Thiết kế chế tạo bộ chuyển đổi nguồn điện tử không dán đoạn

Thiết kế chế tạo bộ chuyển đổi nguồn điện tử không dán đoạn Được sử dụng ở các trung tâm thương mại, chung cư, cao ốc, văn phòng, bệnh viện, sân bay, hay ở các khu công nghiệp như nhà máy, nhà xưởng công nghiệp ... Nơi có các phụ tải yêu cầu phải cấp điện liên tục, độ tin cậy cung cấp điện cao. Tủ ATS cũng được sử dụng trong dân dụng hay công nghiệp nơi hay có sự cố mất điện lưới đột ngột. Áp dụng vào đời sống xã hội ngày nay Biết thêm kiến thức về nghề của mình theo học để mai sau áp dụng vào công việc sau này Hoàn thành 1 môn học do thầy trường đhspkthy rao và hướng dẫn thực hiện

M c ụ l c ụ

LỜI NÓI ĐẦU 2

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 3

Chương1:Linh kiện sử dụng 4

1.1 Bộ chuyển đổi nguồn(ATS) 4

2.1 Timer 6

Cấu tạo của timer: 7

Nguyên lý hoạt động của timer: 8

Phân biệt các loại timer? 9

Ứng dụng off delay vào điều khiển chiếu sáng khu vực công cộng cho các công trình nhà cao tầng 11

 3 Aptomat 11

1/ Phân loại theo cấu tạo: 12

2/ Phân loại theo chức năng: 12

3/ Phân loại theo số pha / số cực: 13

4/ Phân loại theo dòng cắt ngắn mạch: 13

5/ Phân loại theo khả năng chỉnh dòng: 13

1- Nguyên lý hệ thống tủ điện ATS 19

19

1.1 Sơ đồ khối 19

2-Mục đích thực hiện 21

3-Kết quả thực hiện 22

KẾT LUẬN 23

TÀI LIỆU THAM KHẢO 24

LỜI NÓI ĐẦU

Cùng với sựphát triển của nền kinh tế và khoa học kỹ thuật trên conđường công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước Ngành điện tử nói chung

đã có những bước tiến vượt bậc và mang lại những thành quả đáng kể Đểthúc đẩy nền kinh tế của đất nước ngày càng phát triển, giàu mạnh thì phảiđào tạo cho thế hệ trẻ có đủ kiến thức để đáp ứng nhu cầu ngày càng caocủa xã hội Đòi hỏi phải nâng cao chất lượng đào tạo thì phải đưa ra cácphương tiện dạy học hiện đại vào trong giảng đường, trường học có như vậythì trình độ của con người ngày càng cao mới đáp ứng được nhu của xã hội.Trường ta là một trong số những trường đã rất trú trọng đến việc hiện đại hoátrang thiết bị nhằm nâng cao hiệu cũng như giúp sinh viên có khả năng thực

tế cao

Để các sinh viên có tăng khả năng tư duy và làm quen với công việc thiết kếchế tạo chúng em đã được giao cho thực hiện đồ án:”Thiết kế chế tạo bộchuyển đổi nguồn điện tử không dán đoạn ‘’ nhằm củng cố về mặt kiến thứctrong quá trình thực tế

Sau khi nhận đề tài, nhờ sự giúp đỡ tận tình của giảng viên hướng dẫn cùngvới sự lỗ lực cố gắng của cả nhóm, sự tìm tòi, nghiên cứu tài liệu, đến nay đồ

án của chúng em về mặt cơ bản đã hoàn thành Trong quá trình thực hiện dù

đã rất cố gắng nhưng do trình độ còn hạn chế kinh nghiệm còn ít nên khôngthể tránh khỏi sai sót Chúng em mong nhận được sự chỉ bảo giúp đỡ vàđóng góp ý kiến của các thầy cô giáo trong khoa để đồ án của chúng em ngàycàng hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

…

Hưng Yên, ngày … tháng… năm 2020

Chương1:Linh kiện sử dụng 1.1 Bộ chuyển đổi nguồn(ATS)

Việc chuyển đổi có thể hoạt động theo chế độ tự động (Auto) hoặc điềukhiển bằng tay ( Handy - Manual)

- Khi có sự cố xảy ra (mất pha, thấp áp, quá áp, mất nguồn) trên nguồn điệnlưới chính, ATS có nhiệm vụ :

Ngưng cung cấp nguồn lưới chính vào phụ tải

Khởi động động cơ sơ cấp (động cơ máy phát điện)

Đóng nguồn điện cung cấp từ máy phát vào phụ tải

- Khi nguồn điện lưới có lại trong tình trạng ổn định, nhiệm vụ của ATS lúc đólà:

Ngắt nguồn cung cấp từ máy phát khỏi phụ tải

Đóng lại nguồn điện lưới vào tải

Tạo tín hiệu dừng động cơ sơ cấp (động cơ máy phát điện) của máy phát,sau một thời gian tổ máy phát vận hành tại trạng thái không tải

Phân loại:

- Theo nguồn chính và nguồn dự phòng:

ATS chuyển đổi hai nguồn: một nguồn chính và một nguồn dự phòng ATS chuyển đổi ba nguồn: hai nguồn chính và một nguồn dự phòng

- Theo khí cụ điện thì được phân loại như sau:

động chuyển tải sang hệ thống điện chính Ta có thể coi cả ATS và máy phátđiện đều là hệ thống cung cấp điện khẩn cấp tự động Nó có thể chuyển tảiđiện trong giai đoạn đầu tiên ví dụ như việc chiếu sángkhẩn cấp, cung cấpđiện khẩn cấp, thiết bị chữa cháy Nó cũng là các thiết bị giúp cung cấp điệnkhẩn cấp cho nhưng nơi quan trọng như bệnh viện, ngân hàng, viễn thông,sân bay, đài truyền hình

Phân loại

Khi muốn phân loại hệ thống ATS thì ta thường căn cứ vào các loại khí cụđiện động lực đóng ngắt Ta sẽ phân ra làm 3 loại chính gồm:

- Đầu tiên là ATS dùng contactor 3 cực hoặc 4 cực

- Hai là ATS dùng Change over hay Motorized CB

- Ba là ATS dùng máy cắt không khí ACB

Những ưu và nhược điểm của ATS

- Đầu tiên là ATS dùng contactor

Ưu điểm: giá thành thấp, có kết cấu gọn nhẹ, dễ điều khiển

Nhược điểm: Hao tốn công suất và ta phải cấp điện để có thể duy trì được lựcđóng tiếp điểm

- Hai là ATS dùng Change over hay Motorized CB

Ưu điểm: Không giống như ATS dùng contactor thì ATS dùng CB không cầnnguồn để có thể duy trì trạng thái đóng tiếp điểm, cùng với nó là động cơchấp hành tieu thụ công suất nhỏ, khả năng đóng cắt tốt

Nhược điểm: Đi kèm với những ưu điểm trên thì nó có bộ chuyển động cơphức tạp, thời gian lâu hơn khi dùng ATS contactor

2.1 Timer

Hình 2.1Timer (rơle thời gian) là thiết bị có tiếp điểm (đóng lại hoặc mở ra) chậm hơn

so với thời điểm nhận (được) tín hiệu điều khiển Thiết bị này có thể điềuchỉnh độ trì hoãn về thời gian của RTG Timer được dùng trong các sơ đồ bảo

vệ và tự động, trong những hệ thống điều khiển các quá trình công nghệ.Timer còn có chức năng tạo ra thời gian duy trì cần thiết khi truyền tín hiệu từthiết bị này sang thiết bị khác

Cấu tạo của timer:

Nam châm điện

Gồm có cuộn dây điện áp 12, mạch từ tĩnh 11, lõi thép động 10 và lò xo 9 Nónhận điện áp từ nguồn điện thao tác Tức là nguồn cấp cho mạch điện khốngchế

Cơ cấu thời gian

Gồm có bánh răng dẫn động (23) nối cứng với thanh hãm (4) Bánh răng nàytruyền động nhờ lò xo (18) và truyền chuyển động cho bánh răng (22) để làmquay tiếp

điểm động (21) Bộ phận chính của cơ cấu thời gian là hệ thống các bánhrăng (16), (15), (13) nối tới trục quay tiếp điểm động bởi bánh ma sát (17) Nólàm quay bánh răng 3 để truyền chuyển động tới cơ cấu con lắc gồm bánhcóc (14), móc (1) và quả rung (2) Cơ cấu con lắc để giữ cho tốc độ quay củatiếp điểm động là đều, tương tự như ở cơ cấu đồng hồ

Tiếp điểm chính

Gồm có đầu tiếp xúc tĩnh (22) và đầu tiếp xúc động (21) Ngoài ra, nó còn lạihai tiếp điểm phụ đóng, cắt không thời gian: tiếp điểm thuận (5 – 8) và tiếpđiểm nghịch (5 – 7)

Hình 2.2Nguyên lý hoạt động của timer:

ON DELAY

Khi cấp nguồn vào cuộn dây của timer ON DELAY, các tiếp điểm tác động không tính thời gian chuyển đổi trạng thái tức thời (Các tiếp điểm thường đóng hở ra, thường hở đóng lại) Các tiếp điểm tác động có tính thời gian không đổi Sau khoảng thời gian đã định trước, các tiếp điểm tác động có tínhthời gian sẽ chuyển trạng thái Trạng thái đó sẽ được duy trì trạng thái này.Khi ngưng cấp nguồn vào cuộn dây, tất cả các tiếp điểm lập tức trở về trạng thái ban đầu

Kí hiệu tiếp điểm có tính thời gian:

 Tiếp điểm thường mở, đóng chậm, mở nhanh

 Tiếp điểm thường đóng, mở chậm, đóng nhanh

OFF DELAY

Khi cấp nguồn vào cuộn dây của timer OFF DELAY, các tiếp điểm tác động tức thời và duy trì trạng thái này

Khi ngưng cấp nguồn vào cuộn dây, tất cả các tiếp điểm tác động không tính thời gian trở về trạng thái ban đầu Tiếp sau đó một khoảng thời gian đã định trước, các

tiếp điểm tác động có tính thời gian sẽ chuyển về trạng thái ban đầu

 Tiếp điểm thường mở, đóng nhanh, mở chậm

 Tiếp điểm thường đóng, mở nhanh, đóng chậm

Phân biệt các loại timer?

 Timer điện tử

Timer cơ

Hình 2.4 Timer cơ Autonics

 Timer 24h : dòng timer tuần hoàn 24h có tính năng đơn giản Vì vậy thiết bị này được sử dụng rất nhiều trong hệ thống chiếu sáng và nhiều ứng dụng khác

Hình 2.5 Timer 24h

Ứng dụng off delay vào điều khiển chiếu sáng khu vực công cộng cho các công trình nhà cao tầng

Các khu vực công cộng như hành lang chung cư, cầu thang bộ là những vị trí mà mọi người đều có quyền sử dụng chung Vì vậy hệ thống chiếu sáng phải hoạt động 24/24 Chính vì vậy bài toán đặt ra ở đây là làm thế nào để kiểm soát được các đèn chiếu sáng khu vực này Từ đó có thể vừa tiết kiệm, vừa tiện dụng

Hiện nay hầu hết các công trình ở Việt Nam đều chưa có giải pháp hợp lý cho các khu vực công cộng này Một số cách vận hành của những bóng đèn này bao gồm:

 Các đèn khu vực này hiện nay được bật 24/24

 Có công tắc tại vị trí hành lang, cầu thang để mọi người tự điều khiển

 Ban quản lý tòa nhà sẽ bật tắt các bóng đèn này theo thời gian nào đó

 3 Aptomat

 Aptomat là tên thường gọi của thiết bị đóng cắt tự động (cầu dao tự động) Trong

tiếng Anh thiết bị đóng cắt là Circuit Breaker (viết tắt là CB) Aptomat có chức năng bảo vệ quá tải và ngắn mạch trong hệ thống điện Một số dòng Aptomat có thêm chức năng bảo vệ chống dòng rò được gọi là aptomat chống rò hay aptomatchống giật Aptomat đôi khi còn được gọi theo cách ngắn gọn là Át

Hình 3.1 AptomatPhân loại Aptomat:

1/ Phân loại theo cấu tạo:

- Aptomat dạng tép MCB (Miniature Circuit Breaker): bảo vệ quá tải và ngắn mạch

Hình 3.2 Aptomat dạng tép MCB của hãng LS

- Aptomat dạng khối MCCB (Moulded Case Circuit Breaker): bảo vệ quá tải và ngắn mạch

Hình 3.3 Aptomat dạng khối MCCB của hãng Mitsubishi

2/ Phân lo i theo ch c năng: ạ ứ

- Aptomat thường (bảo vệ quá tải, ngắn mạch): MCB, MCCB

- Aptomat chống rò: RCCB (Residual Current Circuit Breaker – aptomat chống dòng rò dạng tép), RCBO (Residual Current Circuit Breaker with Overcurrent Protection – aptomat chống dòng rò và bảo vệ quá tải dạng tép), ELCB (Earth Leakage Circuit Breaker – aptomat chống dòng rò và bảo vệ quá tải dạng khối)

- Aptomat 1 pha + trung tính (1P+N): 2 cực

5/ Phân lo i theo kh năng ch nh dòng: ạ ả ỉ

- Aptomat có dòng định mức không đổi Ví dụ MCCB NF400-SW 3P 400A của

Mitsubishi có dòng định mức 400A không thay đổi được

- Aptomat chỉnh dòng định mức Ví dụ MCCB NF400-SEW 3P 400A của Mitsubishi có dòng định mức điều chỉnh được từ 200A - 400A

Trong bài viết này sẽ giới thiệu về Aptomat thường MCB và MCCB

Cấu tạo Aptomat:

Aptomat (MCB hay MCCB) thường được chế tạo có hai cấp tiếp điểm (tiếp điểm chính và hồ quang) hoặc ba tiếp điểm (chính, phụ, hồ quang)

Khi đóng mạch, tiếp điểm hồ quang đóng trước, tiếp theo là tiếp điểm phụ, sau cùng

là tiếp điểm chính Khi cắt mạch thì ngược lại, tiếp điểm chính mở trước, sau đến tiếpđiểm phụ, cuối cùng là tiếp điểm hồ quang Như vậy hồ quang chỉ cháy trên tiếp điểm

hồ quang, do đó bảo vệ được tiếp điểm chính để dẫn điện Dùng thêm tiếp điểm phụ

để tránh hồ quang cháy lan vào làm hư hại tiếp điểm chính

Hình 3.4 C u t o áptomat ấ ạ

Nguyên lý hoạt động của Aptomat:

Ở trạng thái bình thường sau khi đóng điện, Aptomat được giữ ở trạng thái đóng tiếpđiểm nhờ móc 2 khớp với móc 3 cùng một cụm tiếp điểm động Bật Aptomat ở trạng thái ON, với dòng điện định mức nam châm điện 5 và phần ứng 4 không hút

Khi mạch điện quá tải hay ngắn mạch, lực hút điện từ ở nam châm điện 5 sẽ hút phầnứng 4 xuống làm bật nhả móc 3, móc 5 được thả tự do, lò xo 1 được thả lỏng, kết quảcác tiếp điểm của Aptomat được mở ra, mạch điện bị ngắt.

Các thông số kỹ thuật của Aptomat:

- In: Dòng điện định mức Ví dụ: MCCB 3P 250A 36kA, In = 250A.

- Ir: là dòng hoạt động được chỉnh trong phạm vi cho phép của Aptomat Ví dụ

aptomat chỉnh dòng 250A có thể điều chỉnh từ 125A đến 250A

- Ue: Điện áp làm việc định mức.

- Icu: Dòng cắt ngắn mạch là khả năng chịu đựng dòng điện lớn nhất của tiếp điểm

trong 1 giây

- Icw: Khả năng chịu dòng ngắn mạch trong 1 đơn vị thời gian.

- Ics: khả năng cắt thực tế khi xảy ra sự cố của thiết bị Khả năng này phụ thuộc vào

từng nhà sản xuất do công nghệ chế tạo khác nhau Ví dụ cùng một hãng sản xuất nhưng có 2 loại MCCB là Ics = 50% Icu và Ics = 100% Icu

- AT: Ampe Trip (dòng điện tác động)

- AF: Ampe Frame (dòng điện khung) Ví dụ NF250A 3P 200A và NF250A 3P 250A đều

có AF = 250A nhưng một cái sẽ tác động khi dòng vượt quá AT = 200A, một cái sẽ tác động khi dòng vượt quá AT = 250A Thông số AT/AF cho biết độ bền của tiếp điểm đóng cắt Ví dụ Aptomat 250AT/400AF sẽ có độ bền cao hơn Aptomat 250AT/250AF,

kích thước aptomat 400AF cũng lớn hơn, giá thành cao hơn

- Characteritic cuver: là đường cong đặc tính bảo vệ của CB (đường cong chọn lọc của

CB) Đây là thông số rất quan trọng, quyết định cho việc chọn CB ở vị trí nào trong hệ thống điện

- Mechanical/electrical endurace: Số lần đóng cắt cơ khí cho phép/ số lần đóng cắt

Hình 3.5 MCCB - Aptomat dạng khối Mitsubishi

(Cầu dao tự động dạng khối Mitsubishi)

Hình3.6 MCB - Aptomat dạng tép LS:

(Cầu dao tự động dạng tép LS)

Hình 3.7 MCCB - Aptomat khối LS:

(Cầu dao tự động dạng khối LS)

Hình 3.8

ACTI9 MCB - Aptomat dạng tép Schneider: (Cầu dao tự động dạng tép Schneider)

Hình 3.9 ACTI9 MCB - Aptomat dạng tép Schneider: (Cầu dao tự động dạng tép Schneider)

Chương2:Thiết kế chế tạo/lắp ráp

1- Nguyên lý hệ thống tủ điện ATS

1.1 Sơ đồ khối a.Nguyên lý hệ thống tủ điện ATS

* Khi lưới điện bị một trong các sự cố sau: mất pha, mất trung tính, thấp áp (tùychỉnh, cài mặc định 170VAC) thì tủ ATS gởi tín hiệu về cho máy phát điện thực hiệnviệc khởi động Khi máy đã vận hành ổn định và điện máy phát ra đạt giá trị cho phépthì tủ ats tiếp tục trì hoản thêm một thời gian để làm nóng máy – Warm Up Timer(Thời gian này tùy chỉnh theo yêu cầu từng loại máy, mặc định là 10 giây) Lúc thờigian này kết thúc thì tủ ATS tự động đóng nguồn điện máy cung cấp ra phụ tải

* Lúc lưới điện bình thường trở lại (Đạt tiêu chuẩn yêu cầu về pha và điện áp) thì tủATS tiến hành giám sát thêm một thời gian – Restore Timer (Thời gian này tùy chỉnhtheo yêu cầu thực tế, mặc định là 10 giây) Khi kết thúc khoảng thời gian này tủ ATStiến hành cắt phụ tải ra khỏi nguồn điện máy Kế đến thực hiện tiếp thời gian trễđóng lưới điện vào phụ tải – Transfer Timer (tùy chỉnh, mặc định là 5 giây) Kết thúcthời gian này tủ ats điều khiển đóng lưới điện ra cho phụ tải sử dụng trở lại Khi lưới

điện đã cung cấp ra phụ tải thì tủ ATS duy trì cho máy phát điện tiếp tục vận hànhkhông tải thêm một thời gian – Cooling Down Timer (Thời gian này tùy chỉnh theo yêu cầu từng loại máy, mặc định là 15 giây) rồi mới tín hiệu về để dừng máy phátđiện nhằm làm tăng tuổi thọ cho máy.

Trong trường hợp cần thiết người sử dụng có thể cài đặt hệ thống vận hành theo nhucầu thông qua công tắc MODE SWITCH cụ thể như các chế độ sau:

Vị trí AUTO : cài đặt hệ thống vận hành ở chế độ tự động

Vị trí MAIN : chọn đóng nguồn lưới điện cấp ra phụ tải theo chế độ bằng tay

Vị trí GEN : chọn đóng nguồn Điện máy cấp ra phụ tải theo chế độ bằng tay

Vị trí OFF : cài đặt hệ thống ở chế độ dừng (ngừng cung cấp điện ra phụ tải)

Tủ ATS trang bị các đèn báo trạng thái vận hành của hệ thống cụ thể như sau:

Đèn MAINS AVAILABLE sáng, báo nguồn lưới điện có giá trị cho phép

Đèn MAINS ON LOAD sáng, báo nguồn lưới điện đang cấp cho phụ tải

Đèn GENSET AVAILABLE, sáng báo nguồn Điện máy có giá trị cho phép

Đèn GENSET ON LOAD sáng, báo nguồn Điện máy đang cấp cho phụ tải

Tủ điện ATS luôn bao gồm hệ thống chuyển đổi nguồn điện và máy phát điện côngnghiệp, từ đó trong bất kỳ trường hợp nào thì tủ điện cũng luôn sẵn sàng tự độngchuyển mạch điện tới vị trí cần nguồn điện

cung cấp cho phụ tải từ máy phát điện

 Khi điện lưới có trở lại, tủ điện ATS có nhiệm vụ kế nối phụ tải với nguồn điệnchính và ngắt máy phát điện dự phòng

nhiều máy phát điện cùng lúc để đảm bảo nguồn điện không bị gián đoạn

b Nhiệm vụ chính của ATS:

- Khi có sự cố xảy ra (mất pha, thấp áp, quá áp, mất nguồn) trên nguồn điện lướichính, ATS có nhiệm vụ:

+ Ngưng cung cấp nguồn lưới chính vào phụ tải + Khởi động động cơ sơ cấp (máy nổdiesel)

+ Đóng nguồn điện cung cấp từ máy phát vào phụ tải