Thực nghiệm bộ chuyển pha tự động sử dụng triac

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
SỐ 9 tháng 10 - 2015 
71
THỰC NGHIỆM BỘ CHUYỂN PHA TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG TRIAC 
AN EXPERIMENTAL RESEARCH 
ON AUTOMATIC PHASE TRANSFER DEVICES WITH TRIACS 
Phạm Thị Hương Sen 
Trường Đại học Điện lực 
Tóm tắt: 
Với nguồn điện xoay chiều ba pha thường hay xảy ra hiện tượng mất cân bằng giữa các pha, nên 
việc tự động san phụ tải giữa các pha với nhau khi xảy ra quá tải là thực sự cần thiết. Để thực hiện 
việc chuyển pha hiệu quả cần một bộ điều khiển chuyển pha tự động với thời gian đóng cắt là 
ngắn nhất cho thể, đảm bảo việc cấp điện liên tục tới người sử dụng điện. Bài báo trình bày kết 
quả nghiên cứu, thiết kế bộ chuyển pha tự động nhằm thực hiện quá trình chuyển pha nhanh và 
chính xác. 
Từ khóa: 
Bộ chuyển pha, cân bằng pha, triac, PLC. 
Abstract: 
Phase unbalance occurs in 3-phase AC power supply. Therefore, it is necessary to transfer loads 
automatically in phases. As a result, we will need automatic transfer devices to ensure continuous 
power supply to customers. This article presents research results and designs of automatic phase 
transfer devices for fast and accurate phase switching process. 
Keywords: 
Phase transfer devices; Phase balance; TRIAC; PLC. 
1. ĐẶT VẤN ĐỀ 1 
Trong truyền tải và phân phối lưới điện, 
ngoài yếu tố an toàn thì vấn đề tải giữa 
các pha có cân bằng không cũng rất được 
quan tâm và cần giải quyết. 
Các thiết bị như cầu dao, attomat, 
contactor hiện vẫn đang là các thiết bị 
Ngày nhận bài: 18/12/2014; Ngày chấp nhận: 
04/2/2015; Phản biện: TS Võ Huy Hoàn. 
chính được sử dụng trong hệ thống cấp 
điện. Các thiết bị này dễ sử dụng, làm 
việc tin cậy, tuy nhiên thời gian đóng 
ngắt không thể “tức thì” vì độ trễ khi tác 
động cơ khí. Ngày nay công nghệ phát 
triển, đã có nhiều thiết bị mới sử dụng 
linh kiện bán dẫn để giảm thời gian tác 
động đóng cắt. Các thiết bị chuyển pha 
cũng được nghiên cứu chế tạo nhiều. 
Trong quá trình giảng dạy và nghiên cứu, 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
 SỐ 9 tháng 10 - 2015 
72
tác giả đã tiến hành thiết kế, thử nghiệm 
mô hình quá trình chuyển pha sử dụng 
thiết bị contactor và triac, có điều khiển 
và giám sát trên máy tính. 
2. THÍ NGHIỆM VỚI 
CONTACTOR 
Contactor được sử dụng ở hầu hết các 
nhu cầu đóng cắt. Vậy thời gian đóng 
ngắt thực có thể nhanh đến mức nào. 
Hình 1. Thời điểm chuyển giao 
giữa hai contactor 
Bỏ qua thời gian trễ phía phụ tải, thì thời 
gian để ngắt và bật lại của contactor mất 
khoảng 500 ms đến 1 s chưa kể thời gian 
tác động của Switch chuyển mạch. Thời 
gian tác động này không ảnh hưởng 
nhiều đến các thiết bị dân dụng thông 
thường nhưng có ảnh hưởng xấu đến 
nhiều loại máy móc, gây mất điện gián 
đoạn khi thực hiện chuyển pha. Hình 1 là 
kết quả kiểm tra khi sử dụng hai 
contactor để chuyển pha. 
3. QUÁ TRÌNH THỰC NGHIỆM 
VỚI TRIAC 
Sự mất cân bằng pha thường xuyên xảy 
ra trên lưới điện phân phối, vì vậy việc 
chuyển đổi phụ tải giữa các pha nhằm 
loại bỏ trạng thái mất cân bằng là thực sự 
cần thiết. 
Để thực hiện việc chuyển đổi phụ tải 
giữa các pha, thay vì dùng contactor sẽ 
dùng hai triac BT137 của hãng Philips 
Semiconductor. 
Điện lưới tần số 50 Hz tương đương thời 
gian cho phép gián đoạn nhỏ hơn 20 ms 
thì được xem như không gây mất điện. 
Triac BT137 có thời gian mở khoảng 
2 µs, có thể thực hiện việc mở hoàn toàn 
hoặc đóng hoàn toàn gần như tức thời 
theo lệnh từ bộ điều khiển. Bộ điều khiển 
PLC S7-200 CPU222, làm nhiệm vụ 
nhận tín hiệu đo, xử lý thuật toán và đưa 
tín hiệu điều khiển tới mạch điều khiển 
triac. Cổng AI nhận tín hiệu từ mạch đo 
dòng. Cổng AO xuất tín hiệu điều khiển 
mở triac. Thời gian xử lý của PLC trong 
bài toán này là 10 ms. Khi đó tính cả trễ 
do các phụ kiện, thời gian chuyển đổi của 
các pha là khoảng 15-18 ms, nhỏ hơn 
thời gian của một chu kỳ lưới điện, có 
thể thực hiện việc chuyển pha một cách 
liên tục và không gây mất điện cho phía 
phụ tải. 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
SỐ 9 tháng 10 - 2015 
73
Nguyên lý chuyển phụ tải giữa các pha 
được thực hiện dựa trên việc so sánh độ 
lệch dòng điện pha. Tiến hành thử 
nghiệm việc tự động chuyển pha cho phụ 
tải, tác giả đã xây dựng mô hình để thực 
hiện thuật toán điều khiển như sau: tín 
hiệu đo dòng điện trên các pha R, S đưa 
về bộ điều khiển PLC sẽ là căn cứ để 
quyết định triac T1 hoặc T2 đóng. Nếu 
hiệu dòng điện trên pha R và S nhỏ hơn 
ngưỡng cho phép đặt trước thì T1 thông, 
đóng tải vào pha R. Ngược lại nếu hiệu 
dòng điện trên pha R và S lớn hơn 
ngưỡng cho phép đặt trước thì T2 thông, 
đóng tải vào pha như hình 2. 
Hình 2. Mô hình thử nghiệm chuyển pha 
dùng triac 
Đo dòng điện của các pha sử dụng IC 
cảm biến dòng ACS 712 như hình 3, 
thiết kế gồm các khối: 
Hình 3. Mạch đo dòng 
Khối cảm biến Hall: để chuyển dòng 
điện thành điện áp theo tỷ lệ 100 mV/A. 
Khi đầu vào dòng là 0A thì điện áp đầu 
ra là Vcc/2. Như vậy nếu đầu vào biến 
đổi từ -I1 đến +I2 A thì đầu ra sẽ biến 
đổi thành điện áp có giá trị từ (-0.1 I1 + 
Vcc/2) đến (0.1 I2 + Vcc/2) mV. Kí hiệu 
điện áp đầu ra của khối cảm biến Hall là 
Vh (mV). 
Khối VF: Là khối tạo điện áp chuẩn đầu 
ra bằng Vcc/2. Kí hiệu điện áp đầu ra của 
khối tạo điện áp chuẩn là Vf (mV). 
Khối khuếch đại vi sai: thực hiện phép 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
 SỐ 9 tháng 10 - 2015 
74
trừ điện áp 2 đầu vào. Kí hiệu điện áp 
đầu ra của khối này là Vo. 
Vo = (Vh-Vf) ((56+56)/5.6) 
 = (Vh-Vf) 20 (1) 
Trong đó: giá trị 56 và 5.6 là giá trị điện 
trở trong mạch, đơn vị kΩ. 
Vh = Vcc/2 + 0.1 I (2) 
Với I là giá trị dòng điện chạy qua cảm 
biến, đơn vị A. 
Vf = Vcc/2 (3) 
Từ (1), (2), (3), có: 
Vo = (Vcc/2 + 0.1 I – Vcc/2) 20 
 = 0.1 I 20 (V) (4) 
Như vậy từ dòng điện đầu vào qua cảm 
biến Hall, có giá trị từ 0~I (A) thành điện 
áp đầu ra Vo có giá trị từ 0~0.1 I 20, tức 
là điện áp dương để đưa vào module đầu 
vào Analog EM235 của bộ điều khiển 
PLC. 
Lưu đồ thuật toán điều khiển trong bộ 
PLC thể hiện trong hình 4. 
PLC thực hiện chương trình theo chu kỳ 
vòng quét, khi có sự chênh lệch dòng 
điện giữa hai pha vượt ngưỡng cho phép 
sẽ đưa tín hiệu tới cổng ra tương tự tới 
mạch đệm để điều khiển đóng, cắt các 
triac. 
Xác lập trạng thái 
ban đầu:
- đo dòng các pha
- trạng thái triac
So pha R&S:
ngưỡng lệch I(A)
NO
YES
Lệnh chuyển pha: 
ON triac-R
OFF triac-S
(hoặc ngược lại)
Xác nhận dòng:
- pha R&S
- triac R&S
NO
YES
Báo lỗiSCADA
SCADA
Hình 4. Lưu đồ thuật toán điều khiển 
Hình 5. Sơ đồ mạch đệm từ PLC ra triac 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
SỐ 9 tháng 10 - 2015 
75
Quá trình thí nghiệm sử dụng phụ tải 
chuyển pha là bóng đèn thuần trở 40 W, 
điều khiển triac mở hoàn toàn. 
4. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 
Phần mềm để viết chương trình điều 
khiển và thiết kế giao diện giám sát là 
phần mềm MicroWin chạy trên PLC S7-
200, CPU222, và phần mềm giao diện 
điều khiển và giám sát WinCC của 
Siemens. Trên phần mềm giám sát có thể 
quan sát trạng thái và thời điểm đóng/ cắt 
của các triac, có thể dễ dàng thay đổi 
ngưỡng lệch dòng cho phép của các pha. 
Tiến hành các thử nghiệm trên mô hình 
đã thiết kế như sau: từ giao diện giám sát 
trên máy tính, đặt ngưỡng chênh lệch 
dòng điện cho phép giữa hai pha S và R 
là 10A. Phụ tải ban đầu đóng vào pha R, 
khi pha R quá tải sẽ tự động chuyển sang 
pha S. 
Thử nghiệm thứ nhất: quan sát màn hình 
giao diện vận hành, thí nghiệm khi tín 
hiệu đo dòng của phase R là 228 A, tín 
hiệu đo dòng của pha S là 219 A, chênh 
lệch dòng giữa hai pha đang là 9 A, vẫn 
nằm trong ngưỡng cho phép. Triac trên 
pha R thông, triac trên pha S khóa, phụ 
tải đang đóng vào phase R như hình 6. 
Hình 6. Thử nghiệm chạy phase R trong điều kiện bình thường 
Hình 7. Quá trình chuyển pha R sang pha S 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
 SỐ 9 tháng 10 - 2015 
76
Hình 8. Quá trình chuyển ngược lại từ pha S sang pha R 
Thử nghiệm thứ hai: tăng phụ tải pha R 
thêm 2 A, phụ tải pha S giữ nguyên, độ 
lệch dòng giữa hai pha là 11 A, vượt 
ngưỡng lệch pha cho phép, xảy ra việc 
chuyển cụm tải 5 A từ pha R sang pha S 
trong vòng 12 ms: triac của pha R ngắt, 
triac của pha S thông như hình 7. Khi đó 
tải của pha R giảm đi 5 A sẽ còn 225 A, 
tải pha S tăng thêm 5 A là 224 A. Quá 
trình chuyển pha xảy ra trong thời gian 
rất ngắn, không gây gián đoạn việc cấp 
nguồn cho phụ tải. 
Thử nghiệm thứ ba: giảm phụ tải pha R 
bớt đi 10 A xuống còn 215 A, phụ tải pha 
S vẫn giữ nguyên 224 A, độ lệch pha là 
A, vẫn nằm trong ngưỡng lệch phase cho 
phép, việc chuyển pha không xảy ra. 
Tiếp tục giảm tải của pha R thêm 2 A 
nữa, khi đó tải của pha S lớn hơn phase 
R là 11 A, lúc này lại xảy ra quá trình 
chuyển pha ngược lại: triac của pha S 
ngắt, triac của pha R thông, chuyển cụm 
tải 5 A từ pha S trở lại pha R, quá trình 
chuyển pha rất nhanh, tải vẫn được cấp 
nguồn liên tục. 
Quá trình thí nghiệm mô hình chuyển 
pha được tiến hành kiểm tra với các mức 
thay đổi của phụ tải để so sánh với 
khoảng lệch pha cho phép là 10 A, thể 
hiện trong bảng 1. 
Bảng 1. Bảng kết quả thử nghiệm quá trình 
chuyển phụ tải giữa hai pha 
Tải pha 
R(A) 
Tải pha 
S(A) 
Độ lệch 
pha (A) 
Triac 
tác 
động 
228 
230 
225 
215 
213 
218 
219 
219 
224 
224 
224 
219 
9 
11 
1 
9 
11 
1 
T1 
T2 
T2 
T2 
T1 
T1 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
SỐ 9 tháng 10 - 2015 
77
5. KẾT LUẬN 
Như vậy với việc sử dụng triac thay cho 
Contactor trên mô hình thực nghiệm cho 
thấy, việc chuyển pha xảy ra nhanh và 
chính xác, trong khoảng thời gian 10 ms. 
Khi có sự mất cân bằng giữa các pha 
vượt quá ngưỡng cho phép đã đặt trước, 
lập tức bộ điều khiển sẽ tự động tác động 
chuyển pha mà không gây mất điện, đảm 
bảo cho phía phụ tải được cấp nguồn 
liên tục. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Phan Xuân Minh, Nguyễn Doãn Phước, “Tự động hóa với SIMATIC S7 - 200”, Nhà xuất bản 
Nông nghiệp. 
[2] Võ Minh Chính, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh, “Điện tử công suất”; Nhà xuất bản Khoa 
học và Kỹ thuật. 
[3] Lê Văn Doanh, Phạm Thượng Hàn, Nguyễn Văn Hoà, Võ Thạch Sơn, Đào Văn Tân, Các loại 
cảm biến trong đo lường và điều khiển; Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật. 
[4] Hoàng Minh Công, “Cảm biến công nghiệp”, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật. 
[5] Catalog của các hãng Siemens, Philips Semiconductors, National Semiconductors 
Giới thiệu tác giả: 
Tác giả Phạm Thị Hương Sen tốt nghiệp Đại học Khoa Điện, chuyên ngành 
Điều khiển tự động - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội năm 2003. 
Năm 2007, tốt nghiệp Thạc sỹ chuyên ngành Điều khiển và Tự động hóa - 
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. 
Từ năm 2003 đến nay là giảng viên Khoa Công nghệ Tự động - Trường Đại 
học Điện lực. 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
 SỐ 9 tháng 10 - 2015 
60