Tài liệu Khoá luận tốt nghiệp thiết kế và chế tạo bộ chuyển nguồn tự động

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CAO ĐẲNG NIÊN KHÓA 2011 – 2014 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO BỘ CHUYỂN NGUỒN TỰ ĐỘNG (ATS: Automatic Transfer Switch) Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ Chuyên ngành: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP Giáo viên hướng dẫn: ThS. NGUYỄN VĂN SƠN Sinh viên thực hiện : LÊ THANH TỐT Mã số sinh viên: 111C660014 Lớp: C11DT01 Bình Dương, Tháng 5 Năm 2014 LỜI MỞ ĐẦU Cùng với sự đi lên mạnh mẽ của nền kinh tế nước nhà thì nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng cao đặc biệt là năng lượng điện. Nhu cầu điện năng trong các lĩnh vực công nghiệp , nông nghiệp, dịch vụ và sinh hoạt tăng trưởng không ngừng. Mạng lưới điện nước ta ngay càng được mở rộng và phát triển từ bắc tới nam để đáp ứng nhu cầu công nghiệp hoá, hiện đại hoá của đất nước. Một lực lượng đông đảo các cán bộ kĩ thuật trong và ngoài ngành điện lực đang tham gia thiết kế lắp đặt các công trình cung cấp điện. Công việc thiết kế cấp điện là một công việc khó khăn đòi hỏi những người thực hiện cần phải có trình độ cao, hiểu biết rộng về nhiều lĩnh vực ngay cả các vấn đề xã hội . Một nền kinh tế phát triển gắn liền với một nền công nghiệp phát triển cao, công nghiệp luôn là nghành tiêu thụ điện năng lớn nhất. Điện năng có ảnh hưởng quyết định đến sự tồn tại, phát triển của các xí nghiệp công nghiệp bởi vì điện năng đóng góp một phần không nhỏ đến việc định giá thành, chất lượng sản phẩm làm ra. Nếu việc cung cấp điện không đảm bảo sẽ gây ra hàng loạt hỏng hóc dẫn đến thiệt hại lớn về mặt kinh tế của doanh nghiệp. Khi chất lượng điện không tốt có thể tạo ra hàng loạt các phế phẩm làm ảnh hưởng đến thương hiệu sản phẩm. Hiện nay với nền kinh tế thị trường cạnh tranh mạnh mẽ chất lượng và giá thành là hai vấn đề hàng đầu quyết định trực tiếp đến việc hoạt động của doanh nghiệp, vì vậy được cung cấp nguồn điện có chất lượng cao luôn là mong muốn của các doanh nghiệp sản xuất. Xã hội phát triển làm cho đời sống của nhân dân nâng lên, ngành thương mại và dịch vụ ngày càng quan trọng và không ngừng mở rộng hơn. Các phụ tải trong lĩnh vực này chiếm một tỉ trọng ngày càng tăng lên và đã trở thành khách hàng quan trọng của ngành điện. Việc thi hành chính sách mở cửa thu hút khách du lịch kéo theo hàng loạt các công trình hoạt động trong lĩnh vực này như khách sạn, các siêu thị hàng hoá cùng với các trang thiết bị hiện đại. Hệ thống cấp điện cho các khách sạn siêu thị cần đảm bảo mức độ an toàn rất cao tránh gây thiệt hại lớn về người và của. Đất nước ta là một nước nông nghiệp 80% dân số sống bằng nghề nông. Cùng với công cuộc công nghiệp hoá , điện khí hoá nông nghiệp đang làm thay đổi phần nào diện mạo các vùng nông thôn nước ta. Nhu cầu sử dụng điện năng của các vùng nông thôn là một phụ tải rất lớn và không ngừng ra tăng khi đưa các máy móc vào sản xuất nông nghiệp. Điện năng tiêu thụ ở nông thôn hiện nay không chỉ hiểu đơn thuần là thắp sáng và tưới tiêu mà điện năng còn được sử dụng nhiều để chế biến bảo quản nông sản, xay sát, sửa chữa nông cụ . . . Các vùng đô thị ngoài các phụ tải phục vụ cho ngành công nghiệp, trong cuộc sống sinh hoạt lượng điện năng tiêu thụ ngày càng nhiều hơn. Hàng loạt các nhà cao tầng với các thiết bị hiện đại như máy giặt, điều hoà nhiệt độ, yêu cầu cấp điện cho các khu nhà này là khá cao tương đương với việc cấp điện cho các khách sạn. Bất cứ một hệ thống cung cấp điện nào cần phải đảm bảo được các yêu cầu cơ bản như : Mức độ tin cậy cao khi làm việc, chất lượng điện tốt, đảm bảo an toàn, tiết kiệm về mặt kinh tế. Ngoài ra còn phải dễ dàng vận hành sửa chữa. Tuy nhiên không phải lúc nào lưới điện cũng hoạt động bình thường mà luôn luôn tiềm ẩn khả năng xảy ra sự cố, có thể do nguyên nhân chủ quan hay khách quan. Để tránh các thiệt hại khi có sự cố trong mạng lưới điện cần phải có các thiết bị tự động bảo vệ ngắt mạng điện khỏi khu vực có sự cố. Các thiết bị bảo vệ ngày càng hoàn thiện và đa dạng hơn. Thông thường các thiết bị bảo vệ là các loại khí cụ điện đóng cắt một cách tự động như máy cắt, cầu chì, công tắc tơ, rơle. Hiện nay các dây truyền tự động đang được sử dụng rộng rãi dần dần thay thế sức lao động của con người. Trong vận hành lưới điện cũng vậy việc tự động hoá là rất cần thiết . Đối với các sinh viên khoa điện những người làm chủ lưới điện trong tương lai cần phải biết thiết kế, chế tạo, vận hành các thiết bị trong lưới điện. Đặc biệt với các sinh viên năm cuối, đồ án thiết kế tốt nghiệp là một cơ hội để tìm hiểu sâu hơn về lĩnh vực hoạt động của mình trong tương lai đồng thời là bước đệm để làm việc sau khi ra trường. Bản thân em được nhà trường, khoa điện ^ điện tử và thầy hướng dẫn đã giao đề tài thiết kế và chế tạo mạch chuyển nguồn tự động ATS. Với đề tài thiết kế này cần phải tuân thủ theo các yêu cầu đã nêu ở phía trên. Với sự nỗ lực của bản thân và sự tận tình chỉ bảo, hướng dẫn đặc biệt là thầy Nguyễn Văn Sơn em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình theo đúng tiến độ đã định. Nội dung đồ án gồm 3 chương: ^ Chương 1 : Tổng quan về thiết bị chuyển nguồn tự động ATS. ^ Chương 2 : Các phương án chon mạch động lực. ^ Chương 3 : Thiết kế và chế tạo mạch điều khiển. Mặc dù đã rất cố gắng nhưng với trình độ chuyên môn, kinh nghiệm và thời gian còn hạn chế nên bản đồ án không tránh khỏi những sai sót. Em rất mong được sự nhận xét, đánh giá của các thầy cô trong bộ môn để bản đồ án hoàn chỉnh hơn. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS.Nguyễn Văn Sơn đã tận tình hướng dẫn em hoàn thành đồ án này. Bình Dương, ngày 20 tháng 5 năm 2014. Sinh viên thực hiện Lê Thanh Tốt Chương 1: TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ CHUYỂNNGUỒN TỰ ĐỘNG ATS 1.1. Tính cấp thiết của đồ án: Trong quá trình vận hành và sử dụng lưới điện không thể tránh khỏi các sự cố mà mức độ thiệt hại do sự cố gây ra có thể là rất lớn, thậm chí còn nguy hiểm đến tính mạng con người. Do vậy cần thiết phải hạn chế mức thấp nhất những thiệt hại của sự cố gây ra. Khái niệm sự cố ở đây có thể được hiểu bao gồm : Mất điện, mất pha, lệch pha, cao áp, thấp áp quá trị số cho phép . Ngày nay trong công nghiệp cũng như trong sinh hoạt hằng ngày có các loại phụ tải không được phép mất điện hay có sự cố dù chỉ trong một thời gian ngắn, vì điều đó có thể gây thiệt hại nghiêm trọng về người và của. Ví dụ như nguồn điện cấp cho các thiết bị cấp cứu trong các bệnh viện nếu xảy ra 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 với hệ thống SCADA ( hệ thống kiểm tra điều khiển và thu thập dữ liệu) khi mất điện thì toàn bộ số liệu theo dõi và quá trình điều khiển đều không hoạt động được, các công trình quan trọng cấp quốc gia như : Hội trường quốc hội, nhà khách chính phủ, ngân hàng nhà nước, đại sứ quán các nước, khu quân sự, sân bay, hải cảng…Một số công trình trong lĩnh vực giáo dục, thương mại, du lịch, dịch vụ, như : trường học, bưu chính viễn thông, các khách sạn cấp cao, khu trung tâm thương mại, các siệu thị hàng hoá. Đối với tất cả các phụ tải tiêu thụ đặc biệt này cần phải được cấp điện một cách liên tục để tránh gây ra các thiệt hại. Lúc đó ngoài nguồn chính là lưới điện ra các tải tiêu thụ loại này cần xây dựng một nguồn dự phòng để đề phòng khi có sự cố với nguồn điện chính . Tương ứng với nó cần phải có một thiết bị thực hiện việc cấp nguồn liên tục cho phụ tải đặc biệt này đó là thiết bị chuyển nguồn tự động ATS (Automatic Transfer Switch ). 1.1.1. Thiết bị tự động chuyển nguồn ATS : Thiết bị tự động chuyển nguồn ATS có tác dụng khi điện lưới mất thì máy phát tự động khởi động và đóng điện máy phát cho phụ tải. Khi điện lưới phục hồi thỡ hệ thống tự chuyển nguồn trở lại và tự động tắt máy phát. Khái niệm nguồn bị sự cố bao gồm: ^ Mất nguồn. ^ Mất pha. ^ Ngược thứ tự pha. ^ Không đối xứng 3 pha. ^ Điện áp cao hoặc thấp hơn trị số cần thiết. Nguồn dự phòng ở đây có thể là một điện lưới lấy từ đường dây khác hoặc nguồn dự phòng là một máy phát diezen. Tuỳ theo tính toán kinh tế, kĩ thuật của các hộ tiêu thụ mà sử dụng nguồn dự phòng cho hợp lý. Khi nguồn dự phòng là lưới khác ta có ATS lưới ^ lưới, nếu nguồn dự phòng là máy phát diezen ta có ATS lưới ^ máy phát. Nhìn chung hai loại ATS này cơ bản là giống nhau, tuy nhiên trong thiết kế, chế tạo cũng như hoạt động thì ATS lưới ^ máy phát có phức tạp hơn do có thêm bộ phận khởi động máy phát diezen. Mặt khác còn có thể xảy ra sự cố với máy phát điện nên yêu cầu phải có bộ phận bảo vệ máy phát. Vì vậy khi thiết kế ATS lưới^ máy phát cần phải đảm bảo thực hiện được các yêu cầu sau: ^ Khi lưới có sự cố với bất kì lý do gì phải phát lệnh khởi động máy diezen và chuyển tải cho nguồn dự phòng khi chất lượng điện ở đầu ra của máy phát đạt yêu cầu. ^ Khi có điện lưới trở lại, kiểm tra mức độ ổn định của lưới và chuyển tải trở về lưới khi nguồn đã đủ thời gian ổn định. Sau khi chuyển tải máy phát chạy không tải trong một thời gian làm mát máy và sau đó tự động dừng . * Ngoài ra, tủ chuyển đổi nguồn tự động (ATS) có chức năng bảo vệ khi Điện Lưới bị sự cố như:mất pha, mất trung tính, thấp áp (tuỳ chỉnh) thời gian chuyển đổi có thể điều chỉnh. * Quy cách chọn tủ ATS: ^ Phù hợp với công suất máy, các thiết bị đóng cắt, bảo vệ. ^ Phù hợp với môi trường nhiệt đới, không khí nhiễm muối ven biển và hải đảo. ^ Bảo đảm các yêu cầu về tính năng điều khiển. ^ Bảo đảm cho người và thiết bị. * Chức năng hoạt động của tủ ATS: ^ Bảo vệ máy phát , do có thời gian trễ giữa việc cắt MC máy phát và đóng MC điện lưới nờn máy phát được bảo vệ an toàn . ^ Bảo vệ phụ tải , do nguồn điện lưới được kiểm tra , nếu đảm bảo mới đóng điện lưới cho tải ^ Tự động gửi tín hiệu khởi động máy khi: điện lưới mất hoàn toàn, mất pha, hoặc điện áp thấp hơn giá trị cho phép (giá trị này có thể điều chỉnh được). ^ Thời gian chuyển đổi sang nguồn máy phát tùy chọn , nhưng >5s , để đảm bảo điện máy phát đó ổn định. ^ Khi điện lưới phục hồi, bộ ATS chuyển phụ tải sang nguồn lưới. Máy tự động tắt sau khi chạy làm mát 1^15 phút. ^ Có khả năng vận hành tự động hoặc bằng nhân công. ^ Điều chỉnh được các khoảng thời gian chuyển mạch. ^ Có hệ thống đèn chỉ thị. Cụ thể là : * Hiển thị : Mặt tủ : ^ Đèn MAIN AVAILABLE : đèn báo điện lưới. ^ Đèn GEN AVAILABLE : đèn báo điện máy phát. ^ Đèn MAIN ON LOAD : báo đang cấp điện lưới cho tải.. ^ Đèn GEN ON LOAD : báo đang cấp điện máy phát cho tải. Trong tủ : ^ Đèn GOOD MAIN : đèn báo điện lưới nằm trong phạm vi cho phép. ^ Đèn GOOD GEN : đèn báo điện máy phát nằm trong phạm vi cho phép. ^ Đèn ERROR: đèn báo điện lưới không đạt. ....... và một số đèn báo khác. * Công tắc điều khiển: ^ Chuyển mạch MAIN – AUTO – GEN ( chế độ của ATS ) + MAIN : đóng điện lưới cho tải không điều kiện. + GEN : đóng điện máy phát cho tải không điều kiện. + AUTO : chạy tự động hoàn toàn. ^ Chuyển mạch AUTO – OFF – TEST ( chế độ của máy phát ). + TEST : chạy máy phát bất kể điện lưới thế nào. + AUTO : chạy tự động hoàn toàn. + OFF : tắt máy phát hoàn toàn. * Các thông số có thể điều chỉnh được bởi người sử dụng : Phần ATS : ^ Ngưỡng bảo vệ thấp áp của điện lưới ( Main Voltage Sensing ). ^ Thời gian trễ để kiểm tra điện lưới đó hoàn toàn ổn định khi có điện trở lại ( Ret ranfer ). ^ Thời gian trễ đóng điện lưới cho tải ( Tranfer ). ^ Thời gian chờ nóng máy phát ,điện máy phát ổn định để đóng điện máy phát cho tải ( Warm up ). ^ Thời gian chờ làm nguội máy phát rồi tắt ( Cool down ) Phần AUTO START MODULE ( tựy chọn ). ^ Thời gian trễ khởi động máy phát , hoặc làm nóng máy phát ( Delay start – Preheat ). ^ Chọn số lần khởi động máy phát ( Select starting times ). ^ Thời gian khởi động ( Start ). ^ Thời gian nghỉ giữa các lần khởi động ( Idle ). ^ Thời gian cấp tín hiệu dừng máy ( Stop – với loại Stop output ). == > Tủ ATS EAC bảo hành cực kỳ uy tính. * Giản đồ hoạt động cơ bản của tủ ATS : Hình I.1 1.1.1.1. Sơ đồ cấu trúc của hai loại ATS : KĐ DZ MBA MBA ĐK MBA AP2 AP1 SS1 SS2 ĐK G AP1 AP2 SS 1 CM SS2 CM Tới tải Tới tải a b Hình I.2 Sơ đồ khối của ATS ^ MBA : máy biến áp nguồn. ^ AP1, AP2 : áptômát nguồn. ^ SS1, SS2 : Các bộ so sánh. ^ ĐK : khối điều khiển. ^ CM : khối chuyển mạch. ^ KĐ : Khối khởi động máy diezen. ^ ĐZ : máy phát. ^ G : máy phát điện. * Chức năng các khối : + SS : Khối so sánh thực hiện chức năng theo dõi , giám sát các thông số của nguồn cung cấp và so sánh các thông số đó với giá trị ngưỡng đặt trước và đưa ra tín hiệu cho khối điều khiển. + ĐK : Khối điều khiển nhận tín hiệu từ đầu ra của bộ so sánh và tác động 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. + KĐ : Khối khởi động máy phát diezen khi nhận được tín hiệu của bộ điều khiển. + AP1, AP2 : Hai áp tô mát bảo vệ nguồn khi có sự cố quá tải hay ngắn mạch. 1.1.1.2. Nguyên lý hoạt động của ATS : * ATS lưới ^ lưới : Cấu trúc của loại ATS này được thể hiện trên hình vẽ I.2 a ATS lưới ^ lưới hoại động rất đơn giản, khi chất lượng nguồn điện chính không đạt lúc đó bộ so sánh cấp tín hiệu cho khối điều khiển tác động đến khối chuyển mạch chuyển tải từ lưới chính sang lưới dự phòng. Khi lưới điện chính phục hồi trở lại ATS tiến hành kiểm tra chất lượng nguồn điện chính nếu đủ tiêu chuẩn thì cấp tín hiệu chuyển tải trở lại nguồn chính. Sơ đồ thời gian hoạt động của nó như sau : Mất lưới Lưới chính phục hồi Đưa tải trở về lưới chính Chuyển tải t1 t2 Hình I 3 + Giải thích hoạt động của sơ đồ : Ban đầu tải được cấp điện bằng nguồn chính thông qua MBA1 khi lưới chính bị sự cố như mất nguồn, mất pha… Lúc đó khối điều khiển của ATS nhận tín hiệu sự cố và xử lí nó đồng thời ATS cũng kiểm tra chất lượng điện nguồn còn lại. Nếu chất lượng nguồn dự phòng tốt thì ATS sẽ tạo khoảng thời gian trễ t1 (5 giây) để khẳng định lưới chính gặp sự cố thực sự không hay chỉ là sự cố thoáng qua. Sau đó tạo tín hiệu cho cơ cấu chấp hành tác động chuyển tải sang nguồn dự phòng. Khi tải đang làm việc với nguồn dự phòng mà lưới chính phục hồi trở lại ATS xử lí tín hiệu này đồng thời tạo khoảng thời gian trễ t2 (5 ÷ 10 giây) để đảm bảo rằng nguồn chính đã ổn định có thể đưa vào vận hành. Sau đó ATS tác động đến cơ cấu chuyển mạch đưa tải trở lại lưới chính. Và ATS tiếp tục theo dõi hoạt động của các nguồn điện bình thường. * ATS lưới ^ máy phát : Một trong những nhược điểm lớn nhất của ATS lưới^lưới là khi xảy ra sự cố của hệ thống như hư hỏng trạm biến áp trung gian, hoặc mất điện áp nguồn lúc đó nguồn dự phòng không còn tác dụng. Do vậy để bảo đảm việc chủ động cấp điện cho các phụ tải quan trọng cấp quốc gia như hội trường quốc hội, ngân hàng nhà nước, trung tâm điện toán, khu quân sự… (nếu mất điện có thể nguy hiểm đến kinh tế và an ninh quốc gia) người ta thường xây dựng nguồn dự phòng là máy phát diezen. Tương ứng với nó ta có loại ATS lưới ^ máy phát. Cấu trúc của loại này được biểu diễn trên (Hình I.3 b).. Đối với ATS lưới ^ máy phát việc hoạt động phức tạp hơn ATS lưới ^ lưới vì có thêm bộ phận khởi động diezen. Khi tín hiệu từ bộ (SS1) báo nguồn chính có chất lượng không đạt yêu cầu nghĩa là có sự cố, bộ điều khiển (ĐK) sẽ truyền tín hiệu cho bộ khởi động máy phát, điện áp máy phát được thành lập. Nếu chất lượng điện áp máy phát đảm bảo bộ (SS2) cấp tín hiệu cho bộ điều khiển (ĐK) và chuyển mạch (CM) tác động chuyển tải từ lưới chính sang máy phát. Khi lưới phục hồi sau một khoảng thời gian trễ bộ điều khiển sẽ tác động lên bộ chuyển mạch, tải lại được chuyển về nguồn chính. Từ thời điểm chuyển tải, máy phát chạy không tải một thời gian để làm mát máy rồi tự tắt. Quá trình hoạt động được cho trên giản đồ thời gian sau : Lưới Mất lưới Chuyển tải Lưới phục hồi Chuyển tải trở lại Máy phát Dừng MF t1 t2 Khởi động MF t3 t4 *Giải thích hoạt động của sơ đồ: + Khi lưới có sự cố lúc đó ATS tạo khoảng trễ t1 (5 giây) khoảng thời gian từ khi có sự cố đến khi khởi động diezen để đảm bảo rằng nguồn lưới có sự cố thực sự hay chỉ là sự cố thoáng qua. + Khi điện áp máy phát đạt đến Uf =0.8 Uđm lúc đó bộ SS2 sẽ tính khoảng thời gian t2 (20 ÷ 25 giây) sau đó thực hiện việc cấp tín hiệu điều khiển cho bộ chuyển mạch chuyển tải sang nguồn dự phòng. + Khi lưới điện phục hồi trở lại bộ định thời gian trong SS1 sẽ hoạt động tính thời gian t3 (5 giây) để đảm bảo chắc chắn rằng lưới đã phục hồi và ổn định trở lại. Sau đó chuyển tải trở lại lưới. + Sau khi chuyển tải trở lại lưới ATS tính thời gian t4 (300 giây) cho máy phát chạy không tải để làm mát máy, sau thời gian t4 máy phát dừng lại. Khi khởi động máy phát diezen cần chú ý bộ khởi động của nó cần phải đảm bảo các đặc điểm sau đây: + Nếu khởi động lần 1 thành công nó lại trở về trạng thái ban đầu . Nếu khởi động không thành công (thời gian khởi động 3 ÷ 5 giây) cần cho máy nghỉ khoảng 10 ÷ 20 giây lại có tín hiệu khởi động lại. + Nếu khởi động 3 lần không thành công lúc đó thiết bị sẽ tự động khoá lại không khởi động nữa. Với ATS lưới ^máy phát cần có thêm mạch bảo vệ máy phát. Khi xảy ra sự cố máy phát như mất áp lực dầu bôi trơn, nhiệt độ nước làm mát quá trị số cho phép, lồng tốc, hỏng kích từ, cổ góp… thì phát lệnh dừng máy chờ khắc phục sự cố . 1.2. Cấu tạo chung của ATS : Một thiết bị tự động bất kì nào thông thường cũng có cấu tạo theo cấu trúc sơ đồ khối như sau : ĐL ĐK CH + ĐL : Khối đo lường đảm nhận việc thu các tín hiệu đầu vào và biến đổi nó thành các đại lượng thuận lợi cho việc tác động tiếp sau. Tín hiệu vào khối đo lường thường là liên tục còn tín hiệu ra là các đại lượng rời rạc. + ĐK : Khối điều khiển nhận tín hiệu từ đầu ra khối ĐL xử lí tín hiệu này và đưa ra lệnh tác động đến cơ cấu chấp hành. + CH : Khối chấp hành thực hiện việc tác động theo lệnh của cơ cấu điều khiển. Ngoài các khối cơ bản trên một số thiết bị tự động còn có thêm cơ cấu phản hồi khi chất lượng yêu cầu cao. Đối với thiết bị tự động chuyển nguồn ATS lưới ^ máy phát cũng được cấu tạo gồm có hai phần riêng biệt đó là phần mạch động lực và phần mạch điều khiển. Phần mạch điều khiển gồm có bộ phận đo lường và bộ phận điều khiển đối tượng chấp hành. Cơ cấu chấp hành chính là các cơ cấu chuyển mạch. 1.2.1. Khối chuyển mạch : Khối chuyển mạch của ATS có nhiệm vụ chuyển tải từ nguồn này sang nguồn khác khi có tín hiệu từ khối điều khiển (chế độ tự động) hoặc theo ý muốn của người vận hành (thao tác bằng tay). Yêu cầu của khối này là phải có công suất chuyển mạch lớn (có thể đóng được dòng điện lớn gấp vài lần dòng định mức), thời gian chuyển mạch nhanh, độ tin cậy cao, đơn giản, gọn nhẹ, dễ vận hành bảo dưỡng. Hiện nay khối chuyển mạch thường được thực hiện theo 3 nguyên lý sau: + Dùng công tắc tơ. + Dùng áp tô mát. + Dùng công tắc kiểu bập bênh. Với ATS lưới ^ lưới phần chuyển mạch thường có 3 cực, chỉ chuyển mạch phần có điện áp (ba pha), còn trung tính thì chung cho cả 2 nguồn. Với ATS lưới ^máy phát, ATS thường có 4 cực, chuyển mạch cả trung tính. 1.2.1.1. Chuyển mạch dùng hai công tắc tơ : Công tắc tơ là loại khí cụ điện dùng để đóng, cắt thường xuyên các mạch động lực từ xa bằng tay hoặc tự động .Với chuyển mạch kiểu công tắc tơ sử dụng hai công tắc tơ được nối vào hai nguồn điện và chúng được nối liên động với nhau cái này đóng thì cái kia ngắt. Hiện nay chuyển mạch kiểu công tắc tơ chỉ được chế tạo với dòng định mức đến 800A.Ưu điểm loại chuyển mạch này chính 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 trong cuộn nam châm điện để là hoạt động duy trì lực đóng tiếp điểm . Sơ đồ kí hiệu : Tới tải Hình I. 5 1.2.1.2. Chuyển mạch dùng hai áp tô mát : Áp tô mát là loại khí cụ điện tự động ngắt mạch điện khi có sự cố quá tải , ngắn mạch, thấp áp. Đôi khi áp tô mát cũng sử dụng để đóng cắt không thường xuyên các mạch điện ở chế độ bình thường. Chuyển mạch kiểu áp tô mát gồm 2 áp tô mát (không sử dụng các phần tử bảo vệ vì bảo vệ quá tải , ngắn mạch) đấu ngược nhau, được nối liên động với nhau về mặt cơ khí thông qua tay gạt như hình vẽ sau : Hình I 6 Khi chuyển mạch, áp tô mát này đóng thì áp tô mát còn lại mở. Để thực hiện việc chuyển mạch trong trường hợp này người ta dùng động cơ chấp hành một pha qua hộp giảm tốc và hệ thống tay biên cơ khí biến chuyển động quay thành chuyển động thẳng của tay gạt đóng cắt áp tô mát. Đối với thiết bị chuyển mạch kiểu này có bộ truyền động cơ khí phức tạp , thời gian tác động chậm hơn khi dùng công tắc tơ (do động cơ quay qua bộ giảm tốc). Ưu điểm chính 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 (cỡ vài chục woát), khả năng đóng cắt tốt. Loại này thường được chế tạo với dòng điện định mức đến khoảng 1600A. * Sơ đồ kí hiệu : Hình I 7 1.2.1.3. Chuyển mạch kiểu bập bênh : Chuyển mạch kiểu bập bênh có nguyên lý hoạt động giống như cầu dao đảo chiều, với hai tiếp điểm tĩnh hai bên. Tiếp điểm động kiểu bập bênh nằm giữa hai tiếp điểm tĩnh và 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 được nối qua hệ thống cam cơ khí, còn cơ cấu truyền động ở đây là một nam châm điện một chiều có công suất lớn và làm việc ở chế độ xung. Mỗi khi xung điện được đưa vào cuộn dây nam châm điện tiếp điểm động tác động một lần đến xung tiếp theo tiếp điểm động chuyển mạch từ nguồn này sang nguồn khác. Kết cấu chuyển mạch kiểu bập bênh có ưu điểm là gọn nhẹ, tác động nhanh và điều khiển đơn giản. Nhược điểm của nó là cần nguồn điều khiển có công suất lớn, thời gian làm việc ngắn hạn, tuổi thọ (số lần thao tác) thấp so với loại chuyển mạch dùng công tắc tơ hay áp tô mát do tiếp xúc giữa tiếp điểm động và thanh dẫn ra tải là tiếp xúc động kiểu quay. Cũng giống như áp tô mát chuyển mạch kiểu bập bênh không cần cuộn dây duy trì tiếp điểm. Hiện nay tiếp điểm loại này thường được sử dụng rộng rãi và với mọi cấp dòng điện từ 400^4000A. Sơ đồ kí hiệu : Hình I 8 * Ví dụ về chuyển mạch kiểu bập bênh : ! " Hình I 9 1. Đầu vào lưới 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 ưu nhược 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 dễ vận hành bảo dưỡng , cơ cấu càng gọn nhẹ càng tốt. Trên thực tế hiện nay thường dùng kiểu chuyển mạch bập bênh. 1.2.2. Phần mạch điều khiển : Trong bất kì một hoạt động tự động nào cũng cần phải có một mạch điều khiển để chỉ huy việc thực hiện hoạt động đó. Tuỳ theo công việc đơn giản hay phức tạp mà các mạch điều khiển tương ứng cũng đơn giản hay phức tạp theo. Mạch điều khiển phải đảm bảo thực hiện chính xác công việc đã định trước, nó được xây dựng từ các linh kiện thiết bị tự động như rơle, các mạch điện tử hay tích hợp IC số. Một mạch điều khiển thông thường bao gồm các khối : Đo lường và khối điều khiển. Đối với ATS mạch điều khiển hoạt động chuyển nguồn gồm: + Khối đo lường so sánh thực hiện việc theo dõi giám sát các thông số hoạt động lưới điện và máy phát diezen, so sánh nó với trị số đặt, cấp tín hiệu sự cố cho khối điều khiển. +Khối điều khiển cần phải đảm bảo rằng ATS hoạt động theo đúng giản đồ thời gian trên hình I.3, I.4. Đối tượng điều khiển ở đây chính là các loại chuyển mạch đã nêu trên, do vậy mạch điều khiển cần phải cấp được tín hiệu cho các cơ cấu truyền động của bộ chuyển mạch. Với chuyển mạch là công tắc tơ mạch điều khiển cần đưa điện vào cuộn dây nam châm khi lưới có sự cố . Với chuyển mạch kiểu aptomat mạch điều khiển cần đưa điện vào cuộn dây động cơ. Với chuyển mạch kiểu bập bênh cần cấp tín hiệu xung nối nguồn cho nam châm điện một chiều. Trên hình I.2 ta thấy rằng mạch điều khiển của ATS gồm có hai khối so sánh (SS1, SS2) và khối điều khiển (ĐK), đối với ATS lưới ^ máy phát còn có thêm bộ phận khởi động máy diezen. Hiện nay công nghệ điện tử bán dẫn đang ngày càng phát triển mạnh mẽ và tỏ rõ ưu việt của nó. Các mạch điều khiển được thiết kế từ các linh kiện điện tử bán dẫn gọn nhẹ làm việc chính xác không quán tính. Ngoài ra công nghệ kỹ thuật số ra đời đã mang lại sức mạnh to lớn cho ngành tự động, các thiết bị tự động sử dụng kỹ thuật số ngày càng nhiều. Những thiết bị có khả năng lập trình được như PLC, vi điều khiển LOGO cũng được sử dụng rộng rãi trong mạch tự động. Đối với thiết bị chuyển nguồn tự động ATS ta hoàn toàn có khả năng dùng các linh kiện trên để phục vụ hoạt động của nó. Chương 2: CÁC PHƯƠNG ÁN CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC 2.1. Đại cương về mạch động lực của ATS : 2.1.1. Khái niệm : Mạch động lực (cơ cấu chấp hành) của ATS là bộ phận thực hiện các thao tác đóng cắt khi nó nhận được lệnh từ mạch điều khiển gửi tới. 2.1.2. Nhiệm vụ: ^ Khi nhận được tín hiệu từ mạch điều khiển thì mạch động lực phải tác động kịp thời, chính xác. ^ Trong phần điện của mạch động lực phải có khoá liên động điện hoặc liên động về cơ khí. Hoặc liên động cả về điện và cơ khí . ^ Độ tin cậy của cơ cấu chấp hành phải đảm bảo ngay cả khi nguồn nuôi dao động, tuổi thọ thiết bị phải đủ lớn. ^ Phần mạch điều khiển mạch động lực, cơ cấu truyền động của mạch động lực phải tin cậy và càng đơn giản càng tốt. ^ Phải có hệ thống điều khiển bằng tay trong mạch điều khiển (kiểu điều khiển điện ^ cơ bằng tay) hoặc điều khiển trực tiếp cơ cấu truyền động cơ khí của cơ cấu chấp hành bằng tay thông qua cần gạt, núm vặn. ^ Phải có tín hiệu hiển thị các trạng thái đóng cắt của cơ cấu chấp hành. 2.2. Chọn phương án mạch động lực : 2.2.1. Phương án dùng 2 áp tô mát hai ngã truyền động đóng cắt bằng động cơ 1 pha: * Sơ đồ mạch động lực :