АВР для генератора: устройство, принцип работы, схемы подключения

Управление источником резервного питания ручным запуском во многих случаях оправдано. Однако, для обеспечения непрерывного процесса функционирования электрического оборудования существует необходимость в бесперебойном питании. Актуальность вопроса автоматизации вводу резерва довольно часто выходит на первый план. С этой целью применяются устройства автоматического включения резерва (АВР). Современные устройства АВР для генератора – это надёжные приборы, исключающие участие человека в управлении резервным питанием.

Автоматическое управление запуском генераторов в случае пропадания сети позволяет возобновлять подачу электричества практически мгновенно или с небольшой задержкой. Таким образом, обеспечивается непрерывное функционирование электрооборудования, остановка которого может повлечь нежелательные последствия или спровоцировать аварийный режим в работе контролируемой системы. Оборудование дизельных и бензиновых генераторов электронным блоком автозапуска объективно является необходимой мерой для повышения безопасности эксплуатации отдельных электрических приборов.

Что такое АВР

Это блок, состоящий из нескольких узлов, который в автоматическом режиме переключает нагрузку между основным и резервным источником тока. Некоторые однофазные и трёхфазные модели бензиновых и дизельных генераторов оборудованы АВР изначально. Для переключения нагрузки потребуется только установить специальный переключатель после электросчётчика. Положение силовых контактов управляется основным источником электроэнергии.

Практически все модели с запуском электростанции от аккумулятора можно оборудовать автономными системами АВР. При этом для монтажа блоков резервного ввода применяются шкафы АВР. При этом щиты АВР (рисунок 1) можно размещать непосредственно возле газовых генераторов либо устанавливать блоки в общем электрическом щите.

Рисунок 1. Пример электрического щита АВР

Основная функция блока АВР заключается в том, чтобы осуществить автоматический запуск электростанции после исчезновения электрического тока в общей сети, а затем подключить нагрузку к резервному электроснабжению. При возобновлении подачи электроэнергии блоком автоматики нагрузка переключается на основную электрическую сеть, а резервный источник отключается.

Классификация устройств АВР:

• по количеству резервных секций;
• классу напряжения;
• типу резервной сети (применение в однофазных сетях или для трехфазных потребителей);
• мощности обслуживаемой нагрузки;
• времени задержки переключения.

Электрическую схему АВР можно настроить таким образом, чтобы обеспечить энергией не всей локальной сети, а лишь тех линий, которые являются критическими. Некоторые схемы позволяют учитывать приоритетность линий. В первую очередь питанием обеспечиваются те цепи, которые обеспечивают электричеством важные системы жизнеобеспечения. Такой подход позволяет рационально распределить нагрузки.

Основные возможности блока управления ATS

Автоматический запуск генератора проходит только с помощью ATS. При этом она не требует никакого вмешательства человека. Эти блоки могут иметь различные комплектации и типы. Какое устройство выбрать именно вам зависит от модели вашего устройства. Если напряжение в вашей сети начнет падать, тогда генератор автоматически переключится на подачу электроэнергии. При необходимости вы сможете выполнять ряд настроек этой системы.

При необходимости запрограммировать устройство можно даже на качество тока. Если качество начнет падать, тогда блок управления запустит генератор. Эта функция является важной в том случае, если к системе вы подключаете чувствительные приборы. Время включения дополнительного устройства может отличаться. Скорость этого процесса будет зависеть от цены вашего блока управления. Если цена выше, тогда ему потребуется меньше времени для того, чтобы запустить генератор. Благодаря этому устройству конвектор в доме будет работать постоянно.

В частном доме скорость автоматического запуска генератора не является главной особенностью. Ускорять процесс запуска необходимо на предприятиях, где идет непрерывный процесс производства. Если отсутствие света будет длительным, тогда возможна поломка оборудование. Существуют блоки управления, которые могут выполнять включение за несколько доли секунд. Если вы проживаете в частном доме, тогда автоматический запуск генератора произойдет в течение 10 секунд. Этот отрезок времени является оптимальным.

Блок (ATS) способен не только проводить включение устройства. Если подача электроэнергии будет возобновлена, тогда устройство тоже будет выключено. Есть и дешевые блоки, которые не имеют эту функцию. Они являются неудобными, так как если электричество будет возобновлено, тогда система будет продолжать свою работу. Те электростанции, которые оснащены этой системой легко могут генерировать электричество любой мощности. Они не понизят качество тока и поэтому их используют в частном секторе. Также эти устройства используют для медицинской отрасли.

Устройство и принцип работы

АВР для генератора состоит из трёх взаимосвязанных основных блоков:

• семейства контакторов, коммутирующих вводные и нагрузочные цепи;
• логических и индикационных устройств;
• блока релейных переключателей, предназначенных для управления генератором.

С целью повышения надёжности резервной энергосистемы устройства АВР могут комплектоваться дополнительными блоками. Например, включение в схему инверторов позволяет выровнять провалы в напряжениях, исключить временные задержки, сделать выходной ток более качественным.

Включение резервной линии обеспечивает контактная группа. За наличием вводного напряжения следит реле контроля фаз.

Рассмотрим принцип работы системы резервного питания на примере упрощённой схемы (рис. 2). В штатном режиме, когда питание осуществляется от основной сети, контакторный блок направляет электроэнергию на линии потребителей. На схеме показан дополнительный блок – инвертор, преобразующий постоянный ток от аккумулятора в переменный, напряжением 220 В.

Рис. 2. Упрощённая схема резервного питания

Сигнал о наличии вводного напряжения подаётся на блок логических и индикационных устройств. В номинальном режиме вся система находится в устойчивом состоянии. При аварии в основной сети (напряжение падает ниже установленного уровня) насыщение соленоида реле контроля фаз становится недостаточным для удерживания контактов в рабочем (нормально замкнутом) состоянии. Происходит разъединение контактов и отключение нагрузки от линии электропередач.

Если система оборудована инвертором, как показано на схеме, он переходит в режим генерации переменного тока, напряжением 220 В. Таким образом, потребители получают стабильное напряжение даже при полном отсутствии тока в коммерческой сети.

Если параметры линий электропередач не восстанавливаются в заданный промежуток времени, контролёр подаёт сигнал на запуск генератора. При поступлении от альтернатора стабильного напряжения, контакторы переключаются на резервную линию.

Автоматическое включение потребительской сети происходит следующим образом: на реле контроля фаз поступает напряжение, переключающее контакторы на основную линию. Цепь резервного питания разъединяется. Сигнал от контролёра поступает на механизм управления подачей топлива, который закрывает заслонку в бензиновом двигателе или перекрывает дизтопливо в системе питания дизеля. Электростанция отключается.

При полном автоматическом переключении участие оператора не требуется. Система надёжно защищена от взаимодействия встречных токов и КЗ. Для этого применяются дополнительные реле и механизмы блокировок, которые не показаны на схеме.

При необходимости оператор может переключать линии вручную с панели контролёра. Он также может изменять настройки блока управления, включать ручной или автоматический режим работы. Фото панели показано на рис. 3.

Рис. 3. Панель контролёра резервного питания

В АВР могут реализовываться несколько режимов функционирования:

• ручной;
• автоматический;
• полуавтоматический.

Ручной режим чаще всего используют наладчики при настройке АВР.

Преимущества

В данном блоке описаны основные, отличные от сторонних производителей преимущества, касающиеся непосредственно самих блоков автоматики, их технической и эксплуатационной составляющей.

Схемы подключения АВР и их описание

Основная функция АВР – автоматическое переключение вводов, причём таким способом, чтобы исключить встречные токи.

Простая схема на рис. 4 объясняет принцип переключения.

Рисунок 4. Схема АВР

Контакты КМ1и КМ2 взаимосвязаны. После размыкания одного контакта, замыкается другой. Они не могут быть одновременно включены.

Существует множество различных схем подключения автоматического ввода резерва, но принцип их построения всегда такой: АВР устанавливают между вводом и потребителями. Обычно после электросчётчика. Сам щит с автоматикой может располагаться где угодно, но принцип его подключения именно такой. Этот принцип наглядно иллюстрирует схема на рис. 5.

Рис. 5. Наглядная схема подключения АВР

Детальная схема подключения блока автоматического запуска генератора показана на рисунке 6. На схеме К1 и К2 – это контакторы. Цифрами в кружках обозначены номера клемм. Пользуясь этой схемой не сложно подключить такой блок самостоятельно.

Рис. 6. Детальная схема подключения блока автозапуска генератора (БАГ)

Принципиальная схема подключения АВР для частного дома показана на рис. 7.

Рис. 7. Принципиальная схема

В данной схеме применено АЗУ, обеспечивающее стабильное напряжение и непрерывное питание в локальной сети.

В качестве примера приводим две схемы для трёхфазного тока (рис. 8). На изображении В показано одностороннее исполнение(дополнительное реле напряжения PH). При таком подключении генератор запускается в автоматическом режиме, после прекращения подачи электроэнергии. Другими словами, ввод от генератора является резервным.

На изображении А – исполнение двухстороннее. Обе секции имеют одинаковый приоритет. Такое подключение позволяет переключать линии, не зависимо от наличия напряжения в каждой из них.

Рис. 8. Подключение АВР для трёхфазного тока

Выбор схемы зависит от поставленной задачи, которую вы намерены решить.

АВР для генератора что это такое

АВР для генератора — автоматический ввод резерва для генератора, предназначен для автоматического подключения потребителя электричества к генератору при возникновении аварии основного ввода с возможностью выдавать необходимые команды для автоматического запуска генератора.
АВР для генератора (ATS — Automatic Transfer Switch) бывает трех видов:

1. АВР с контроллерами автозапуска генератора
2. АВР с автозапуском на базе релейной логики
3. Полуавтоматический авр для генератора
4. АВР для генераторов с автозапуском

Самостоятельное изготовление АВР

Если вы приобрели генератор с электростартером, то можете самостоятельно автоматизировать процесс ввода резерва. Для этого необходимо подобрать схему, отвечающую особенностям вашей домашней сети. После этого купите все необходимые детали, с учётом мощностей потребителей.

Вам понадобится:

1. Универсальный контроллёр.
2. Контакторы (для самой простой схемы – не менее 2-х).
3. Электрический шкаф.
4. Трёхуровневый переключатель рабочих режимов.
5. Блок питания на 1 – 3 Ампера.
6. Автоматика для пуска/остановки двигателя генератора (если он не оборудован таковой).
7. Соединительные кабели, рабочие инструменты.

Этапы работы:

1. Установка шкафа. Выберите подходящее место для электрощита (желательно ближе к основному вводу).
2. Монтаж деталей. Размещайте все узлы так, чтобы был доступ ко всем контакторам и клеммам.
3. Подключение линий. Строго следуйте схемам и соблюдайте назначение клемм. Пользуйтесь обозначениями на крышках и корпусах приборов. Следите, чтобы провода не пересекались. В последнюю очередь присоединяйте провода ввода, разумеется, при отключённом вводном автомате.
4. После монтажа обязательно протестируйте работоспособность блока АВР.

Принцип работы

По своей сути, блокинг генератор является усилителем (генератором), собранным на базе транзисторов, расположенных в один каскад. Область применения узка: источник внушительных, но скоротечных по времени (продолжительность от тысячных долей до нескольких десятков мкс) сигналов-импульсов с большой индуктивной плюсовой обратной связью. Скважность – больше 10 и может доходить до нескольких десятков тысяч в относительных величинах. Наблюдается серьезная резкость фронтов, по своей форме практически не отличающихся от геометрически правильных прямоугольников.

Усилитель, используемый для изготовления блокинг-генератора, находится в открытом положении исключительно в период формирования сигнала-импульса. На всё остальное время – закрывается. Отсюда следует, что при большой величине отношения периода повторения импульсов к их длительности усилительный элемент находится в открытом положении существенно меньшее количество времени, чем в закрытом. У усилителя существует тепловой режим. В данном случае он напрямую связан со средней мощностью, отдающейся коллектором. За счёт высокой величины скважности при работе устройства получают существенную мощность в течение сигнала малой мощности.

Принципиальная схема для сборки блокинг-генератора

Существенная величина скважности блокинг-генератора позволяет ему работать в экономичном режиме, т.к. энергия требуется усилителю только во время открытого положения (время формирования сигнала). Основные режимы работы: автоколебательный и ждущий. Рассмотрим их подробнее.

Автоколебательный режим

Чаще всего блокинг-генератор собирается на усилительных элементах – транзисторах, включаемых по двум основным схемам:

• с общим эмиттером;
• с общей базой.

Первая встречается чаще, т.к., имея меньшую длительность фронта, есть возможность сгенерировать предпочтительную форму сигналов. Вторая схема менее подвержена колебаниям характеристик усилителей.

Автоколебательный режим

Рабочий процесс рассматриваемого устройства делится на 2 стадии:

• закрытое положение транзистора, занимает основное время периода колебаний;
• транзистор в открытом положении, сигнал-импульс проходит стадию формирования.

У конденсатора С1 происходит заряд током источника в течение образования импульса. За счёт этого С1 обеспечивает закрытое положение усилительного элемента. Во время данной стадии у конденсатора С1 происходит неспешная разрядка через существенное сопротивление резистора R1. При этом на базе диода VT1 создается около нулевой потенциал, что не позволяет ему открыться.

При достижении порога напряжения открытия у усилительного элемента происходит процесс открывания, и сквозь обмотку I, называющуюся коллекторной, трансформатора Т потечёт ток. В этот момент в основной или базовой обмотке II происходит индукция потенциала. Полярность должна быть такова, чтобы образующееся на базе транзистора напряжение имело положительную полярность. В случае ошибочного подключения обмоток трансформатора устройство генерировать сигналы не будет. В этом случае требуется переподключить концы одной из обмоток. Блокинг-генератор заработает.

Важно! Обвальное развитие процесса открытия транзистора имеет название прямого блокинг-процесса.

В I обмотке трансформатора появляется положительное напряжение, что ведёт к возрастанию различных токов и, следовательно, продолжению снижения напряжения коллектора и базы усилителя. Совершается резкое нарастание коллекторного тока и напряжения на усилительном элементе. В следующий момент напряжение падает почти до нуля, и устройство переходит в режим насыщения.

Важно! Обвальное развитие процесса закрытия транзистора имеет название обратного блокинг-процесса.

Открытие усилителя происходит практически мгновенно, поэтому в течение всего этого времени потенциал конденсатора С1 и величина энергии в трансформаторе практически не претерпевают изменений. Фронт импульса сформирован. Происходит образование вершины импульса, конденсатор С1 начинает заряжаться.

Выход усилительного элемента из режима насыщения означает, что ток у коллектора опять начинает зависеть от количества накопленного в базе транзистора заряда, а базовый ток уменьшается. Усилительные свойства транзистора начинают восстановление. В этот момент в первичной обмотке трансформатора формируется отрицательное относительно транзистора напряжение. Данный процесс ведёт к продолжению уменьшения коллекторного тока. Происходит формирование среза импульса.

Усилительный элемент находится в закрытом положении. Происходит переход в исходное состояние. Физическая суть сводится к рассеянию энергии, появившейся за период появления сигнала-импульса в различных реактивных частях схемы. Так как здесь разность потенциалов на конденсаторе и величина энергии в трансформаторе не изменились, то закрытие транзистора провоцирует рост напряжения на коллекторе. В этот момент у блокинг-генератора происходит выброс напряжения. В некоторых случаях появляются паразитные колебания.

Ти » (3 – 5) R1С1 – таким выражением характеризуется автоколебательный режим.

Ждущий режим

При ждущем режиме работы рассматриваемого устройства генерация сигналов происходит только с помощью внешнего воздействия – на вход необходимо подать произвольные запускающие импульсы.

Ждущий режим работы

В начальном состоянии усилительный элемент закрывается отрицательным смещением на базе, и лавинообразное развитие процесса открытия транзистора начнется исключительно только после подачи противоположного по знаку импульса соответствующей амплитуды на базу.

Появление импульса происходит по полной аналогии автоколебательного режима, рассмотренного выше. Конденсатор С1 разряжается до изначального напряжения базы. Далее транзистор остается в закрытом состоянии до появления последующего запускающего импульса. Длительность сигналов, а также их форма, исходящих от рассматриваемого устройства, находятся в полной зависимости от параметров собранной схемы.

Чтобы цепь запуска не оказывала никакого воздействия на работу находящего в ждущем режиме блокинг-генератора, в представленной схеме присутствует специальный разделительный диод VD2. Его задачей является закрытие сразу за окончанием процесса открывания транзистора. Это действие обрывает связь между внешним источником и интересующим нас устройством. Допускается добавлять в расчёт представленной схемы эмиттерный повторитель.

Таким образом, подытоживаем принцип работы блокинг генератора на полевом транзисторе: если при исчезновении напряжения на базе транзистора условия, требуемые для повторения цикла без внешнего воздействия, не исполняются, то этот режим работы называется ждущим. Если же при исчезновении напряжения там же начинается новый цикл по образованию нового импульса без привлечения внешнего источника, то режим работы схемы автоколебательный.

Выбор АВР

Приведенная ниже таблица поможет вам определиться с выбором типа АВР.

Таблица 1

Общие принципы построения систем АВР

Системы, осуществляющие коммутацию источников электроснабжения, обозначаются аббревиатурой АВР – Автоматический Ввод Резерва. Принципы их построения одинаковы как для потребителей электроэнергии I, так и II категории.

• Ими должна обеспечиваться полная гальваническая развязка между двумя источниками электроснабжения – когда работает один, все фазные линии другого отключены от линии, питающей потребителя.
• Качество энергоснабжения от резервного источника не должно быть хуже, чем от основного. Как по количеству фаз, так и по номиналу токов, напряжения и мощности.

Обеспечение гальванической развязки

Самой распространенной схемой АВР, обеспечивающей простое и надежное переключение между источниками питания, является использование магнитных пускателей, имеющих два типа контактов: силовые и управляющие. Первые всегда нормально разомкнутые – при отсутствии электричества механическая связь между клеммами отсутствует. Вторые бывают как нормально разомкнутыми, так и нормально замкнутыми.

Это разделение позволяет, например, построить цепь так называемой блокировки, через которую подается напряжение на втягивающую катушку пускателя при отпущенной кнопке «Пуск». Этим свойством мы и воспользуемся для обеспечения гальванической развязки.

Для каждого источника питания берется по одному магнитному пускателю, силовые контакты которых рассчитаны на штатное значение силы тока и напряжения в сети потребителя электрической энергии. Входная группа каждого подключается к своему источнику питания – одна к линии электропередач, другая к выходу резервного генератора переменного тока, вращаемого дизельным или бензиновым ДВС. Выходные группы силовых контактов объединяются по принципу фаза к фазе.

Если линия трехфазная, то катушку соленоида магнитного пускателя – электрики ее называют «втягивающая» – лучше иметь ту, которая рассчитана на 380 вольт и включается между фазами. У ведущего контактора (он подключен к основной линии) втягивающая включается между двумя любыми входными фазами напрямую. Так решается задача определения напряжения в основной линии. Если оно отсутствует, то силовые контакты размыкаются.

Втягивающая ведомого контактора (тот, что подключен к резервной линии) подключается сложнее: первый контакт напрямую к одной из входных силовых клемм, а второй через нормально замкнутый дополнительный контакт ведущего магнитного пускателя – обычно они располагаются с обеих сторон корпуса, попарно с нормально замкнутыми. Также электротехнической промышленностью выпускается блок, в котором два нормально замкнутых и два нормально разомкнутых контакта. Он крепится на разъем, расположенный на верхней крышке корпуса магнитного пускателя.

Для случая, когда используются две независимые (подключенные к разным силовым подстанциям) электролинии, схема работает так:

1. Если в основной линии пропадает напряжение, то втягивающая катушка ведущего контактора обесточивается и его силовые контакты размыкаются.
2. Одновременно с этим его дополнительный контакт, к которому подключена одна из клемм втягивающей катушки ведомого контактора, замыкается.
3. На втягивающую катушку ведомого контактора подается напряжение, он срабатывает и замыкает силовые контакты. Потребителю подается энергия из резервного источника.
4. При появлении напряжения в основной линии ведущий контактор срабатывает, что вызывает обрыв в линии подачи напряжения на втягивающую катушку ведомого. Резервная линия отключается, а питание потребителя осуществляется от основной.