ cấu trúc của hai loại ATS này được trình bày như ở hình I – 1.

a) ATS lưới – lưới b) ATS lưới – máy phát

Hình I – 1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống ATS

I , II – nguồn cung cấp ; BA- máy biến áp; AP1,AP2- áp tô mát bảo

vệ mạch lực; CM-chuyển mạch ; SS1 , SS2 – Khối so sánh ; KĐ – khối

khởiđộng máy phát ; DZ – Máy diezel ; G – Máy phát điện

Nguyên lý hoạt động của sơ đồ như sau :

Các bộ so sánh (SS) có nhiệm vụ theo dõi,giám sát các thông số của nguồn cấp

và so sánh chúng với trị số đặt Nếu chất lượng của nguồn điện không đạt ,bộ sosánh sẽ phát tín hiệu cho bộ điều khiển,và bộ điều khiển sẽ tác động tới bộchuyển mạch,chuyển tải từ nguồn chính sang nguồn dự phòng

T1 T2 T3 T4

Máy phát

Luới

1

t t2 t3

5

Với ATS lưới – máy phát ,quá trình xảy ra phức tạp hơn ở ATS lưới-lưới vì có thêm bộ phận khởi động diezel.Khi tín hiệu từ nguồn chính báo chất lượng điện không đủ,bộ điều khiển sẽ truyền tín hiệu cho bộ khởi động diezel và máy nổ được khởi động ,điện áp máy phát được thành lập Nếu chất lượng điện áp máy phát được đảm bảo thì bộ SS2 sẽ cấp tín hiệu cho bộ điều khiển và bộ điều khiển sẽ cấp tín hiệu để ra lệnh cho bộ chuyển mạch CM chuyển tải cho máy phát

Từ thời điểm lưới được phục hồi ổn định,sau một quảng thời gian cỡ 5 đến 30 phút ,bộ điều khiển lại tác động lên bộ chuyển mạch ,tải lại được chuyển về nguồn cung cấp chính.Từ thời điểm chuyển tải máy phát chạy không tải một thời gian để làm mát ( Khoảng 3 đến 10 phút) rồi sau đó tự tắt

Quá trình trên được diễn tả chi tiết ở giản đồ thời gian sau:

Hình I-2.Giản đồ quá trình hoạt động của ATS

Giả thiết tại thời điểm t1 mất điện lưới.Sự cố mất điện lưới có thể là sự cố thoáng qua trong khoảng hàng giây ,do đó cần thời gian T1 để khẳng định điện lưới có mất thật không Thời gian T1 này được điều chỉnh trong khoảng từ 1 đến

5 s.Hết thời gian chỉnh định T1 ra lệnh khởi động máy phát điện.Thời gian khởi động máy phát cỡ khoảng 2 đến 5 s

Khi máy phát đủ điện áp tại t3 thường là khoảng 0,8Uđm bộ định thời trong SS2 phía máy phát bắt đầu tính thời gian và sau khoảng thời gian T2 tải được chuyển cho máy phát Thời gian T2 khoảng 10 đến 30 s ,thời gian này cần để

cho máy điện được chạy không tải để cho dầu bôi trơn hết các bộ phận củamáy

Khi có điện áp lưới trở lại tại t5 chưa nên chuyển tải sang lưới ngay vì khi cóđiện trở lại điện áp chưa chắc đã ổn định được ngay mà có thể mất lại hay daođộng.Do vậy cần trễ một thời gian T3 vào khoảng 3 đến 30 phút để khẳng địnhchắc chắn lưới đã phục hồi và ổn định.Hết thời gian T3 ra lệnh chuyển tải từmáy phát sang lưới

Sau khi chuyển tải từ máy phát sang lưới máy phát cần chạy không tải trongkhoảng thời gian T4 (khoảng từ 3 đến 10 phút ) trước khi dừng máy để làm mátmáy tránh bị lưu nhiệt khi dừng máy làm hư hỏng cách điện hay các bộ phậnkhác của máy.Tất cả các thời gian trên đều có thể chỉnh định qua các nút đặt thờigian

II.2 Các yêu cầu đối với hệ thống ATS

• Phát hiện mất điện lưới kể cả sự cố như sụt áp lưới trên 10%, mất pha ,lệch pha,áp cao.Khi sự cố xảy ra phải khởi động máy phát

• Đảm bảo điều khiển chuyển đổi qua lại phụ tải – nguồn dự phòng và phụtải – lưới

• Phát hiện trạng thái có điện lưới trở lại ,chuyển tải và tự động dừng máyphát

• Có khả năng giải trừ các sự cố của máy phát khi khởi động

• Diezel chỉ khởi động 1 đến 3 lần cho mỗi lần mất điện ,nếu khởi độnglần thứ 3 mà không thành công thì dừn việc khởi động diezel và báo tínhiệu để xử lý bằng tay

• Khi có dao động điện áp lưới hoặc điện áp lưới chập chờn thì trường hợpnày phải có thiết bị ngăn ngừa diezel khởi động nhiều lần

• Có chế độ dự phòng đó là điều khiển tự động và thao bằng tay đơn giảnthuận tiện

II.3.Cấu trúc của hệ thống ATS

Về cấu trúc một thiết bị ATS tiêu chuẩn bao gồm bộ đóng cắt (chuyển mạchlực), và bộ điều khiển Ngoài ra còn có thể có các thiết bị giám sát và bảo vệkhác tùy thuộc yêu cầu riêng của phụ tải.Sau đây em xin giới thiệu cấu trúc củatừng phần

II.3.1Khối chuyển mạch của hệ thống ATS.

Khối chuyển mạch của ATS có nhiệm vụ chuyển tải từ nguồn này qua nguồnkia theo tín hiệu của mạch điều khiển (chế độ tự động).Hoặc theo ý muốn củangười vận hành(thao tác bằng tay).Yêu cầu của khối này là phải có công suấtchuyển mạch lớn(có thể đóng được dòng điện lớn gấp vài lần dòng điện địnhmức),thời gian chuyển mạch nhanh độ tin cậy cao,gọn nhẹ dễ bảo dưỡng

Với ATS lưới-lưới ,phần chuyển mạch thường có ba cực,chỉ chuyển mạch phần

có điện áp (ba pha),còn trung tính thì chung cho cả hai nguồn.Với ATS máy phát,ATS thường có 4 cực,chuyển mạch cả trung tính

Khối chuyển mạch thường được chuyển mạch theo ba nguyên lý chính: Bằnghai công tắc tơ ,kiểu áptômát loại hộp kín và kiểu bập bênh.Sau đây chúng ta sẽxem xét từng loại

1.Kiểu công tắc tơ

Chuyển mạch kiểu công tắc tơ gồm

hai công tắc tơ đấu liên động về cơ

khí và liên động về điện , khi cái này

đóng thì cái kia cắt

Ưu điểm chính của loại này là kết

cầu đơn giản ,dễ điều khiển,tuy nhiên

hạn chế của loại này là cần dòng điện

trong cuộn dây của nam châm để duy

trì trạng thái đóng Kiểu chuyển mạch

dùng công tắc tơ chỉ chế tạo cho dòng

định mức đến 800 A Hình I-3.Kiểu công tắc tơ

2.Kiểu áp tô mát

Chuyển mạch kiểu áp tô mát gồm hai áp tô

mát đấu ngược nhau (áp tô mát đã loại trừ

phần tử bảo vệ),được nối liên động với

nhau qua tay gạt .Khi chuyển mạch

áptômát này đóng thì áptômát kia cắt

Việc chuyển mạch được thực hiện bằng

động cơ chấp hành một pha,qua hộp giảm

tốc và hệ thống tay biên,biến chuyển động

quay của động cơ thành chuyển động

thẳng của tay gạt Hình I-4 Kiểu Áp tômát

Ưu điểm chính của loại này là không cần nguồn duy trì trạng thái đóng,côngsuất nguồn thao tác nhỏ ( động cơ cỡ vài chục oát ), khả năng đóng cắt tốt.Nhược điểm của loại này là có bộ truyền động phức tạp , thời gian tác độngchậm do có động cơ quay qua hộp giảm tốc Loại này thường được chế tạo vớidòng điện định mức đến 1600 A

3.Kiểu bập bênh

Chuyển mạch kiểu bập bênh có nguyên lý như cầu dao đảo chiều,với hai tiếpđiểm tĩnh hai bên ,tiếp điểm động kiểu

bập bênh được gắn với trục truyền

động.Hai nguồn điện được đưa vào

hai tiếp điểm tĩnh ,còn điện đưa vào

tải lấy ra ở tiếp điểm động,trục truyền

động nối qua hệ thống cam cơ khí

,còn cơ câu truyền động là một nam

châm điện một chiều có công suất lớn

( nam châm điện này chỉ làm việc ở

chế độ xung,tương tự như cơ cấu nam

châm điện truyền động đóng ở máy Hình I-5.Chuyển mạch kiểu bập bênh

Khâu đóng cắt

cắt) mỗi khi có xung vào nam châm điện, tiếp điểm động tác động một lần,đếnxung tiếp theo tiếp điểm động chuyển mạch từ nguồn này qua nguồn khác

Ưu điểm của chuyển mạch kiểu bập bênh này là kết cấu tương đối gọn nhẹ,tácđộng nhanh,điều khiển đơn giản.Nhược điểm của loại này là cần nguồn điềukhiển có công suất tương đối lớn ( với thời gian làm việc ngắn hạn ),tuổi thọthấp so với loại công tắc tơ và loại áp tô mát vì tiếp xúc giữa tiếp điểm động vàthanh dẫn ra tải kiểu quay

Loại chuyển mạch kiểu bập bênh này được chế tạo cho mọi cấp dòng điện,từ

400 A đến 4000 A

II.4.Mạch điều khiển của hệ thống ATS

II.4.1.Giới thiệu chung về mạch điều khiển của ATS.

Mạch điều khiển có nhiệm vụ giám sát và điều khiển hoạt động của cả hệthống ATS , mạch điều khiển phải đảm bảo phát hiện sự cố và ra lệnh điềukhiển kịp thời ,chính xác tới bộ phận chuyển mạch cũng như bộ phận khởi độngmáy phát

Với ATS lưới – lưới thì mạch điều khiển bao gồm các khâu :

• khâu nhận biết tín hiệu điện áp lưới

• khâu nhận biết điện áp máy phát

• Khâu điều khiển

• Khâu đóng cắt

Sơ đồ khối các khâu như sau :

Hình I-6.Sơ đồ khối mạch điều khiển ATS lưới – lưới

Với ATS lưới- máy phát mạch điều khiển có các khâu như sau

• Khâu phát hiện điện áp lưới

Khởi động máy phát

Khâu đóng cắt

Hình I-7 Sơ đồ khối mạch điều khiển ATS lưới – máy phát.

• Khâu phát hiện điện áp máy phát

• Khâu khởi động máy phát

• Khâu điều khiển

• Khâu đóng cắt

Sơ đồ khối của mạch như sau :

Như vậy ở ATS lưới – máy phát thì ngoài các khâu như ở ATS lưới – lưới còn

có thêm khâu khởi động máy phát Ngoài ra còn có thể có thêm các khâu nhưhiển thị ,điều chỉnh các thông số …

Chức năng của các khâu như sau :

• Khâu phát hiện điện áp lưới:Phát hiện mất pha,lệch pha,sụt áp,quá áp,mấtđiện và truyền tín hiệu tới khâu điều khiển

• Khâu phát hiện điện áp máy phát:Phát hiện điện áp máy phát đảm bảo yêucầu và truyền tín hiệu cho khâu điều khiển

• Khâu khởi động máy phát:Có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ khâu điều khiển

và thực hiện quá trình khởi động máy phát cũng như dừng máy phát.Khâu này có đặc điểm là nều khởi động một lần thành công ,nó sẽ trở vềtrạng thái chờ ban đầu Nếu khởi động không thành công ( thời gian khởiđộng thường khoảng 2 đến 5 giây ) sau một thời gian nghỉ khoảng 10 đến

20 giây lại có tín hiệu khởi động lại.Nếu khởi động 3 lần mà không thànhcông thiết bị sẽ tự động khoá lại không cho khởi động nữa

• Khâu đóng cắt:Khâu này nhận tín hiệu từ khâu điều khiển và thực hiệnviệc điều khiển đóng cắt phần chuyển mạch

• Khâu điều khiển:Là khâu duy trì nhận thông tin từ khâu nhận biết điện áplưới và điện áp máy phát,sau đó xử lý thông tin và truyền lệnh điều khiểntới khâu khởi động máy phát cũng như khâu đóng cắt,ngoài ra nó còn duytrì kiểm tra hệ thống cũng như cho biết tình trạng của hệ thống.

II.4.2 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 sửdụng 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 hiệubáo trạng thái.Đặc biệt gần đây mạch điều khiển của ATS được thiết kế bằngcác bộ điều khiển logic lập trình với nhiều tính năng như PLC, LOGO! CủaSiemens,ZEN của Omron …hoặc sử dụng các chip vi điều khiển như họ vi điềukhiển 8051, AVR …

Sau đây ta xem xét một số phương án thiết kế mạch điều khiển

1.Phương án 1.

Sử dụng các thiết bị đóng cắt điện từ như rơ le, công tắc tơ để thành lập mạchđiều 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 thốngvới nhiều rơ le công tắc tơ đóng cắt nên cồng kềnh,khi hoạt động cần phải cónăng 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 :

a ).Mạch kiểm tra điện áp lưới và máy phái.

Ở mạch này ta sử dụng 3 rơ le điện áp thấp có các cuộn dây nối với 3 pha củalưới điện Các tiếp điểm của rơ le được nối nối tiếp với nhau và nối tới nguồnđiện 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 điềukhiển

1RU< 2RU< 3RU< 2RG1 5RG1 7RG1

1RG 1RG1

2RG3

G2(KS) ThiÕt bÞ sÊy4RG2

1RT1

= 2RT1

5RG4

D

5RG 4RG

3RG 2RT

1RT 2RG

+

_ K

CC

Hình I-8.Mạch kiểm tra điện áp lưới dùng rơ le điện áp thấp.

b ).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 I – 10 Mạch tự khởi động diezel khi mất điện áp lưới

Tóm tắt hoạt động của sơ đồ như sau:

Khi mất điện áp lưới thì 1RU< ,2RU< ,3RU< trở về đóng tiếp điểm 1RGkhởi 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 nàytùy theo máy )

1RG3 : Khởi động 2RT ngăn ngừa hỏng acquy,nếu sau một khoảng thời giant’( do ta đặt )diezel không khởi động được,sẽ dừng cho đến khi nhân viên sữachữa đến kiểm tra

1RG4 : đưa điện vào thiết bị sấy , sấy nóng diezel làm dễ dàng cho việc

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 bịcho khởi động lần sau.Đồng thời 2RG đóng tiếp điểm 2RG4 đưa điện áp nguồnđến rơ le phụ RY đảm bảo cho mạch bảo vệ diezel sẵn sàng làm việc.Mặt kháckhi diezel khởi động thành công máy phát điện 1 chiều được nối với diezel sẽphát điện nạp điện cho acquy 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 vớithời gian làm việc t + t’ sẽ đóng tiếp điểm,rơ le 5RT có điện đóng tiếp điểm5RG4 để tự giữ và mở các mạch khởi động của diezel bằng các tiếp điểm5RG1,5RG2 và 5RG3.Trong sơ đồ còn có các tiếp điểm của rơ le trung gian7RG1,7RG2,7RG3 cũng là những tiếp điểm khóa mạch khởi động khi áp lựcdầu 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,sữachữa xong bật khóa K về vị trí cắt để giải trừ tự giữ,sau đó muốn khởi động trởlại bật khóa K về vị trí đóng

d ).Mạch dừng diezel khi có điện áp lưới trở lại

Sơ đồ nguyên lý của mạch được trình bày như ở hình I – 11

Sự làm việc của sơ đồ như sau : Mạch sử dụng tiếp điểm thường mở của rơ leđiện áp thấp 1RU <,2RU <,3RU< Khi điện áp lưới có trở lại,rơ le điện áp thấpđóng tiếp điểm,6RG có điện đóng 6RG1,rơ le thời gian 3RT khởi động tính thờigian,hết thời gian chỉnh định khoảng 3 phút khép tiếp điểm 3RT1 ,8RG có điệnđóng 8RG1 cho tín hiệu đến rơle khẩn cấp ER dừng diezel Mặt khác ER cũngcho tín hiệu đến.Trước đó 8RG đồng thời mở tiếp điểm 8RG2 tắt công tắc tơđiện 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 lặpđi,lặp lại nhiều lần khi điện áp lưới có tín hiệu chập chờn

SP ER

3RT

+

_ K

Hình I-11 Mạch dừng diezel khi có điện áp lưới trở lại

e ).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 I – 12

Khi xảy ra áp lực dầu bôi trơn giảm thấp dưới giá trị cho phép hoặc nhiệt độnước làm mát quá cao.Trong máy có sẵn thiết bị bảo vệ này nên chỉ cần đặtthêm rơle tự giữ 7RG,nếu xảy ra hiện tượng trên rơ le phụ RY đóng tiếp điểm7RG có điện đóng 7RG 4 để tự giữ đồng thời đồng thời mở các tiếpđiểm7RG1,7RG2,7RG3( sơ đồ mạch tự khởi động diezel ) là các mạch khởiđộng diezel Chỉ cho phép các diezel khởi động trở lại khi nhân viên sữa chữa

đã khắc phục được các hư hỏng

2RG4 4RT1

+ K

Hình I-12.Mạch dừng diezel khi áp lực dầu bôi trơn giảm thấp

và áp lực nước làm mát quá cao.

f )Mạch đóng và cắt công tắc tơ điện áp máy phát

Sơ đồ nguyên lý của mạch được trình bày như ở hình I – 13

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 1CT1đóng lại chuẩn bị cho mạch đóng công tắc tơ 2CT Sau đó diezel khởi độngvàđiện áp máy phát được thành lập,các rơ le điện áp cao 4RU >,5RU > khép tiếpđiểm dẫn đến 2RG có điện ( xem mạch khởi động máy phát ) đóng tiếp điểm2RG4,4RT khởi động sau 10s 4RT khép tiếp điểm 4RT1 ( 10s đảm bảo chomáy phát giữ điện áp cố định ) rơ le 10 RG cóđiện đóng tiếp điểm 10RG 1,cuộn2CD có điện đóng công tắc tơ 2CT,đồng thời mỏ tiếp điểm phụ 2CT3 làm cho4RT,10RG mất điện trở về,mở 10RG1 nhưng trước đó 2CT2 đã đóng để tựgiữ,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 tăngthêm độ tin cậy Khi đóng 1CT phải đồng thời mở mạch 2CT

Nguyễn Viết Lãm Lớp TBĐ-ĐT2-K4714

1C 9RG1

Hình I – 13 Mạch đóng cắt công tắc tơ điện áp máy phát

g ) Mạch đóng và cắt công tắc tơ điện áp lưới

Hình I – 14 Mạch đóng cắt công tắc tơ điện áp lưới

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 2CTra,tiếp điểm phụ thường kín 2CT1 đóng lại sẵn sàng cho mạch đóng 1CT.Đồngthời rơle 9RG đóng tiếp điểm 9RG1 cuộn đóng 1CĐ có điện đóng công tắc tơ1CT,hộ tiêu thụ được cấp điện áp từ lưới.Nút 1Đ đóng 1CT và 1C cắt 1CT bằngtay

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 cácđầu ra là rơ le điện cơ ,có tín hiệu báo trạng thái

Ưu điểm của phương án này là tính ổn định khá cao,cung cấp khả năng điềukhiển mềm dẻo hơn so với phương án 1,thiết bị được công nghiệp hóa nên gọnnhẹ,đảm bảo mỹ quan,giá thành khá rẻ vì các IC số dạng này có giá thành

Sau đây em xin giới thiệu một số mạch điện tử ứng dụng cho hệ thống ATS.

a ).Khâu phát hiện điện áp lưới và máy phát

Hình I – 15 Mạch phát hiện điện áp lưới và điện áp máy

phát dùng các phần tử bán dẫn

Khi có điện áp lưới đầu ra của khâu sẽ có mức logic 1 và ngược lại

Nếu một trong ba pha của lưới bị mất điện thì coi như mất điện ,khi đó đầu ra

sẽ có mức logic 0.Các phần tử op1 op3 làm nhiệm vụ cách ly giữa điện áp lưới

và điện áp điều khiển

R1,R2 : hạn chế dòng

R3 điện trở phân áp

R4 hạn chế dòng cho op1 ….op3

Nếu mất điện 1 trong 3 pha dẫn đến 1 trong 3 op cắt dẫn đến T1 tắt Ur6 = 0,như vậy khi mất điện hay mất pha đầu ra của khối phát hiện điện áp sẽ có mứclogic 0

b ).Khâu tạo xung nhịp

Chân 13 : cho phép đếm khi có mức logic thấp

Hình I – 16 Mạch tạo xung nhịp

Hoạt động của mạch như sau : Các vi mạch 4093 là các vi mạch tạo xung đượcghép nối với mạch dao động RC tạo tín hiệu xung nhịp đưa vào chân 14 của vimạch 4017 là chân xung nhịp ,chân 13 là chân cho phép đếm khi có mức logicthấp được nối đất Bình thường đầu ra Q9 của 4017 không tích cực nên khóatranzitor T1 nên điện áp đầu ra được giữ ở mức cao.Vi mạch 4017 sẽ đếm cácxung phát ra từ xung nhịp khi đếm đến xung thứ 10 đầu ra Q9 sẽ tích cực mứccao làm thông tranzitor T1 và điện áp đầu ra xuống mức thấp tạo một xung có

độ rộng bằng 10 xung nhịp Bằng cách thay đổi các đầu ra từ Q1 đến Q9 của

4017 ta có thể tạo được tín hiệu xung có độ rộng khác nhau

Điều chỉnh R2 ta có thể thay đổi độ rộng của xung nhịp từ 0 đến 10s

c ).Mạch khâu trễ

Sơ đồ nguyên lý của mạch khâu trễ trình bày trên hình I – 17

→ Q9 của 4027 của mức logic 1 quay trở về chân 13 cho phép dừng bộ đếmCho tới khi nào tín hiệu reset hoạt động thì bộ đếm mới trở về trạng thái banđầu.

d ).Mạch bộ nguồn ổn áp cấp cho mạch điều khiển

Sơ đồ nguyên lý của mạch ở hình I-18

Ở các mạch điều khiển dùng các linh kiện bán dẫn thì thường dùng các linh

kiện CMOS ,các linh kiện này có giải điện áp nguồn từ 3V đến 15 Vđể độ tincậy của hệ thống được đảm bảo ta chọn nguồn ổn áp 12V cho mạch điềukhiển Lợi dụng nguồn 24V từ ăcqui đề của máy phát sử dụng vi mạch ổn áp

7812 C1,C2 có nhiệm vụ dập tắt các xung nhọn phản hồi từ phụ tải về có thể

làm hỏng vi mạch 7812 ,dùng rhêm TRANZITOR T1 để đảm bảo công suất cho

phụ tải

e ).Khâu khởi động máy phát

Sơ đồ nguyên lý mạch như ở hình I – 19

Hình I-19 Mạch khâu khởi động máy phát

Nguyên lý hoạt động của mạch :

Sau khi đã đóng tiết chế ,bazo T1 có mức logic 1 làm T1 thông ,do đó

tín hiệu RESET ở chân 15 của vi mạch 4017 có mức logic 0 cho phép khởiđộng bộ đếm sau 10 xung tín hiệu tại Q1 có mức logic1.Lúc này BAZO của T3( Bazo của Tranzitor T3 được nối với đầu ra của khâu khởi động máy phát )cómức logic1 làm T3 thông → rơle R1 hút tương đương với việc ấn nút START Nếu máy phát hoạt động bình thường thì sau khi start ,bộ phát hiện có điện ởđầu ra của máy phát sẽ có mức logic 1.Làm tại chân 15 của vi mạch 4017 có

mức logic 1 RESET bộ đếm do đó Q1 có mức logic 0 rơle R1 mất điện kết thúcquá trình khởi động

Nếu lần thứ nhất khởi động không thành công Bộ phát tín hiệu điện áp máyphát sẽ có mức logic 0 ở đầu ra,tức là cho phép bộ đếm làm việc tiếp,saukhoảng thời gian 20 xung nhịp ở đầu vào với thời gian là:20.10” =20s đầu Q3của bộ đếm có mức logic 1 → BAZO của T3 có mức logic 1 → T3 thông, rơ leR1 có điện cho phép khởi động máy phát lần thứ 2.Tương tự như trên nếu lầnthứ 2 khởi động không thành công thì sau khoảng thời gian 20 xung nhịp tiếptheo ở đầu vào sẽ cho phép khởi động máy phát lần thứ 3.Nếu lần thứ 3 vẫnkhông thành công thì sau một khoảng thời gian 20 xung nhịp đầu vào tiếp theođầu ra Q7 có mức logic 1 quay trở lại chân số 13 của bộ đếm cho phép cấm bộđếm và ngừng việc khởi động máy phát.Lúc này đèn sẽ phát sáng báo hiệu sự

cố máy phát không thể khởi động được

Để phục hồi trạng thái này người vận hành phải ấn nút RESET S1 giải trừ việcbáo lỗi và hệ thống khởi động máy phát lại làm việc ở trạng thái ban đầu R1 hạnchế dòng bazơ của T1

R2 hạn chế dòng bazơ của T2

R3 phân áp cho bazo của T2 đảm bảo điện áp BE không vượt quá 0,7 V

R4 hạn chế dòng bazơ của T3

f ) Khâu bảo vệ quá dòng

Sơ đồ nguyên lý của khâu bảo vệ quá dòng được trình bày như ở hình I – 20 Khâu này nhằm giả trừ được các sự cố như ngắn mạch hay quá tải dẫn đến các

sự cố nghiêm trọng như cháy nhà,chết người

Tín hiệu dòng điện được lấy từ biến dòng AT1,AT2,AT3 qua cầu diode D1 đếnD4 chỉnh lưu qua điện trở hạn chế dòng R45 , R46 và điện trở phân áp R47 tụlọc thành phần nhấp nhô C3 đi vào đầu đảo của bộ khuyếch đại thuật toánIC1.Tín hiệu đặt dòng nhờ chiết áp Vr

Khi không có hiện tượng quá tải ,ta có U- < U+ như vậy U+ - U- >0 tín hiệu ratại chân 6 của bộ khuyếch đại thuật toán có mức logic 1 cho phép RESET bộ

đếm được chọn bởi vi mạch 4017.Khi có hiện tượng quá tải bộ khuyếch đạithuật toán lật xuống mức logic 0 tại chân 6 → tín hiệu RESET có mức logic 0cho phép bộ đếm khởi động.

Sau một thời gian quá tải cho phép bằng 4 xung nhịp tín hiệu Q4 có mức logic1.Tín hiệu này sẽ cắt các CONTACTOR K1 hoặc K2,như vậy ta sa thải phụ tải

ra khỏi lưới hay máy phát

Theo phương án này thì ta thiết lập các tín hiệu vào ra và kết nối chúng với các

bộ điều khiển lập trình.Các tín hiệu vào ra chính là tín hiệu lấy từ các khâu tínhiệu điện áp lưới,tín hiệu điện áp máy phát…Các bộ điều khiển này sẽ thực hiện giám sát,và xử lý các tín hiệu và thực hiện việc điều khiển thông qua chươngtrình phần mềm do người thiết kế lập trình và cài đặt.Ưu điểm của phương ánnày là nó cung cấp khả năng điều khiển rất mềm dẻo,ta hoàn toàn có thể thay đổilại chương trình điều khiển mà không cần phải thay đổi phần cứng mà chỉ việcviết lại chương trình mới.Mạch điều khiển loại này tác động kịp thời,chínhxác,tin cậy và dễ dàng giám sát hệ thống hơn thông qua các cổng giao tiếp,thiết

bị gọn nhẹ,dễ lắp đặt,đảm bảo mỹ quan

Tuy nhiên nhược điểm của phương án này là giá thành cao vì giá thành các bộđiều khiển loại này khá lớn Với các vi điều khiển thì giá thành rẻ hơn nhiều sovới các bộ điều khiển logic lập trình và LOGO và PLC tất nhiên là các bộ viđiều khiển thì không có đầy đủ hết các chức năng như PLC hay LOGO.

Để hiểu rõ hơn về phương án này sau đây xin giới thiệu đôi nét về các thiết bịđiều khiển logic lập trình

a).Bộ điều khiển logic lập trình PLC.

PLC( Programable Logic Controller ) là thiết bị điều khiển logic lập trìnhđược,đó là một hệ vi xử lý chuyên dụng nhằm mục tiêu điều khiển tự động cácthiết bị điện hoặc các quá trình sản xuất trong công nghiệp

Hoạt động của PLC hoàn toàn phụ thuộc vào chương trình nằm trong bộ nhớ,

nó luôn cập nhật tín hiệu ngõ vào,xử lý tín hiệu để điều khiển ngõ ra Toàn bộchương trình điều khiển được lưu nhớ trong bộ nhớ của PLC dưới dạng cáckhối chương trình và được thực hiện lặp theo chu kỳ của vòng quét

• Có thể kết nối thêm các modul để mở rộng thêm ngõ vào ra

• Độ tin cậy cao kích thước nhỏ,bảo trì dễ dàng

• Công suất tiêu thụ ít

• Có thiết bị chống nhiễu

• Tốc độ hoạt động của hệ thống nhanh hơn

Về cầu trúc phần cứng của PLC bao gồm :

• Bộ xử lý trung tâm CPU

Chứa chương trình ứng dụng và các modul giao diện nhập xuất ,nó được nốitrực tiếp đến các thiết bị I/O CPU nhận tín hiệu từ các ngõ vào,xử lý tín hiệu vàgửi tín hiệu đến thiết bị xuất

• Bộ nhớ ( ROM,RAM,EFROM):Bộ nhớ có nhiệm vụ lưu chương trìnhđiều khiển,hệ điều hành và dữ liệu.Dữ liệu có thể là:trạng thái biến vàora,kết quả chương trình tính,kết quả trung gian…

• Ngoài ra còn có các cổng vào ra và khối chức năng đặc biệt khác như

Một số nhà sản cuất PLC :

Họ PLC S7 của SIEMENS bao gồm :S7 200 , S7 300 và S7 400

PLC của Omron,Shneider …

b).Bộ điều khiển logic LOGO!.

LOGO! thực chất là một loại rơle điều khiển lập trình cỡ nhỏ được chế tạo theocác modul vạn năng.LOGO! đang được sử dụng rộng rãi phục vụ các nhiệm vụđiều khiển cỡ nhỏ trong các lĩnh vực lắp đặt điện,lắp ráp tủ đóng ngắt hạ thế nóchứa đựng tất cả các chức năng như rơle tiếp điểm,tạo trễ,rơle nhớ,rơle xung bộđếm bộ đếm,bộ phát xung đồng bộ,bộ định thời gian …Với giải pháp dùngLOGO! tiết kiệm thời gian lắp đặt,không gian tủ điều khiển thay cho các bảngmạch điều khiển ta dùng các modul chức năng

LOGO là thiết bị rất gọn nhẹ nhưng có khả năng dung lượng nhớ là khá lớn ,tínhnăng làm việc đa dạng hơn rất nhiều,phạm vi sử dụng rộng lớn hơn,số lượng đầuvào ra nhiều hơn có khả năng điều khiển cho một nhóm thiết bị công tác.Tất cảcác chức năng đó được tích hợp sẵn bên trong, ta chỉ cần dùng phím chọn và

liên kết các khâu lại với nhau tạo thành mạch điều khiển một cách dễ dàng màkhông cần phải đi dây lại.LOGO có giao diện với ngưới sử dụng gồm màn hình

và bàn phím rất tiện lợi, đồng thời dộ tin cậy khi làm việc rất cao,tác động nhanhchóng,và chúng có khả năng thông báo trạng thái đầu vào và ra.Khả năng kếtnối với các thiết bị khác như máy tính là rất tốt

LOGO đưa ra một phạm vi rộng của những ứng dụng và dự bổ dung thành côngcủa những ứng dụng rộng lớn với những tùy chọn của sự lụa chọn kết hợp 36chức năngvà liên kết chúng với trên 130 khối

LOGO kết hợp :

• Điều khiển

• Đơn vị hoạt động hiển thị

• Cung cấp nguồn

• Giao diện cho những modul chương trình cho 1 cấp PC

• Sẵn sàng sử dụng những tính năng cơ bản mà thường gặp trong nhữnghoạt động thường ngày như on/off delays …

• Công tắc thời gian

c).Chip vi điều khiển.

Bộ vi điều khiển viết tắt là Micro - controller,là mạch tích hợp trên một chip

có thể lập trình được,dùng để điều khiển hoạt động của một hệ thống theo các

tập lệnh của người lập trình,bộ vi điều khiển tiến hành đọc,lưu trữ thông tin ,xử

lý thông tin,đo thời gian và tiến hành đóng mở một cơ cấu nào đó

Về mặt cấu tạo bộ vi đìều khiển gồm có:bộ xử lý trung tâm CPU,bộ nhớchương trình,bộ nhớ dữ liệu,bộ đếm và phát thời gian,các cổng vào ra

Một số vi điều khiển có trên thị trường : 8031,8051, 8052 , AVR …

II.5.Giới thiệu một số hệ thống ATS có trên thị trường

1.Khảo sát ATS của họ máy phát SDMO.

Tùy từng loại công suất của máy,người ta có thể lựa chọn các phần tử độnglựclà APTOMAT – CONTACTOR

• Hệ điều khiển được thiết kế đồng bộ theo máy phát

• khâu phát hiện điện áp lưới và máy phát đều được thiết kế bởi các phần

tử logo rời.Trong đó có đầy đủ các chức năng như mất pha,lệch pha,sụt

áp trên 10%

• Khâu khởi động máy phát với các chức năng

o Cung cấp nhiên liệu

o Khởi động máy phát

• Khâu lựa chọn và điều khiển thiết bị đóng cắt động lực:hệ thống có chứcnăng phát hiện non tải,quá tải từ đó quyết định sa thải phụ tải hay chophép phụ tải được sử dụng nguồn dự phòng

• Thời gian khởi động tối thiểu 1’

• Thời gian chạy không tải tối thiểu 1’

Lựa chọn các thiết bị đóng

Xử Lý thông tin

• Chế độ điều khiển tự động/tay đựợc thiết kế đi cùng với máy phát chứkhông được thiết kế trong hệ thống ATS.

2.Hệ thống ATS của họ máy phát MITSUBISHI.

Hệ thống được thiết kế theo bộ điều khiển logic lập trình PLC.Về cơ bản gồmcác khối như sau :

• Phát hiện điện áp máy phát

• Phát hiện điện áp lưới

• Phát hiện mất pha,lệch pha,sụt áp,mất điện

• Khâu khởi động máy phát :

o Sấy dầu với thời gian T=10 S.đảm bảo nhiên liệu cung cấp chomáy phát được hâm nóng tới 40 C trước khi hoạt động

o Tự động cấp nhiên liệu

o Tự động khởi động máy phát

o Đối với máy phát công suất lớn có hệ thống tự động hòa đồng bộ

• Thời gian khởi động tối thiểu 2’

• Thời gian chạy không tải trước khi tắt máy tối thiểu 5’

II.6 Lựa chọn phương án thiết kế

Dựa vào những phân tích về các phương án thiết kế khối chuyển nguồn cũng như mạch điều khiển của hệ thống ATS kết hợp với khả năng của bản than.Emchọn phương án thiết kế như sau:

• Khối chhuyển mạch:Sử dụng phương án dùng chuyển mạch kiểu côngtắc tơ

• Mạch điều khiển : Lựa chọn phương án 3 với bộ điều khiển là chip viđiều khiển 8051.

II.7.Giới thiệu về máy phát điện diezel

Hình I – 21 Máy phát điện diezel

Máy phát điện sử dụng trong các thiết bị chuyển nguồn tự động ATS thườngđược sử dụng là máy phát điện diezel Máy phát diezel bao gồm một máy phátđiện được nối trục với động cơ diezel.Sau đây xin giới thiệu đôi nét về máy phátđiện diezel

1 Động cơ diezel

Động cơ diezel trong máy phát điện diezel thường là những động cơ 2 kỳ vì nó

có những ưu điểm hơn so với động cơ 4 kỳ :

• Với cùng dung tích xilanh , hành trình pittông và số vòng quay thì về lýthuyết động cơ 2 kỳ gấp 2 lần công suất so với động cơ 4 kỳ Tuy nhiêntrên thực tế do có tổn thất nên chỉ gấp 1,6 đến 1,8 lần

• Mô men của động cơ 2 kỳ nhiều hơn

• Cơ cấu phối khí của động cơ 2 kỳ đơn giản hơn nhưg chất lượng nạpthải không tôt bằng động cơ 4 kỳ

a.)Nguyên lý làm việc

Về cơ bản nguyên lý làm việc của động cơ 2 kỳ bao gồm các quá trình đượcbiểu diễn trên hình I – 21

Hình I – 22 Nguyên lý làm việc của động cơ 2 kỳ

Hành trình I: Pittông chuyển từ điểm chết trên đến điểm chết dưới,khí đã cháy

và đang cháy trong xy lanh giãn nở sinh công,Khi pittông mở cửa thải A,khícháy có áp suất cao được thải tự do ra đường thải.Từ khi pittông mở cửa quét Bcho đến khi đến điểm chết dưới,khí nạp mới có áp suất cao nạp vào xylanh đồngthời quét khí đã cháy ra cửa A

Như vậy hành trình I bao gồm các quá trình:Cháy giãn nở,thải tự do,quét khí vànạp khí mới

Hành trình II : Pittông chuyển từ điểm chết dưới lên điểm chết trên,quá trình

quét nạp vẫn tiếp tục cho đến khi pittông đóng cửa quét B.Từ đó cho đến khipittông đóng cửa thải A,môi chất trong xylanh bị đẩy qua cửa thải ra ngoài,vìvậy giai đoạn này gọi là gian đoạn lọt khí.Tiếp theo là quá trình nén bắt đầu từkhi pittông đóng cửa thải A cho tới khi nhiên liệu phun vào xylanh bật tia lửađiện.Sau một thời gian cháy trễ rất ngắn quá trình cháy sẽ xảy ra

Như vậy hành trình II bao gồm : Quét và nạp khí,lọt khí,nén và cháy

Một đặc điểm của động cơ 2 kỳ là khí nạp mới phải có áp suất Pk đủ lớn để quétkhí đã cháy ra đường thải có áp suất Pt

Về cấu tạo ta có thể xem động cơ đốt trong là một tổ hợp máy bao gồm

các cơ cấu sau đây

• Thân máy và nắp xylanh

• Cơ cầu trục khuỷu thanh truyền

b).Khởi động động cơ đốt trong

Động cơ đốt trong khác với một số động cơ khác là nó không thể tự khởiđộng được ,muốn khởi động động cơ phải cung cấp năng lượng để quay trụckhuỷu động cơ đến tốc độ vòng quay cần thiết cho động cơ nổ và tự làm việc

Có nhiều cách để khởi động động cơ loại này như : khởi động bằng acqui, khởiđộng bằng không khí nén,khởi động bằng động cơ xăng phụ,khởi động bằng sứcngười.Tuy nhiên ở đây ta chỉ nghiên cứu về cách khởi động băng acqui vì hệthống khởi động này hay được sử dụng trong các loại máy phát điện diezel sửdụng trong thiết bị chuyển nguồn ATS.Sơ đồ hệ thống khởi động của động cơđốt trong được thể hiện ở hình I – 21.Trong hệ thống khởi động này,acqui cungcấp năng lượng cho động cơ điện một chiều làm quay động cơ đốt trong khikhởi động

Hình I-23 Hệ thống khởi động bằng acqui

1.bánh đà động cơ đốt trong 2.stato 3- roto 4-vỏ động cơ điện 5-cổ góp điện trở mạch sơ cấp 7- acqui 8- khóa khởi động 9- cần khởi động 10- khớp bánh răng khởi động 11- trục động cơ điện 12-rơle điện

Khi khởi động,khóa8 đóng,rơ le điện bị hút sang trái sẽ đóng các tiếp điểm K– K và K’ – K’.Tiếp điểm K’ – K' đóng sẽ cấp điện cho động cơ điện khởiđộng,làm động cơ điện quay.Đồng thời rơ le 12 thông qua cần dẫn động 9 đẩykhớp 10 đang quay dịch về bên phải ăn khớp với vành răng của bánh đà 1,do đólàm quay trục khuỷu của động cơ đốt trong đến tốc độ quay cần thiết để khởiđộng động cơ

Khi động cơ đã nổ,tốc độ vòng quay của động cơ và đồng thời của bánh 10tăng lên rất nhanh.Khi đó nhờ kết cấu là khớp một chiều nên mô men của động

cơ đốt trong không truyền sang động cơ điện và khi này động cơ điện chỉ quayvới tốc độ không tải ngăn không cho tốc độ vòng quay của ro to quá lớn có thểphá hỏng động cơ điện

Sau khi động cơ đã khởi động xong ,khóa khởi động 8 được mở ra.Rơ le bịngắt điện và trở về vị trí ban đầu.Khớp 10 tách ra khỏi vành răng bánh đà và cáctiếp điểm K – K và K’– K’ cũng được mở ra.Động cơ điện ngừng hoạt động vàkhi này động cơ đốt trong hoàn toàn tự làm việc bình thường.

Chương II Tính chọn mạch lực

I.Sơ đồ nguyên lý mạch lực

Nguồn lưới Máy phát

BA

1.Giới thiệu chung về áp tô mát

Áp tô mát( hay còn gọi là máy cắt không khí tự động hay máy cắt hạ áp )làkhí cụ điện tự động cắt mạch điện khi có sự cố:quá tải,ngắn mạch,điện ápthấp,công suất ngược …Trong các mạch điện hạ áp có điện áp định mức đến

660 V xoay chiều và 440 V điện một chiều,có dòng điện định mức đến

6000A Những âptomt hiện đại có thể cắt được dòng điện tới 300 kA

Đôi khi máy cắt hạ áp cũng được dùng để đóng cắt không thường xuyên cácmạch điện ở chế độ bình thường

Hình II - 2 Hình ảnh về áp tô mát.

a).Yêu cầu đối với ap tô mát như sau :

1.Chế độ làm việc định mức của máy cắt hạ áp phải là chế độ làm việc dạihạn,nghĩa là trị số dòng điện định mức chảy qua lâu bao nhiêu cũng được Mặtkhác mạch vòng dẫn điện của nó phải chịu được dòng điện ngắn mạch lớn khi

có ngắn mạch lúc các tiếp điểm của nó đã đóng hay đang đóng

Áp tô mát phải chịu được dòng điện ngắn mạch lớn có thể đến vài chụckiloampe.Sau khi cắt dòng điện ngắn mạch,áp tô mát vẫn phải đảm bảo làm việctốt ở trị số dòng điện định mức

3.Để nâng cao tính ổn định nhiệt và tính ổn định điện động của các thiết bịđiện,hạn chế sự phá hoại do dòng ngắn mặch gây ra,áptômát phải có thời giancắt bé.Để thực hiện yêu cầu thao tác có chọn lọc,áp tô mát cần phải có khả năngđiều chỉnh dòng điện tác động và thời gian tác động

b).Những thông số cơ bản của áp tô mát :

• Dòng diện định mức Iđm

• Điện áp định mức Uđm.

• Dòng điện ngắt giới hạn

• Thời gian tác động

c).Về cấu tạo áp tô mát bao gồm những bộ phận chính sau đây :

• Hệ thống tiếp điểm:bao gồm tiếp điểm tĩnh và đồng và thường đượcchế tạo bằg hợp kim gốm chịu được hồ quang như:bạc - vonfram,đồng – vonfram,bạc – niken – grafphic …

• Hệ thống dập hồ quang:có nhiệm vụ nhanh chóng dập hồ quang khingắt,không cho nó cháy lặp lại

• Cơ cấu truyền động đóng cắt pá tô mát:bao gồm cơ cấu đóng cắt vàkhâu truyền động trung gian

• Phần tử bảo vệ:các phần tử bảo vệ áp tô mát bao gồm bảo vệ quá tảibằng rơ le nhiệt,bảo vệ ngắn mạch bằng rơ le dòng điện,bảo vệ sụt ápbằng rơ le điện áp,bảo vệ dòng điện dư,bảo vệ tổng hợp bằng tổ hợpmạch điện tử

2 Cách lựa chọn áp tô mát

Lựa chọn áp tô mát chủ yếu dựa vào các thông số sau :

• Dòng điện tính toán đi trong mạch điện

• Dòng điện quá tải

• Khả năng thao tác có chọn lọc

• Điện áp định mức mạch điện

Ngoài ra lựa cọn áp tô mát còn phải căn cứ vào điều kiện làm việc của phụ tải

là áp tô mát không được phép cắt khi có quá tải ngắn hạn,thường xảy ra trongđiều kiện làm việc bình thường như dòng điện khi mở máy động cơ điện,dòngđiệncực đại trong các phụ tải công nghệYêu cầu chung là dòngđiện định mứccủa các phần tử bảo vệ không được nhỏ hơn dòng điện tính toán đi

trong mạch điện.Tùy theo đặc tính và điều kiện làm việc cụ thể của phụ tảingười ta thường lựa chọn áp tô mát theo điều kiện sau :

đm U tt

S tt

I lv

I đmA

U đm.mđ - Điện áp định mức của mạng lưới điện

đmA I - Dòng điện định mức của áp tô mát

tt I - Dòng điẹn tính toán đi trong mạch điện

Ngoài ra áp tô mát còn phải kiểm tra khả năng cắt dòng ngắn mạch

I catdmA≥I N

3.Chọn lựa áp tô mát cho mạch lực.

Dòng điện tính toán:Chính là dòng điện định mức của máy phát

đm U

mf

S tt

400.3

310.500

II.Lựa chọn công tắc tơ

1.Khái niệm chung về công tắc tơ.

Công tắc tơ là khí cụ điện dùng để đóng cắt thường xuyên các mạch điện độnglực,từ xa,bằng tay hay tự động.Việc đóng cắt công tắc tơ có tiếp điểm có thểđược thực hiện bằng nam châm điện,thuỷ lực hay khí nén.Thông thường ta gặploại đóng cắt bằng nam châm điện

Về mặt cấu tạo công tắc tơ gồm các bộ phận sau:Hệ thống mạch vòng dẫnđiện,hệ thống dập hồ quang,hệ thống lò xo nhả,lò xo tiếp điểm,nam châmđiện ,vỏ và các chi tiết cách điện

2 Các tham số chủ yếu của công tắc tơ

1.Điện áp định mức:Là điện áp của mạch điện tương ứng mà tiếp điểm của côngtắc tơ phải đóng cắt

2.Dòng điện định mức:Là dòng điện định mức đi qua tiếp điểm chính của côngtắc tơ trong chế độ làm việc gián đoạn lâu dài.Nghĩa là chế độ này thời gian tiếpđiểm của công tắc tơ ở trạng thái đóng không lâu quá 8 giờ

3.Điện áp cuộn dây Ucddmlà điện áp định mức đặt vào cuộn dây

4.Số cực :lá số cặp tiếp điểm chính của công tắc tơ

5.Số cặp tiếp điểm phụ:Thường trong công tắc tơ có các cặp tiếp điểm phụthường mở và thường đóng

6.Khả năng cắt và khả năng đóng : Là giá trị dòng điện đi qua tiếp điểm chínhkhi ngắt hoặc khi đóng

7.Tuổi thọ của công tắc tơ:Là số lần đóng cắt mà sau số lần đóng cắt ấy côngtắc tơ sẽ hỏng không dùng được nữa.Tuổi thọ cơ khí là số lần đóng cắt khôngtải cho đến khi công tắc tơ hỏng.Tuổi thọ điện là số lần đóng cắt các tiếp điểm

có tải định mức

8.Tần số thao tác:Là số lần đóng cắt công tắc tơ cho phép tròng vòng một giờ.9.Tính ổn định điện động:Công tắc tơ có tính ổn định điện động nghĩa là tiếpđiểm chính của nó cho phép một dòng điện lớn nhất đi qua mà lực điện độngsinh ra không phá huỷ mạch vòng dẫn điện

10.Tính ổn định nhiệt:Công tắc tơ có tính ổn định nhiệt nghĩa là khi có dòngđiện ngắn mạch chạy qua trong khoảng thời gian cho phép,các tiếp điểm không

bị nóng chảy và hàn dính lại

3.Lựa chọn công tắc tơ

Cũng giống như áp tô mát ta chọn lựa công tắc tơ dựa vào các điều kiện vềdòng điện tính toán mà tiếp điểm của công tắc tơ phải chịu,và chọn lựa điện ápđịnh mức của nam châm điện

I đmCTT ≥I tt

Theo phần tính chọn áp tô mát thì dòng điện tính toán mà tiếp điểm công tắc tơphải chịu là : I tt =722,5A

Vậy I đmCTT ≥722,5A.

Trong đó : đmCTT I là dòng điện định mức của công tắc tơ

Ta chọn loại công tắc tơ : ( đang tìm thông số của công tắc tơ )

III.Lựa chọn dây dẫn

Có 3 phương pháp để lựa chọn dây dẫn và cáp như sau

1.Chọn tiết diện theo mật độ kinh tế của dòng điện J kt

J (A/mm2) là số Ampe lớn nhất trên 1 mm2 tiết diện kinh tế.Tiết diện chọnkttheo phương án này sẽ có lợi về kinh tế Phương án này thường áp dụng cho lướiđiện có điện áp U≥110(kV)vì trên lưới này không có thiết bị sử dụng điện trực

tiếp đấu vào,yêu cầu không chặt chẽ

2.Chọn theo theo điện áp cho phép ∆Ucp.

Phương án này lấy chỉ tiêu chất lượng điện làm điều kiện tiên quyết Vì vậythường được áp dụng cho các đường dây tải điện khá dài,khu vực nông thôn,chỉtiêu điện áp rất dễ bị vi phạm

3.Chọn theo dòng phát nóng lâu dài cho phép I cp

Phương án này tận dụng hết khả năng tải của dây dẫn và cáp và vì vậy thường

áp dụng cho lưới điện đô thị ,trong công nghiệp và sinh hoạt

Qua những phương án trên thì trong ứng dụng chọn cáp điện trong thiết bịchuyển nguồn ATS em chọn phương phán chọn cáp điện theo điều kiện dòng

điện phát nóng cho phép.Vì vậy em xin giới thiệu phương pháp chọn cáp theophương pháp này và ứng dụng trong việc chọn cáp cho hệ thống ATS.

Công thức xác định tiết diện theo I như sau: cp K1.K2.Icp ≥Itt

I - dòng điện làm việc lớn nhất lâu dài qua dây

Sau khi tính toán theo điều kiện trên phải kiểm tra lại các điều kiện kĩ thuật vàcòn phải kiểm tra điều kiện kết hợp với thiết bị bảo vệ

Nếu bảo vệ bằng cầu chì:

α

≥ dc

cp 2

I.K

Trong đó : I - dòng điện định mức cầu chì dc

α- hệ số

α=3 với mạch động lực

α= 0,8 với mạch sinh hoạt

Nếu bảo vệ bằng Áptômát:

5,1

I

25,1I

.K

ATS là không lớn do vậy em lấy K = 1 K = 1 Thay vào công thức trên và tính2

1.1

5,722K

.K

II

2 1

tt

Căn cứ vào điều kiện trên em chọn cáp loại

Thử lại điều kiện bảo vệ

Chương III

Tính chọn mạch điều khiển

I.Sơ đồ khối mạch điều khiển dự định thiết kế.

II.Tính toán và lựa chọn các phần tử cho mạch điều khiển.

Vi điềukhiển

Khâu đóng cắt Khối bàn

II.1.Khâu phát hiện mất pha ,mất điện,áp cap,áp thấp.

1.Sơ đồ nguyên lý.

Hình III – 1.Sơ đồ nguyên lý mạch phát hiện mất pha,mất điện

2.Nguyên lý hoạt động của mạch.

Xét trong một pha :

Hình III-2 : Sơ đồ nguyên lý một pha mạch phát hiện điện áp lưới

Tín hiệu điện áp lưới được đưa qua biến áp chỉnh lưu hạ áp sau đó được chỉnhlưu thành dòng điện một chiều nhờ bộ chỉnh lưu cầu và tụ lọc C san phẳng sóngđiện áp đầu ra của mạch chỉnh lưu,điện áp một chiều sau khi chỉnh lưu đượcphân áp nhờ 2 điện trở R ,1 R Tín hiệu điện áp sau khi phân áp được đưa tới đầu2

vào không đảo của khuyếch đại thuật toán A1 qua điện trở hạn chế dòng R và12được so sánh với giá trị điện áp đặt(so sánh thấp áp,mất điện )ở đầu vào đảo nhờchiết áp Vr1.Đồng thời tín hiệu này cũng được đưa tới đầu vào đảo của khuyếchđại thuật toán A2 qua điện trở hạ chế dòng R để so sánh với giá trị điện áp13đặt( So sánh cao áp )ở đầu vào không đảo nhờ chiết áp Vr2.Tín hiệu đầu ra củacác khuyếch đại thuật toán được đưa tới đầu vào của cổng AND

Các khuyếch đại thuật toán làm nhiệm vụ so sánh giá trị điện áp1chiều sau khiđược phân áp với giá trị đặt,các giá trị đặt này được lấy từ các chiết áp Vr1 vàVr2 và có thể thay đổi được.Với chú ý là điện áp nguồn nuôi Vcc+ của khuyếchđại thuật toán được nối với nguồn Vcc( Ta chọn Vcc = 5v),còn tín hiệu nguồnnuôi Vcc- được nối đất và do đó tín hiệu điện áp ra của khuyếch đại thuật toánđược xác định như sau :

Vout =Vcc+ = Vcc : khi U+ >

Vout =Vcc- = 0V : khi U- > U+

Ở trạng thái bình thường khi điện áp lưới không xảy ra sự cố ( mất điện,ápcao,áp thấp ) thì tín hiệu điện áp phân áp Vp nhỏ hơn giá trị điện áp đặt U ở2đầu vào của khuyếch đại thuật toán A2 nhưng lớn hơn giá trị điện áp đặt U ở1đầu vào A1 do đó ở đầu vào của các KĐTT A1 và A2 đều có:U- < U+ do đóđầu ra của A1 và A2 đều có mức điện áp là Vcc+ ( thực tế điện áp đầu rathường nhỏ hơn điện áp nguồn nuôi Vcc cỡ khoảng 0,5 đến 1V) tương ứng vớimức logic 1 dẫn tới đầu ra của cổng AND cũng có mức logic 1 báo tín hiệu điện

áp lưới không có sự cố

Khi có sự cố mất điện hoặc thấp áp xảy ra thì Vp < U do đó ở đầu vào của 1