LỜI NÓI ĐẦU
Như chúng ta đã biết, điện năng được truyền tải từ các nhà máy phát điện đến các
phụ tải thì cần phải qua các trạm biến áp. Việc truyền tải điện từ lưới đến các hộ dùng
điện có thể xảy ra sự cố trên dường dây cung cấp như: Mất pha do đứt dây hoặc bị ngược
pha, hoặc điện áp và dòng điện khác trị số danh định do quá tải hoặc bị ngắn mạch. Các
sự cố này phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như hỏng đường dây cung cấp do thời tiết mưa
bão, đỗ cây vào đường dây, cũng có thể xảy ra sự cố ở các trạm biến áp, và đặt biệt là sự
cố đường dây 500KV vào ngày 22/5 gây mất điện toàn bộ 22 tỉnh, thành khu vực miền
nam. Hiện tượng mất điện do các sự cố đó không thể xảy ra đối với các phụ tải đặc biệt
yêu cầu cấp điện 24/24 giờ như: Bệnh viện, văn phòng chính phủ, hội trường quốc hội,
ngân hàng nhà nước, đại sứ quán, khách sạn cao cấp, Do vậy, cần phải có nguồn dự
phòng để khi xảy ra sự cố nguồn đang được sử dụng thì ta đưa nguồn dự phòng vào phụ
tải và cắt nguồn dự phòng ra khỏi lưới. Nhưng để giảm thời gian mất điện của phụ tải
tránh những hậu quả đáng tiếc xảy ra, nguồn điện dự phòng nhất thiết phải đi kèm với
thiết bị tự động đổi nguồn A.T.S (Automatic Transfer Switch). Với đồ án thiết kế bộ tự
động chuyển đổi nguồn A.T.S Lưới-Máy phát.
Toàn bộ thuyết minh của bản thiết kế này được chia làm 3 phần:
Phần A: Tổng quan về hệ thống ATS
Phần B: Tìm hiểu về PLC – LOGO
Phần C: Ứng dụng thiết kế bộ chyển nguồn tự động ATS
Chương I: Tính toán chọn mạch động lực
Chương II: Thiết kế mạch điều khiển
Xin chân thành cảm ơn!.
Nhóm sinh viên thực hiện.
Đồ án học phần 2A Trang 1
GVHD: Lê Ngọc Tuân Đồ án: Thiết kế bộ tự động chuyển đổi nguồn ATS
LỜI CẢM ƠN
Trong suốt thời gian thực hiện Đồ án môn học tại trường Đại Học Công Nghiệp
TP. HCM, với sự giúp đỡ của quý Thầy (Cô ) và giáo viên hướng dẫn đã chỉ dạy chúng
em về mọi mặt và nhất là trong thời gian thực hiện đề tài, nên đề tài đã được hoàn thành
đúng thời gian quy định. Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn đến :

……………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………
TP.HCM, Ngày…….Tháng……Năm 2013
Giáo viên hướng dẫn
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
Đồ án học phần 2A Trang 3
GVHD: Lê Ngọc Tuân Đồ án: Thiết kế bộ tự động chuyển đổi nguồn ATS
……………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………
TP.HCM, Ngày…….Tháng……Năm 2013
Giáo viên phản biện
MỤC LỤC
Đồ án học phần 2A Trang 4

Là một thiết bị lập tức cấp điên cho phụ tải khi lưới điện chính có chất lượng
không đạt yêu cầu .Thiết bị cấp nguồn liên tục chỉ dùng cho các phụ tải đặc biệt quan
trọng cần nguồn liên tục như thiết bị cấp cứu ngành y tế, máy tính cá nhân trung tâm điện
toán… UPS được chế tạo với dãy công suất từ vài trăm W đến vài trăm KW, đáp ứng
cho các loại phụ tải khác nhau. Công suất của UPS phụ thuộc vào nguồn dự phòng
(thường là accqui ) và công suất của các bộ biến đổi . Dung lượng của nguồn accqui
thường không được lớn nên thời gian cấp nguồn của UPS thường là không được dài khi
phụ tải mất điện lâu dài thì sau một thời gian làm việc nào đó để giải quyết nhiệm vụ cấp
thiết , sau đó UPS dừng làm việc. Hiện nay thường có 2 loại UPS là loại có chuyển
mạch và loại không chuyển mạch. Sơ đồ khối của 2 loại UPS này như hình vẽ dưới :
CL
CM
Tải
NL
CL
NL
Lọc
Tải
Lưới Lưới
Đồ án học phần 2A Trang 6
GVHD: Lê Ngọc Tuân Đồ án: Thiết kế bộ tự động chuyển đổi nguồn ATS
AQ AQ
a. Loại có chuyển mạch b. Loại không chuyển mạch
HÌNH 1
AQ : Khối accqui
CL : Khối chỉnh lưu
NL : Khối nghịch lưu
CM : Khối chuyển mạch
Lọc: Khối lọc thành phần sóng bậc cao
Loại UPS có chuyển mạch (hình 1.a) .Khối AQ được nạp qua chỉnh lưu và ở trạng

đó cắt dừng máy phát điện dự phòng.
HÌNH 2: SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG ATS
HỆ THỐNG
ATS
NGUỒN ĐIỆN
LƯỚI
(MAIN UTILITY)
Việc chuyển đổi phụ tải từ nguồn điện lưới chính sang nguồn máy phát dự phòng (
hay ngược lại ) hoạt động theo chế độ tự động (nếu chọn trạng thái hoạt động AUTO cho
hệ thống ATS) hoặc điều khiển bằng tay (nếu hệ thống ATS vận hành ở chế độ HANDY
hay MANUAL). Sơ đồ khối của hệ thống Tủ ATS (loại có hai nguồn cung cấp vào ATS)
có thể được mô tả trong (hình 2).
2.2. Các nhiệm vụ của ATS
Đồ án học phần 2A Trang 8
MÁY PHÁT ĐIỆN
DỰ PHÒNG
(GENERATOR)
PHỤ TẢI
LOAD
GVHD: Lê Ngọc Tuân Đồ án: Thiết kế bộ tự động chuyển đổi nguồn ATS
Các nhiệm vụ của ATS được liệt kê như sau :
 Khi có các sự cố xảy ra (mất pha, thấp áp ,quá áp , mất nguồn) trên nguồn điện
lưới chính , ATS có nhiệm vụ :
 Ngừng cung cấp nguồn lưới chính vào phụ tải.
 Khởi động động cơ sơ cấp (máy nổ Diesel ).
 Đóng nguồn điện cung cấp từ máy phát vào phụ tải.
 Trong quá trình máy phát đang cung cấp cho phụ tải (thay thế cho nguồn lưới
chính đang xãy ra sự cố) ; bây giờ nguồn điện lưới có lại trong tình trạng ổn định,
nhiệm vụ của ATS lúc đó là :
 Ngắt nguồn điện cung cấp từ máy phát khỏi phụ tải

sản xuất không cấp bách ,lúc đó cho máy vận hành trong thời gian đủ giải
quyết vấn đề quan trọng thì cho máy dừng lại.
2.3. Sơ đồ cấu trúc của hai loại ATS
ĐK
KĐ
DZ
SS1
SS2
MBA
CB1
CB2
CM
ĐK
G
SS2
CM
SS 1
MBA
a
b
Tới Tải
Tới Tải
Đồ án học phần 2A Trang 10
MBA
CB2
CB1
GVHD: Lê Ngọc Tuân Đồ án: Thiết kế bộ tự động chuyển đổi nguồn ATS
HÌNH 3: SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HAI LOẠI ATS
MBA : Máy biến áp nguồn
CB1 ,CB2: Aptomat nguồn

GVHD: Lê Ngọc Tuân Đồ án: Thiết kế bộ tự động chuyển đổi nguồn ATS
Ta có thể phân loại ATS dựa theo một trong các tiêu chuẩn như sau:
 Tiêu chuẩn phân loại theo cấp dòng điện định mức qua các khí cụ động lực
đóng cắt chính lắp đặt trong hệ thống ATS.
 Số lượng nguồn điện chính và dự phòng cung cấp cho phụ tải.
 Tiêu chuẩn phân loại theo loại khí cụ điện động lực đóng cắt chính dùng trong
tủ ATS.
Khi phân loại hệ thống ATS căn cứ theo chủng loại khí cụ đóng cắt, ta có thể có
các dạng sau :
 ATS dùng contactor 3 cực (poles) hay 4 cực. Dòng điện định mức của các
contactor có thể có lên đến 1600A.
 ATS dùng loại Change over switch hay Motorized CB,
 ATS dùng ACB (Air Circuit Breaker: Máy ngắt không khí)
Trường hợp căn cứ theo số lượng nguồn điện cung cấp cho phụ tải ( nguồn lưới
chính và nguồn máy phát dự phòng ) hệ thống ATS có thể bao gồm các dạng sau :
 ATS dạng chuyển đổi hai nguồn : lưới điện chính và máy phát điện dự phòng
cho phụ tải.
 ATS dạng chuyển đổi ba nguồn : hai nguồn điện lưới ( nguồn ưu tiên 1 và
nguồn ưu tiên 2 ) và máy phát dự phòng.
III. Nguyên lý hoạt động của ATS
1. ATS lưới - lưới:
Cấu trúc của loại ATS này được thể hiện trên ( hình 3.a ) ATS lưới - lưới hoạt động
rất đơn giản, khi chất lượng nguồn chính không đạt lúc đó bộ so sánh thu tín hiệu sự cố
so sánh các thông số đó với các giá trị ngưỡng đặt trước ngưỡng nếu sai khác giá trị định
mức tín hiệu sẽ được cấp cho khối điều khiển tác động đến khối chuyển mạch chuyển tải
sang nguồn còn lại. Khi lưới điện chính phục hồi trở lại ATS tiến hành kiểm tra chất
lượng nguồn điện chính nếu đủ tiêu chuẩn cấp tín hiệu chuyển tải trở lại nguồn chính.
 Sơ đồ thời gian hoạt động của nó như sau :
Đồ án học phần 2A Trang 12
0-5 giây

bộ không khởi động được hoặc sẽ gây quá tải với các thiết bị quay kéo tải lớn, hệ thống
chiếu sáng không đủ sáng. Lúc này ATS phải phát tín hiệu khởi động máy ĐIEZEL sau
5s (để tránh dao động của lưới). Khi điện áp 3 pha mất đối xứng quá mức cho phép, quá
điện áp, không đúng thứ tự pha ATS cũng phát tín hiệu khởi động máy, trong trường hợp
này lưới vẫn còn nhưng chất lượng điện không tốt ảnh hưởng đến các quá trình làm việc.
Khi quá điện áp sẽ gây hư hỏng cách điện các thiết bị dùng điện trong mạng. Khi ngược
thứ tự pha tạo từ trường nghịch làm các động cơ 3 pha quay ngược gây thiệt hại.
Đồ án học phần 2A Trang 13
Hình 4
GVHD: Lê Ngọc Tuân Đồ án: Thiết kế bộ tự động chuyển đổi nguồn ATS
Khi đó khối SS1 sẽ thu tín hiệu sự cố so sánh với ngưỡng và cấp tín hiệu cho khối
ĐK , bộ ĐK sẽ tác động tới bộ khởi động máy DIEZEL. Khi khởi động máy DIEZEL
thành công điện áp ra của máy phát được thành lập. Nếu chất lượng điện áp đảm bảo và
đạt đến khoảng 0.8 U
đm
, thời gian trong khối ĐK sẽ tính thời gian khoảng 1- 25s rồi cấp
tín hiệu cho bộ chuyển mạch để chuyển tải cho nguồn dự phòng là máy phát .
Khi điện lưới có điện trở lại để đảm bảo chắc chắn rằng lưới đã phục hồi ổn định
bộ thời gian trong SS1 sẽ tính thời gian khoảng 5- 30 p. Sau đó cấp tín hiệu cho khối ĐK
tác động chuyển tải trở lại lưới.
Sau khi chuyển tải cho lưới máy phát chạy không tải một khoảng thời gian làm
mát tuỳ theo công suất , thời gian đã làm việc của máy phát và nhiệt độ của nó mà
khoảng này có thể dài hay ngắn sau đó tự động dừng lại.
 Quá trình hoạt động được cho trên giản đồ thời gian sau :
Hình 5
Lưới phục hồi
Chuyển Tải
Mất lưới
Lưới
Chuyển tải trở lại

(từ 1-25 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 để đảm bảo chắc chắn rằng lưới đã hoạt động ổn định trở lại thời
gian t
3
vào khoảng 5-30 phút. Sau đó chuyển tải trở lại lưới.
 Sau khi chuyển tải trở lại lưới ta tính thời gian cho máy phát chạy không tải để
làm mát máy khoảng t
4
trên hình vẽ t
4
từ khoảng (3-10 p) tuỳ vào thời gian
máy đó vận hành và khả năng làm mát máy mà chọn t
4
sau đó cho máy phát
dừng lại.
Khi khởi động máy phát DIEZEL 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 sau 3-4 giây cần cho máy nghỉ khoảng 10-20 giây và
khởi động lần tiếp theo. Nếu khởi động 3 lần không thành công lúc đó thiết bị
sẽ tự động khoá lại không khởi động nữa.
 Trong trường hợp máy DIEZEL nổ nhưng điện áp máy phát không thành lập
hoặc không đạt yêu cầu lúc đó máy phát chạy một thời gian ngắn rồi dừng lại
để đảm bảo an toàn cho máy.
Đồ án học phần 2A Trang 15
GVHD: Lê Ngọc Tuân Đồ án: Thiết kế bộ tự động chuyển đổi nguồn ATS
3. Lưu đồ thuật toán bộ tự động chuyển nguồn ATS lưới- máy phát.
Đồ án học phần 2A Trang 16

Do khối chuyển mạch luôn làm việc dưới điều kiện khắc nghiệt nên đòi hỏi khối
chuyển mạch cần được chế tạo chịu được công suất lớn, tại khối chuyển mạch cần có bộ
phận dập hồ quang tốt. Thời gian tác động càng nhanh càng tốt,việc tác động phải rứt
khoát với độ tin cậy cao , tiếp điểm chịu mài mòn và chịu va đập tốt , tiếp xúc luôn luôn
phải tốt ,yêu cầu thiết bị càng gọn nhẹ càng dễ thay thế càng tốt.
Hiện nay trong thực tế khối chuyển mạch thường được thực hiện theo 3 phương án
sau đây :
 Dùng công tắc tơ.
 Dựng Áp tô mát.
 Dùng công tắc kiểu bập bênh.
1.1. Chuyển mạch dùng hai công tắc tơ
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. Kiểu chuyển mạch này có cấu tạo gọn nhẹ hoạt động
của nó rất đơn giản . Giống như công tắc tơ thông thường khi ta cấp điện vào cuộn dây
của công tắc tơ cuộn dây này được quấn trên mạch từ tạo nên lực đóng tiếp điểm. Công
tắc tơ có loại dùng điện một chiều có loại xoay chiều , ở đây ta dùng loại xoay chiều .
Với ATS lưới- lưới ta dùng loại công tắc tơ 3 cực vì trung tính là chung giữa hai nguồn.
Với ATS lưới máy phát thường dùng công tắc tơ 4 cực khi chuyển tải thì chuyển cả trung
tính. Hiện nay khối chuyển mạch này chỉ được chế tạo với dòng định mức đến 800A còn
ở cấp công suất cao hơn không sử dụng loại chuyển mạch này. Ưu điểm loại chuyển
mạch này chính là hoạt động đơn giản, kết cấu gọn nhẹ, dễ dàng điều khiển. Hạn chế của
kiểu chuyển mạch dùng công tắc tơ là tổn hao công suất và phải cấp điện để duy trì lực
đóng tiếp điểm.
1.2. Chuyển mạch dùng hai Áp tô mát (CB- Circuit Breaker)
Áp tô mát là một khí cụ điện tự động ngắt mạch điện khi có sự cố quá tải , ngắn
mạch, áp thấp… Đôi khi áp tô mát cũng sử dụng để đóng cắt không thường xuyên các
mạch điện ở chế độ bình thường. Trong ATS không sử dụng các phần tử bảo vệ vì bảo vệ
quá tải, ngắn mạch do áp tô mát nguồn tác động. Chuyển mạch kiểu áp tô mát gồm 2 áp
tô mát nối liên động với nhau về mặt cơ khí và được đấu ngược nhau thông qua tay gạt
như hình vẽ sau :

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 công suất từ 400-4000A
Chuyển mạch kiểu bập bênh giống như một cầu giao đảo chiều, với hai tiếp điểm
tĩnh được nối với hai nguồn điện. Tiếp điểm động kiểu bập bênh nằm giữa hai tiếp điểm
tĩnh và được gắn với trục truyền động và nó được nối với tải. Trục truyền động được nối
qua hệ thống cam cơ khí, cơ cấu truyền động ở đây là một nam châm điện thông thường
là 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
Đồ án học phần 2A Trang 20
GVHD: Lê Ngọc Tuân Đồ án: Thiết kế bộ tự động chuyển đổi nguồn ATS
mạch kiểu bập bênh là gọn nhẹ, tác động nhanh và điều khiển nó một cách dễ dàng.
Nhược điểm của nó là cần có công suất nguồn điều khiển lớn làm việc ở chế độ ngắn hạn
đồng thời số lần thao tác không được lớn như công tắc tơ và áp tô mát do tiếp xúc giữa
tiếp điểm động và thanh dẫn ra tải là tiếp xúc động kiểu quay. Cũng giống 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 công suất từ 400-4000A
Nguồn 1
Nguồn 2
Tới Tải
Hình 8
 Sơ đồ kí hiệu :
 Ví dụ về chuyển mạch kiểu bập bênh :
Đồ án học phần 2A Trang 21
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
GVHD: Lê Ngọc Tuân Đồ án: Thiết kế bộ tự động chuyển đổi nguồn ATS

ngày càng nhiều. Những thiết bị có khả năng lập trình được như PLC, LOGO Cũng được
sử dụng trong mạch tự động. Đối với thiết bị chuyển nguồn tự động ta hoàn toàn có khả
năng dựng các linh kiện trên để phục vụ hoạt động của nó.
PHẦN B
Đồ án học phần 2A Trang 23
GVHD: Lê Ngọc Tuân Đồ án: Thiết kế bộ tự động chuyển đổi nguồn ATS
TÌM HIỂU PLC – LOGO
I. Giới thiệu bộ điều khiển Relay thông minh Logo
1. Giới thiệu chung :
Ngày nay yêu cầu về tự động hóa ngày càng cao. Vì thế cần có những thiết bị điện
mới để đáp ứng yêu cầu trên, đồng thời giảm thời gian lắp đặt cũng như hạn chế diện tích
đặt máy móc và nâng cao tính linh hoạt của hệ thống.
Bộ điều khiển relay thông minh Logo là loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt
các thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình, thay cho việc phải thể
hiện thuật toán đó bằng các mạch số. Như vậy với chương trình điều khiển trong mình,
Logo trở thành bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ dàng thay đổi thuật toán và đặc biệt dễ dàng
trao đổi thông tin với môi trường xung quanh (Với các module khác hoặc với máy tính).
2. Tính năng ưu việt của bộ điều khiển Logo
 Lập trình dễ dàng , ngôn ngữ lập trình dễ học.
 Có thể lập trình trực tiếp trên màn hình hoặc thực hiện trên máy tính rồi đổ
chương trình sang bộ Logo hoặc ngược lại.
 Có thể đổ chương trình qua lại giữa các bộ Logo với nhau.
 Tính tương thích cao với các thiết bị khác.
 Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như : máy tính , nối mạng.
 Khả năng mở rộng cao.
Chỉ tiêu so sánh Rơle Mạch số Máy tính Logo
Giá thành Khá thấp Thấp Cao Thấp
Kích thước vật lý Lớn Rất gọn Khá gọn Rất gọn
Tốc độ điều khiển Chậm Rất nhanh Khá nhanh Nhanh
Khả năng chống nhiễu Rất tốt Tốt khá Tốt Tốt