Đồ án thiết kế Mạch Điều Khiển Tự Động Chuyển Nguồn Điện Dự Phòng

Ngày nay, nền kinh tế nước ta đang phát triển mạnh mẽ, đời sống nhân dân được nâng cao nhanh chóng. Nhu cầu điện năng trong các lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ và sinh hoạt tăng trưởng không ngừng. Điện năng thực sự đóng góp một phần quan trọng vào lỗ lãi của xí nghiệp. Vì thế đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện và nâng cao chất lượng điện năng là mối quan tâm hàng đầu của đề án thiết kế cấp điện cho xí nghiệp công nghiệp.Để đưa các phân tử dự trữ vào làm việc nhanh chóng và an toàn người ta thường sử dụng các thiết bị tự động đóng dự trữ, hay còn gọi là bộ đổi nguồn tự động (ATS: Automatic transfer switch). Bộ đổi nguồn tự động sử dụng phụ tải điện phòng khi xảy ra sự mất điện. Bộ đổi nguồn tự động được nối giữa 2 nguồn mạch lưới chính và mạch điện dự phòng. Khi xảy ra mất điện nguồn lưới chính, khác chuyển đổi sẽ chuyển phụ tải từ nguồn dự phòng hay là nguồn thứ hai. Chuyển đổi là tự động nếu khoá kiểu tự động hoặc phải thao tác bằng tay nếu khoá là kiểu bằng tay hoặc kiểu không tự động.Để góp phần làm sáng tỏ hiệu qủa của những ứng dụng trong thực tế của những môn học chúng em sau một thời gian học tập được các thầy cô giáo trong khoa giảng dạy về các kiến thức chuyên ngành, đồng thời nhận được sự giúp đỡ tận tình của cô Nguyễn Thúy Hằng chúng em đã chọn “THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG CHUYỂN NGUỒN ĐIỆN DỰ PHÒNG” để làm đề tài đồ án cho môn học đồ án, nhưng do thời gian, kiến thức và kinh nghiệm chúng em có hạn nên sẽ không thể tránh những sai sót.Chúng em rất mong được sự giúp đỡ,tham khảo ý kiến của thầy cô và các bạn nhằm đóng góp phát triển đề tài.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT NAM ĐỊNH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BÁO CÁO ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG CHUYỂN NGUỒN ĐIỆN DỰ PHÒNG Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thúy Hằng Sinh viên thực : Nguyễn Văn Tuấn Lớp : ĐS KTD NAM ĐỊNH NĂM 2017 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Nam Định, Ngày … tháng … năm 2017 GIÁO VIÊN NHẬN XÉT _ ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày nay, kinh tế nước ta phát triển mạnh mẽ, đời sống nhân dân nâng cao nhanh chóng Nhu cầu điện lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ sinh hoạt tăng trưởng không ngừng Điện thực đóng góp phần quan trọng vào lỗ lãi xí nghiệp Vì đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện nâng cao chất lượng điện mối quan tâm hàng đầu đề án thiết kế cấp điện cho xí nghiệp công nghiệp Để đưa phân tử dự trữ vào làm việc nhanh chóng an tồn người ta thường sử dụng thiết bị tự động đóng dự trữ, hay gọi đổi nguồn tự động (ATS: Automatic transfer switch) Bộ đổi nguồn tự động sử dụng phụ tải điện phòng xảy điện Bộ đổi nguồn tự động nối nguồn mạch lưới mạch điện dự phòng Khi xảy điện nguồn lưới chính, khác chuyển đổi chuyển phụ tải từ nguồn dự phòng nguồn thứ hai Chuyển đổi tự động khoá kiểu tự động phải thao tác tay khoá kiểu tay kiểu không tự động Để góp phần làm sáng tỏ hiệu qủa ứng dụng thực tế môn học chúng em sau thời gian học tập thầy cô giáo khoa giảng dạy kiến thức chuyên ngành, đồng thời nhận giúp đỡ tận tình cô Nguyễn Thúy Hằng chúng em chọn “THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG CHUYỂN NGUỒN ĐIỆN DỰ PHỊNG” để làm đề tài đồ án cho mơn học đồ án, thời gian, kiến thức kinh nghiệm chúng em có hạn nên khơng thể tránh sai sót Chúng em mong giúp đỡ,tham khảo ý kiến thầy cô bạn nhằm đóng góp phát triển đề tài Chúng em xin chân thành cảm ơn! CHƯƠNG I: DẪN NHẬP Chọn phương án thiết kế 1.1 Phương pháp dùng 2ACB: Đặc tả kiến trúc ACB • Closing coil – cc cuộn đóng : đonga ACB tín hiệu điện • Shunttrip –sht cuộn cắt cắt ACB tín hiệu điện • Motor drive –md motor nạp loxo Chú ý :lò xo nạp tay cách dùng cần gạt • Auxiliary switch –ax tiếp điểm phụ -NC/NO • Mechanical interlock –mi khố liên động khí • Under voltage trip deviec –uvt thiết bị tự đọng cắt máy cắt thấp điện áp định mức • Phụ liện gắn thêm khác OCV :over current relay :role bảo vệ tải OVR :over coltage relay :role bảo vệ áp • RPR :reverse power relay :role bảo vệ công suất ngược Sơ đồ kết nối ACB LS 1.2 phương pháp dùng contactor Đặc tả kiến trúc contactor: • Cuộn coil : đóng nhả contactor • Khố liên động :khốc chéo liên động contactor • Tiếp điểm phụ : dùng để thiết kế khoá chéo liên động Sơ đồ kết nối 1.3 phương pháp dùng MCCB Đặc tả kiến trúc MCCB • Motor nạp: vừa nạp lò xo đóng NCCB ln • Shunttrip: cắt MCCB tín hiệu điện • Tiếp điểm phụ : dùng để thiết kế khoá chéo liên động Sơ đồ kết nối: Ý nghĩa yêu cầu đề tài Trong tình hình kinh tế thị trường nay, xí nghiệp phải tự hoạch toán kinh doanh cạnh tranh giá sản phẩm Điện đóng vai trò to lớn quan trọng hoạt động sản xuất xí nghiệp Nếu hệ thống cung cấp điện xảy cố dẫn đến việc ảnh hưởng đến hoạt động sản xuất doanh nghiệp gây nhiều thiệt hại kinh tế Do đảm bảo độ tin cậy thiết kế cấp điện nâng cao chất lượng mối quan tâm hàng đầu đề án thiết kế cấp điện “Hệ thống chuyển đổi nguồn điện tự động” đáp ứng yêu cầu cung cấp điện liên tục cho phụ tải hạn chế thời gian điện cho phụ tải, đảm bảo trình làm việc liên tục ổn định cho xí nghiệp Giới hạn đề tài Ưu điểm nhược điểm  Ưu điểm: • giá thấp, kết cấu gọn nhẹ, dễ dàng điều khiển • khơng cần nguồn trì trạng thái đóng tiếp điểm, động chấp hành tiêu thụ công suất nhỏ khả đóng cắt tốt  Nhược điểm: • tổn hao công suất phải cấp điện để trì lực đóng tiếp điểm có chuyển động khí phức tạp, thời gian tác động lâu dùng contactor Xây dựng sơ đồ khối tổng quát SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG QUÁT HỆ THỐNG CHUYỂN ĐỔI NGUỒN ĐIỆN TỰ ĐỘNG GỒM BỘ PHẬN  Bộ điều khiển: Giám sát trạng thái điều khiển hoạt động toàn hệ thống ATS Hoạt động tự động  Hệ thống đóng điện: Đóng điện lưới/điện máy phát đến tải gửi thông tin điều khiển Hoạt động tự động  Cầu dao đảo pha (nếu có): Đấu tắt điện lưới/điện máy phát đến tải mà không thông qua hệ thống ATS Do nhân viên vận hành (chỉ sử dụng có cố) 10 Trong Côngtăctơ điện chiều người ta thường dùng cuộn thổi từ tạo từ trường, tác dụng lên dòng điện hồ quang, sinh lực điện động kéo rài hồ quang đẩy hồ quang vào buồng dập hồ quang Cuộn thổi từ thường mắc nối tiếp với tiếp điểm Khi dòng điện cắt lớn lực điện động sinh cuộn thổi từ với dòng điện hồ quang lớn, hồ quang đẩy sâu vào buồng dập hồ quang Buồng dập hồ quang chế tạo thép non tạo thành dàn dập hồ quang hay kiểu buồng dập hồ quang có khe hở hẹp với hình dáng quang co zíc zắc - Hệ thống dập hồ quang Cơngtăctơ điện xoay chiều Các Côngtăctơ điện xoay chiều thông dụng cơng nghiệp thường chế tạo có hai đoạn ngắt mạch pha Sử dụng tiếp điểm bắc cầu đặt hộp kín để dập hồ quang Để nâng cao độ tin cậy dập tắt hồ quang để giảm độ hư mòn tiếp điểm thường bổ sung biện pháp sau: + Dập hồ quang thổi từ nhờ cuộn dây đấu nối tiếp hộp dập hồ quang có khe hở hẹp Hồ quang thổi vào khe hở cọ sát vào vách bị dập tắt Hồ quang kéo dài, tốc độ lớn dễ bị dập tắt Vì khe hở hẹp, người ta bố trí thêm ngăn song song để hồ quang kéo dài qua đoạn đường quanh co zíc zắc Các ngăn thường làm samốt, stêatit ép abôximăng + Chia hồ quang thành nhiều hồ quang ngắn Hộp dập hồ quang gồm nhiều thép đồng đặt song thành nhiều hồ quang ngắn có chiều dài khoảng 2-3mm Những đoạn hồ quang 24 ngắn độc lập với không tốc độ dịch chuyển Do thời gian tồn hồ quang ngắn Cơ cấu điện từ + Mạch từ: Là lõi thép có hình dáng chữ hay chữ U Nó gồm tơn silic, có chiều dầy 0,35 mm 0,5 mm, ghép lại để tránh tổn hao dòng điện xoáy Mạch từ thường chia làm hai phần: Một phần kẹp chặt cố định(phần tĩnh), phần lại nắp(còn gọi phần ứng hay phần động) nối với hệ thống tiếp điểm( tiếp điểm động) qua hệ thống tay đòn + Cuộn dây hút: Cuộn dây có điện trở bé so với điện kháng Dòng điện cuộn dây phụ thuộc vào khe hở không khí nắp lõi thép cố định Nếu khe hở lớn (lớn) dòng điện qua cuộn dây lớn, dó khơng phép cho điện áp vào cuộn dây nắp mạch từ bị kẹt không hút xuống Các cuộn dây phần lớn Côngtăctơ tính tốn cho phép đóng cắt tới 600 lần Cuộn dây Côngtăctơ điện xoay chiều cung cấp từ lưới điện chiều Cuộn dây làm việc tin cậy ( hút phần cứng ) điện áp cung cấp cho nằm phạm vi 85110 Uđm Nếu ta gọi tủ số trị số điện áp nhà điện áp hút cuộn dây hệ số 25 trở về, hệ số đạt tới (0,60,7) Điều có nghĩa điện áp cuộn dây sụt xuống (0,60,7) trị số điện áp hút nắp bị nhả ngắt mạch điện + Cơ cấu truyền động: Phải có kết cấu cho giảm thời gian thao tác đóng ngắt tiếp điểm, nâng cao lực ép tiếp điểm giảm tiếng kêu va đập • Nắp chuyển động xoay quanh lề, tiếp điểm chuyển động thẳng có tay đòn truyền chuyển động • Nắp tiếp điểm chuyển động thẳng theo hai phương vng góc với • Nắp chuyển động thẳng, tiếp điểm chuyển động xoay quanh lề • Nắp tiếp điểm chuyển động xoay quanh lề có hệ thống tay đòn chung, trường hợp lực ép tiếp điểm lớn b Nguyên lý làm việc Côngtăctơ điện từ Sự làm việc Côngtăctơ điện từ dựa nguyên tắc lực điện từ, ta cung cấp điện áp U=(85) Uđm vào cuộn dây, sinh từ trường, từ trường tạo lực từ có lực lớn lực kéo lò xo hệ thống truyền động Nó hút lõi sắt phần động để khép kín mạch từ Hệ thống tiếp thay đổi trạng thái Nếu điều kiện bình thường, tiếp điểm đóng cho điện vào điểm mở cho điện vào cuộn dây, tiếp điểm đóng lại II Cầu chì Khái niệm: 26 Cầu chì phần tử hay thiết bị bảo vệ mạch điện cách làm đứt mạch điện Cầu chì sử dụng nhằm phòng tránh tượng tải đường dây gây cháy, nổ Phân loại: Ngoài cách đặt tên kỹ thuật có nhiều cách khác để phân loại cầu chì: Phân theo mơi trường hoạt động: -Cầu chì cao áp -Cầu chì hạ áp -Cầu chì nhiệt 27 Phân theo cấu tạo: -Cầu chì loại hở -Cầu chì loại vặn -Cầu chì loại hộp -Cầu chì ống Phân theo đặc điểm trực quan: -Cầu chì sứ -Cầu chì ống -Cầu chì hộp -Cầu chì nổ -Cầu chì tự rơi Phân theo số lần sử dụng: Có loại cầu chì dùng lần bỏ, loại khác thay dây chì để tiếp tục sử dụng có loại tự nối lại mạch điện sau ngắt mà không cần người nhờ cấu tạo chất dẻo Ký hiệu: 28 Cấu tạo: -Thành phần thiếu cầu chì dây chì mắc nối tiếp với hai đầu dây dẫn mạch điện Vị trí lắp đặt cầu chì sau nguồn điện tổng trước phận mạch điện, mạng điện cần bảo vệ thiết bị điện, -Các thành phần lại bao gồm: hộp giữ cầu chì, chấu mắc, nắp cầu chì, v.v thay đổi tùy thuộc vào loại cầu chì mục đích thẩm mỹ Nguyên lý làm việc: Khi dòng điện tăng lên giá trị định mức, dây chảy cầu chì nóng chảy bị đứt làm mạch điện bị hở, bảo vệ mạch điện đồ dùng điện, thiết bị điện không bị hư hỏng III Rơ le nhiệt Khái niệm công dụng rơ le nhiệt 29 Rơle nhiệt loại thiết bị điện dùng để bảo vệ động mạch điện khỏi bị tải, thường dùng kèm với khởi động từ, công tắc tơ Dùng điện áp xoay chiều đến 500 V, tần số 50Hz, loại Iđm đến 150A điện áp chiều tới 440V Rơle nhiệt không tác động tức thời theo trị dòng điện có qn tính nhiệt lớn phải cần thời gian để phát nóng Thời gian làm việc từ khoảng vài giây [s] đến vài phút, nên không dùng để bảo vệ ngắn mạch Muốn bảo vệ ngắn mạch thường dùng kèm cầu chảy Nguyên lý hoạt động rơ le nhiệt Dựa tác dụng nhiệt dòng điện, ngày sử dụng phổ biến rơle nhiệt có phiến kim loại kép, nguyên lí làm việc dựa khác giãn nở dài hai kim loại bị đốt nóng Phần tử rơle nhiệt phiến kim loại kép (bimetal) cấu tạo từ hai kim loại, hệ số giãn nở bé (thường dùng invar 30 có 36% Ni, 64% Fe) hệ số giãn nở lớn (thường đồng thau hay thép crôm - niken, đồng thau giãn nở gấp 20 lần invar) Hai phiến ghép lại với thành phương pháp cán nóng hàn Khi đốt nóng dòng I phiến kim loại kép uốn phía kim loại có hệ số giãn nở nhỏ hơn, dùng trực tiếp cho dòng điện qua dây điện trở bao quanh Để độ uốn cong lớn yêu cầu phiến kim loại phải có chiều dài lớn mỏng Nếu cần lực đẩy mạnh chế tạo phiến rộng, dày ngắn Cấu tạo Phần phiến kim lại kép gồm có kim loại: Tấm kim loại có hệ số giãn nở dài bé kim loại có hệ số giãn nở dài lớn 1.Phần tử phát nóng Vít bắt dây mạch động lực 31 3.Phiến im loại kép Trục quay Giá nhựa cách điện Vít điều chỉnh trị số dòng bảo vệ lò xo Đòn bẩy 10.Nút ấn phục hồi 11 Tiếp điểm động 12 Tiếp điểm tĩnh Phân loại - Theo kết cấu rơle nhiệt chia làm loại: loại hở loại kín - Theo phương thức đốt nóng rơle nhiệt chia làm loại: đốt nóng trực tiếp, đố nóng gián tiếp đốt nóng hỗn hợp - Theo yêu cầu người sử dụng chia làm loại: cực hai cực Thông số kỹ thuật Các thông số kỹ thuật bao gồm: Kiểu rơle nhiệt, kết cấu, số tiếp điểm: thường đống, thường mở; số phần tử đốt nóng; thời gian tác động; trọng lượng; kích thước 32 CHƯƠNG III : THIẾT KẾ MẠCH III.1 Mạch điều khiển nguyên lý hoạt động 33 3.1.1 Mạch điều khiển Sơ đồ mạch động lực, điều khiển 3.1.2 Nguyên lý hoạt động Tải sử dụng với nguồn điện lưới Đóng aptomat cấp điện cho mạch động lực điều khiển.Rơle trung gian có điện tiếp điểm thường đóng rơle trung gian mở nguồn mạch máy phát Rơle thời gian T1 có điện tiếp điểm mở đóng chậm sau thời gian đóng lại cấp điện cho K1 Tiếp điểm thường đóng K1 mạch máy phát mở Tiếp điểm thường mở K1 đóng lại cấp điện cho tải mạch hoạt động với nguồn lưới Trường hợp nguồn lưới bị cố đóng Aptomat cấp điện cho mạch điều khiển máy phát 34 Ấn ON Timer2 có điện sau thời gian tiếp điểm thường mở đóng chậm Timer2 có điện K2 có điện đóng tiếp điểm thường mở K2 tải làm việc với nguồn máy phát Khi cố khắc phục mạch làm việc trở lại với nguồn loại bỏ nguồn máy phát Các khâu bảo vệ : Aptomat bảo vệ q dòng Rơle kiến bảo vệ điểm khơng Bảo vệ liên động : K1,K2,R1(Rơle kiến) III.2 Một số hình ảnh hệ thống KẾT LUẬN: 35 Do thời hạn trình độ thân có hạn nên chắn thiết kế không tránh khỏi sơ xuất định Bởi em mong giáo thầy cô cộng tác bạn đồng nghiệp để thiết kế vào thực tế với hiệu cao nhất, phục vụ tốt yêu cầu sống Cuối em xin chân thành cảm ơn TS NGUYỄN THÚY HẰNG thầy cô môn bạn đồng nghiệp giúp đỡ em hoàn thành đồ án Nam Định, Ngày … tháng … năm 2017 Sinh viên: Nguyễn Văn Tuấn 36 Tài liệu tham khảo: Cơ sở khí cụ điện, Phạm Văn Chới Nguyễn Tiến Tơn, NXB Khoa học kỹ thuật, 1990 100 sơ đồ thực hành khuếch đại thuật toán, Lê Văn Doanh Võ Thạch Sơn dịch, NXB Khoa học kỹ thuật, 1994 Phần tử tự động, Nguyễn Tiến Tôn, Xưởng in chức Bách Khoa Hướng dẫn sử dụng sửa chữa máy biến áp, động máy phát công suất nhỏ, Châu Ngọc Thạch, NXB Giáo dục 1994 Thiết kế cấp điện, Ngô Hồng Quang Vũ Văn Tẩm, NXB Khoa học kỹ thuật, 1998 Bài giảng điện tử số G.S Lương Ngọc Hải Tra cứu vi mạch số CMOS-Hi, NXB Khoa học kỹ thuật Kỹ thuật vi điều khiển, Lê Văn Doanh Phạm Khắc Trương, NXB Khoa học kỹ thuật, 1998 Tự động hóa với Simatic S7-200, Phạm Xuân Minh, NXB Khoa học kỹ thuật, 1997 Catalog A.T.S hãng: Westinghouse(Anh), See Young(HQ), Kubota(japan), Merlin Gerin(France) Bảo vệ rơ le hệ thống điện, Trần Đình Long, Trần Đình Châu Nguyễn Hồng Thái, NXB Khoa học kỹ thuật Sách tra cứu transistor diode bán dẫn, K.M.Jreva, sách dịch, NXB Khoa học kỹ thuật, 1972 37 38 ... điện phòng xảy điện Bộ đổi nguồn tự động nối nguồn mạch lưới mạch điện dự phòng Khi xảy điện nguồn lưới chính, khác chuyển đổi chuyển phụ tải từ nguồn dự phòng nguồn thứ hai Chuyển đổi tự động. .. Khối mạch động lực Bao gồm nguồn nguồn dự phòng, Aptomat bảo vệ tiếp điểm đóng cắt Nguồn nguồn dự phòng Tủ điện chuyển nguồn tự động ATS sử dụng hai máy cắt ACB có tác dụng tự động chuyển đổi nguồn. .. đổi nguồn nguồn dự phòng Nguồn thường nguồn điện lưới nguồn dự phòng thường máy phát điện Khi nguồn bị gặp cố (mất pha, trung tính, thấp áp, áp….) ATS tự động chuyển sang nguồn dự phòng nguồn phục