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ats雙電源自動切換開關工作原理: 發布時間：2025-06-23|閱讀：次

一、ATS 雙電源自動切換開關的基本概念與分類

1. 定義
ATS（Automatic Transfer Switch）即雙電源自動切換開關，是一種用于在主電源（常用電源）與備用電源（應急電源）之間自動切換的裝置，負載在主電源故障時迅速獲得備用電源供電，避免因斷電導致設備停機或安全事故。

2. 分類方式

按結構與功能分類

PC 級 ATS：純粹的電源切換裝置，無過載、短路保護功能，由隔離開關或負荷開關組成，切換速度快（通常≤100ms），適用于對供電連續性要求的場景（如數據中心、醫院）。
CB 級 ATS：基于斷路器設計，集成過載、短路保護功能，切換速度相對較慢（通常 100-500ms），適用于需要電源保護的工業或民用場所。

按數分類：2P（兩相）、3P（三相）、4P（三相 + 中性線）。
按切換模式分類：自投自復、自投不自復、手動 / 自動切換。

二、ATS 的核心組成與硬件結構

1. 主電路組件

開關本體

PC 級：由兩組高可靠性隔離開關（如旋轉式、插入式）組成，通過機械聯動實現電源切換，典型如德力西 CDQ3EH 系列的觸頭系統。
CB 級：采用塑殼斷路器（MCCB）或微型斷路器（MCB），如上海新馳 SQ3 系列的斷路器單元，兼具切換與保護功能。

滅弧系統：PC 級通過滅弧罩或真空滅弧室抑制切換電弧；CB 級利用斷路器的滅弧柵片熄滅短路電流產生的電弧。

2. 控制與檢測系統

電壓 / 頻率傳感器：實時監測主、備電源的電壓（如三相 380V / 單相 220V）、頻率（50Hz/60Hz）及相位差，典型閾值：電壓偏差超過 ±10%、頻率偏差超過 ±2Hz 時觸發切換。
控制器：分為機械邏輯控制器（如克萊沃 AR 系列的機架式控制器）和微處理器智能控制器（如固也泰 BTB Type 的可編程控制器），負責處理傳感器信號并發出切換指令。
操作機構：電動驅動（如電機 + 齒輪傳動）或手動操作，PC 級多采用彈簧儲能快速切換機構，切換時間≤50ms。

3. 互鎖與保護裝置

機械互鎖：通過連桿、鎖扣等機械結構防止兩組開關同時閉合，如 SQ5-630/4 的機械互鎖裝置，電源隔離。
電氣互鎖：通過繼電器、接觸器的輔助觸點實現電氣信號互鎖，防止誤動作。
過載 / 短路保護模塊（CB 級專屬）：內置熱磁脫扣器或電子脫扣器，當電流超過額定值（如 1.3 倍額定電流持續 1 小時）或發生短路（如 10 倍額定電流）時，斷路器自動分斷。

三、ATS 工作原理的核心流程

1. 正常供電狀態（主電源工作）

流程解析：

主電源通過 ATS 的主開關（如隔離開關或斷路器）向負載供電，備用電源開關處于分斷狀態。
控制器持續監測主電源電壓、頻率及波形，例如檢測到三相電壓均在 342-418V（額定 380V±10%）范圍內，頻率在 48-52Hz 時，判定為正常。
機械互鎖裝置鎖定備用電源開關，防止誤合閘；電氣互鎖通過輔助觸點向監控系統反饋 “主電源供電” 狀態。

2. 主電源故障觸發切換

故障檢測機制：

電壓異常：主電源單相失壓、三相電壓不平衡度超過 15%（如兩相 380V，一相 200V）。
頻率異常：如主電源頻率降至 45Hz 以下或升至 55Hz 以上（可調閾值）。
持續時間閾值：故障持續超過設定時間（如 0.5-2 秒），避免瞬時波動誤觸發切換。

切換動作過程：

控制器發出分閘指令，主電源開關通過電動操作機構快速分斷（如 PC 級利用彈簧儲能在 50ms 內分閘）。
機械互鎖解鎖，備用電源開關在控制器指令下合閘，實現負載供電切換，總切換時間 PC 級≤100ms，CB 級≤500ms。
切換完成后，控制器向監控系統發送 “備用電源供電” 信號，并啟動故障報警（如聲光報警或通訊報文）。

3. 備用電源供電與主電源恢復切換

自投自復模式：
當主電源恢復正常后（如電壓、頻率穩定持續 10 秒），控制器自動觸發備用電源分閘，主電源合閘，恢復主電源供電，適用于民用建筑（如商場、辦公樓）。
自投不自復模式：
主電源恢復后需手動復位或通過遠程指令切換回主電源，常用于工業生產場景（如連續運行的生產線），避免頻繁切換影響設備壽命。

4. 手動干預與應急操作

面板手動按鈕：緊急情況下可通過 ATS 面板的 “主電源”“備用電源”“停止” 按鈕強制切換，如醫院手術室在自動切換失效時手動切至備用電源。
遠程控制：通過 RS485、Modbus 等通訊協議接收 PLC 或 BA 系統指令，實現遠程切換，典型如數據中心通過 BMS 系統集中管理 ATS 狀態。

四、PC 級與 CB 級 ATS 工作原理的差異

對比維度	PC 級 ATS（以 SQ5-630/4 為例）	CB 級 ATS（以 SQ3 系列為例）
核心結構	兩組隔離開關 + 機械聯動機構，無保護脫扣器	兩臺斷路器 + 保護模塊（熱磁脫扣器 / 電子脫扣器）
切換邏輯	僅檢測電源狀態，故障時直接切換，無過載 / 短路保護	除電源檢測外，還通過脫扣器檢測電流異常，先保護再切換
切換時間	≤100ms（適用于 UPS、精密儀器等不能斷電的負載）	100-500ms（適用于風機、水泵等允許短時間斷電的負載）
短路耐受能力	高（如額定短路電流 50kA），依賴上游斷路器保護	中（如額定短路電流 35kA），自身可分斷短路電流
應用場景	數據中心、醫院 ICU、金融系統（需高可靠性切換）	工業廠房、商業建筑（需電源保護與切換一體化）

五、ATS 控制邏輯與保護功能詳解

1. 切換控制模式

自投自復模式（常用）

邏輯流程：主電源故障→切至備用電源→主電源恢復→自動切回主電源，如德力西 CDQ0s 在民用住宅中的應用。

自投不自復模式（鎖定模式）

邏輯流程：主電源故障→切至備用電源→主電源恢復后保持備用電源供電，需手動復位，如機場跑道照明系統防止切換干擾。

手動優先模式

手動操作優先級高于自動控制，如消防控制室在緊急情況下強制切換至消防電源。

2. 保護功能原理

過載保護（CB 級）：
熱磁脫扣器中的雙金屬片因過載電流發熱彎曲，推動脫扣機構使斷路器分閘，動作時間與電流大小成反比（如 1.5 倍額定電流時 10 分鐘內分斷）。
短路保護（CB 級）：
短路電流產生強磁場，驅動電磁脫扣器快速動作，在 10ms 內分斷電路，如 SQ3 系列的短路分斷能力達 10kA。
欠壓 / 失壓保護：
電壓低于額定值 70% 時，控制器觸發延時（如 1 秒）后切換，避免瞬時電壓波動誤動作。

3. 智能監控與通訊原理

現代 ATS（如克萊沃 AR228 系列）內置 MCU，通過 Modbus 協議將電壓、電流、切換次數等數據上傳至監控系統，支持遠程設定切換閾值（如電壓偏差可設為 ±5%~±15%）。
部分型號具備故障記錄功能，可存儲近 50 次切換事件，便于維護分析（如記錄某次切換的故障類型、時間戳）。

六、ATS 工作原理在典型場景中的應用

1. 數據中心（高可靠性需求）

采用 PC 級 ATS（如克萊沃 AR128T），切換時間≤50ms，配合 UPS 實現 “零中斷” 供電。原理：當市電故障時，ATS 在 50ms 內切至柴油發電機，UPS 在此期間維持供電，服務器不重啟。
冗余設計：雙 ATS 并聯，主用 ATS 故障時手動切至備用 ATS，提升系統可靠性。

2. 醫院手術室（生命支持系統）

使用 4P 型 CB 級 ATS（如固也泰 BTB Type），兼具切換與短路保護。原理：當主電源失壓時，ATS 在 200ms 內切至備用電源（如 UPS 或發電機），同時其過載保護功能防止手術設備短路導致全手術室斷電。
自投不自復模式：手術中主電源恢復后不自動切回，避免切換瞬間的電壓波動影響精密設備（如無影燈、麻醉機）。

3. 工業生產線（重載負載）

采用 CB 級 ATS（如德力西 CDQ3EH），額定電流覆蓋 100-630A。原理：當主電源缺相時，控制器檢測到三相電壓不平衡，觸發延時 1 秒后切換至備用電源，同時其熱磁脫扣器保護電動機免受過載損壞。

七、ATS 工作原理的關鍵技術參數與影響因素

1. 核心參數對原理的影響

切換時間：直接影響負載斷電時間，如 PC 級≤100ms 可滿足 IT 設備需求，而 CB 級≥100ms 可能導致部分設備重啟。
額定電流：決定 ATS 能帶載的功率，如 400A 的 ATS 可驅動 200kW 以下的負載。
短路耐受電流：PC 級需上游斷路器配合（如主開關短路分斷能力 65kA），CB 級自身可分斷 35kA 短路電流。

2. 環境因素對工作原理的影響

溫度：超過 40℃時，ATS 的額定電流需降容（如 40℃時額定電流 100A，50℃時降為 80A），避免過熱誤動作。
海拔：海拔超過 2000 米時，空氣絕緣強度下降，需選用高原型 ATS（如增加爬電距離）。

八、ATS 工作原理的維護與故障排查

1. 日常維護要點

檢查機械互鎖機構是否卡頓：手動操作切換按鈕，觀察開關動作是否順暢，如固也泰 ATS 的機械連桿需定期潤滑。
測試傳感器精度：用可調電源模擬主電源電壓下降至 80% 額定值，觀察 ATS 是否在設定時間（如 0.5 秒）內切換。

2. 常見故障與原理分析

切換延遲過長：可能是控制器參數設置錯誤（如故障檢測延時設為 5 秒），或電機驅動機構潤滑不良。
誤切換：電壓傳感器閾值設置過低（如設為 ±5%），導致電網小幅波動觸發切換，需重新設定為 ±10%。

九、總結：ATS 工作原理的核心邏輯

ATS 的工作原理本質是 “電源狀態檢測 - 邏輯判斷 - 執行切換 - 保護聯動” 的閉環系統。從 PC 級的純機械快速切換到 CB 級的保護切換一體化，其設計始終圍繞 “可靠性” 與 “安全性” 展開。在實際應用中，需根據負載特性（如是否允許斷電、是否需要保護）選擇合適類型，并通過合理設置控制參數（如切換閾值、模式），在主電源故障時快速、準確地切換至備用電源，為關鍵負載提供持續電力保障。