الملخص: تقدم هذه المقالة تحليلا مفصلا لكيفية تصميم نظام تحويل آلي موثوق ثلاثي الطور ( ATS ). من خلال استخدام الموصلات المغناطيسية، ومرحل فشل الطور، ومرحلات الوقت، ومنطق التحكم في التيار المستمر، يحقق النظام بدء التشغيل التلقائي للمولد عند انقطاع التيار الكهربائي، ونقل الحمل، والإغلاق التلقائي الآمن عند استعادة الطاقة الرئيسية.
عند تصميم أنظمة احتياطية للطاقة الصناعية أو التجارية، يكون مفتاح النقل التلقائي ( ATS ) هو المكون الأساسي.
يتوافق نظام التصميم هذا مع مصدر الطاقة الرئيسي ثلاثي الطور 400 فولت والمولدات ثلاثية الطور، ويستخدم كلاً من دوائر التحكم بجهد 230 فولت تيار متردد ودوائر التحكم (البطارية) بجهد 12 فولت للتشغيل التعاوني.
لبناء هذا النظام، المكونات الكهربائية الرئيسية التالية مطلوبة:
موصلات مغناطيسية x2 : تستخدم للتحكم في مصدر الطاقة الرئيسي - واحد للتيار الكهربائي والآخر للمولد.
مرحل فشل الطور (PFR) : يستخدم لمراقبة الجهد ثلاثي الطور وتسلسل الطور وأخطاء فقدان الطور لإمدادات التيار الكهربائي الواردة.
المرحلات الزمنية :
الجانب الرئيسي: يستخدم لتأخير التثبيت وحماية الفاصل الزمني للتبديل.
جانب المولد (AC): يستخدم لتأخير عملية الإحماء/التحميل.
جانب المولد (تيار مستمر 12 فولت): يستخدم لتأخير بدء التشغيل، واكتشاف فشل البدء، وتأخير إيقاف التشغيل.
المرحلات المتوسطة : بما في ذلك مرحلات DPDT (ثنائية القطب مزدوجة الرمي) ومرحلات SPDT ذات 5 سنون، المستخدمة لتحويل الإشارة والتشابك المنطقي.
حماية الدائرة : قاطع دائرة ثنائي القطب (لحماية دائرة التحكم).
المهمة الأساسية للنظام هي مراقبة حالة شبكة الكهرباء.
الوصول إلى الطاقة ومراقبتها : يتم توصيل مصدر التيار الكهربائي ثلاثي الطور بمرحل فشل الطور (PFR). لن يتم إغلاق جهة الاتصال المفتوحة عادة (NO) الخاصة بـ PFR إلا إذا كان تسلسل الطور صحيحًا وكان الجهد طبيعيًا (لا يوجد جهد أقل / جهد زائد).
تأخير التثبيت (المؤقت 1) : بعد إغلاق PFR، يتم تنشيط المؤقت 1. يتم ضبط تأخير لمدة 3-5 دقائق هنا لضمان استقرار مصدر التيار الكهربائي تمامًا، مما يمنع التبديل المتكرر أثناء تقلبات الشبكة.
تبديل التحميل (المؤقت 2) : بعد انتهاء المؤقت 1، يتم تنشيط مرحل DPDT. يؤدي هذا لاحقًا إلى تشغيل المؤقت 2 (الذي تم ضبطه على 2-3 ثوانٍ )، والذي يحافظ على فاصل 'الوقت الميت' بعد فصل مصدر إمداد المولد وقبل توصيل مصدر الإمداد بالتيار الكهربائي، مما يمنع حدوث دوائر كهربائية قصيرة.
مشاركة الموصل : أخيرًا، يتم تنشيط ملف موصل التيار الكهربائي (A1/A2)، ويتم توصيل الحمل بالطاقة الرئيسية.
قفل أمان المفتاح : يجب توصيل دائرة التحكم الخاصة بموصل التيار الكهربائي بشكل متسلسل مع جهة الاتصال المساعدة المغلقة عادةً (NC) الخاصة بموصل المولد لضمان عدم إمكانية تعشيقهما في وقت واحد.
الشكل 1: مخطط الأسلاك لدائرة المراقبة والتحكم الرئيسية. تفاصيل منطق الأسلاك التعشيقية لـ PFR، ومرحلات الوقت، وملفات الموصلات.
عند انقطاع التيار الكهربائي، يستخدم النظام بطارية المولد 12 فولت للتحكم المنطقي.
اكتشاف الأخطاء : يتم فتح الموصل الرئيسي، ويتم إغلاق جهة الاتصال المساعدة المغلقة عادةً (NC)، مما يؤدي إلى توجيه طاقة التيار المستمر بجهد 12 فولت.
ارتداد بدء التشغيل (مؤقت البدء) : يتدفق التيار إلى مؤقت البدء، ويتم ضبطه لمدة 2-3 ثوانٍ لمنع تشغيل المولد غير الضروري أثناء انقطاع التيار الكهربائي مؤقتًا.
تنفيذ البداية : بعد التأخير، يتم تعشيق مرحل البداية، لتوصيل محرك تشغيل المولد (التدوير). وفي الوقت نفسه، يتم فتح الملف اللولبي للوقود.
فك ارتباط التدوير : بمجرد أن يقوم المولد بإنشاء الجهد الكهربي (حوالي 3-4 ثواني)، يعمل مرحل SPDT من جانب المولد، مما يقطع دائرة محرك التشغيل لحماية المبدئ.
إذا فشل المولد في التشغيل خلال 5-6 ثوانٍ ، فسيعمل مرحل اكتشاف فشل البدء (Start Fail Timer)، مما يؤدي إلى كسر دائرة البداية. وهذا يمنع محرك بدء التشغيل من الاحتراق بسبب التشغيل لفترة طويلة ويشير إلى الحاجة إلى الفحص اليدوي.
بعد بدء تشغيل المولد بنجاح، لا ينبغي أن يأخذ الحمولة الكاملة على الفور؛ مطلوب فترة الاحماء.
تأخير الإحماء : يؤدي جهد خرج المولد إلى تشغيل مرحل وقت التيار المتردد. بالاستقرار . يتم ضبط وقت إحماء خامل مدته 10-15 ثانية للسماح للمحرك
نقل الطاقة : بعد التأخير، يتم تنشيط ملف موصل المولد وتشغيله.
حماية التعشيق : وبالمثل، يجب أن يمر خط التحكم عبر جهة الاتصال المساعدة المغلقة عادةً (NC) الخاصة بموصل التيار الكهربائي لضمان تشابك السلامة الكهربائية.
عند استعادة إمداد الشبكة، يقوم ATS بتنفيذ عملية إعادة التعيين التالية:
افصل تحميل المولد :
يكتشف جهاز PFR أن طاقة التيار الكهربائي طبيعية -> ينتهي التأخير -> يعمل مرحل DPDT -> يفصل موصل المولد.
توصيل التيار الكهربائي : بعد فترة أمان تبلغ 2-3 ثوانٍ، يتم تشغيل موصل التيار الكهربائي.
تأخير التبريد (مؤقت التبريد) : تم الآن تفريغ المولد ولكنه لا يزال قيد التشغيل. يتم إغلاق جهة الاتصال المساعدة المفتوحة عادةً (NO) الخاصة بموصل التيار الكهربائي، مما يؤدي إلى تشغيل مؤقت إيقاف التشغيل. يوصى بفترة تبريد تتراوح من 3 إلى 5 دقائق للسماح للمولد بتبديد الحرارة في ظل ظروف عدم التحميل.
تنفيذ الإيقاف : بعد تأخير التبريد، يعمل مرحل الإيقاف، فيقطع التيار الكهربائي عن ملف الوقود اللولبي، ويتوقف المولد عن العمل.
الشكل 4: مخطط منطقي لتبريد المولد وإيقاف التحكم. يحلل كيفية استخدام جهات الاتصال المساعدة للموصل الرئيسي لتحقيق إيقاف التشغيل المؤجل.
الوضع اليدوي : يحتفظ النظام بدائرة لتشغيل المولد أو إيقافه يدويًا عبر مفتاح أو زر، مما يسمح بالصيانة.
حماية القاطع : تأكد من إيقاف تشغيل قاطع التحكم في المولد يدويًا أثناء الصيانة لمنع التحميل العرضي التلقائي أثناء انقطاع التيار الكهربائي.
صيانة البطارية : تحقق بانتظام من حالة بطارية 12 فولت، لأنها مصدر الطاقة الأساسي لمنطق التشغيل التلقائي.
يعتمد تصميم نظام ATS شامل ثلاثي الطور على التحكم الدقيق في المنطق الزمني والتشابك الكهربائي الصارم. من خلال التكوين الصحيح لمرحل فشل الطور، ومرحلات الوقت، والمرحلات المتوسطة، فإننا لا نحقق فقط تبديل الطاقة التلقائي ولكن أيضًا نحقق أقصى قدر من الأمان لمجموعة المولدات ومعدات التحميل النهائية.
أنا إريك ، مهندس كهربائي في فريق AISIKAI. سوف أشارك المقالات الفنية حول والأجهزة , قواطع دوائر المفاتيح الكهربائية الأخرى. مع 10 سنوات من الخبرة في المشاريع الكهربائية، أنا ملتزم بتقديم حلول كهربائية احترافية.
