一、ATS 雙電源自動(dòng)切換開關(guān)的基本概念與分類
ATS（Automatic Transfer Switch）即雙電源自動(dòng)切換開關(guān)，是一種用于在主電源（常用電源）與備用電源（應(yīng)急電源）之間自動(dòng)切換的裝置，負(fù)載在主電源故障時(shí)迅速獲得備用電源供電，避免因斷電導(dǎo)致設(shè)備停機(jī)或安全事故。
按結(jié)構(gòu)與功能分類
PC 級(jí) ATS：純粹的電源切換裝置，無過載、短路保護(hù)功能，由隔離開關(guān)或負(fù)荷開關(guān)組成，切換速度快（通常≤100ms），適用于對(duì)供電連續(xù)性要求的場(chǎng)景（如數(shù)據(jù)中心、醫(yī)院）。
CB 級(jí) ATS：基于斷路器設(shè)計(jì)，集成過載、短路保護(hù)功能，切換速度相對(duì)較慢（通常 100-500ms），適用于需要電源保護(hù)的工業(yè)或民用場(chǎng)所。
按數(shù)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(fù)、自投不自復(fù)、手動(dòng) / 自動(dòng)切換。
二、ATS 的核心組成與硬件結(jié)構(gòu)
開關(guān)本體
PC 級(jí)：由兩組高可靠性隔離開關(guān)（如旋轉(zhuǎn)式、插入式）組成，通過機(jī)械聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)電源切換，典型如德力西 CDQ3EH 系列的觸頭系統(tǒng)。
CB 級(jí)：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(hù)功能。
滅弧系統(tǒng)：PC 級(jí)通過滅弧罩或真空滅弧室抑制切換電弧；CB 級(jí)利用斷路器的滅弧柵片熄滅短路電流產(chǎn)生的電弧。
電壓 / 頻率傳感器：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(shí)觸發(fā)切換。
控制器：分為機(jī)械邏輯控制器（如克萊沃 AR 系列的機(jī)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(fù)責(zé)處理傳感器信號(hào)并發(fā)出切換指令。
操作機(jī)構(gòu)：電動(dòng)驅(qū)動(dòng)（如電機(jī) + 齒輪傳動(dòng)）或手動(dòng)操作，PC 級(jí)多采用彈簧儲(chǔ)能快速切換機(jī)構(gòu)，切換時(shí)間≤50ms。
機(jī)械互鎖：通過連桿、鎖扣等機(jī)械結(jié)構(gòu)防止兩組開關(guān)同時(shí)閉合，如 SQ5-630/4 的機(jī)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(diǎn)實(shí)現(xiàn)電氣信號(hào)互鎖，防止誤動(dòng)作。
過載 / 短路保護(hù)模塊（CB 級(jí)專屬）：內(nèi)置熱磁脫扣器或電子脫扣器，當(dāng)電流超過額定值（如 1.3 倍額定電流持續(xù) 1 小時(shí)）或發(fā)生短路（如 10 倍額定電流）時(shí)，斷路器自動(dòng)分?jǐn)唷?/p>
三、ATS 工作原理的核心流程
流程解析：
主電源通過 ATS 的主開關(guān)（如隔離開關(guān)或斷路器）向負(fù)載供電，備用電源開關(guān)處于分?jǐn)酄顟B(tài)。
控制器持續(xù)監(jiān)測(cè)主電源電壓、頻率及波形，例如檢測(cè)到三相電壓均在 342-418V（額定 380V±10%）范圍內(nèi)，頻率在 48-52Hz 時(shí)，判定為正常。
機(jī)械互鎖裝置鎖定備用電源開關(guān)，防止誤合閘；電氣互鎖通過輔助觸點(diǎn)向監(jiān)控系統(tǒng)反饋 “主電源供電” 狀態(tài)。
故障檢測(cè)機(jī)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(diào)閾值）。
持續(xù)時(shí)間閾值：故障持續(xù)超過設(shè)定時(shí)間（如 0.5-2 秒），避免瞬時(shí)波動(dòng)誤觸發(fā)切換。
切換動(dòng)作過程：
控制器發(fā)出分閘指令，主電源開關(guān)通過電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)快速分?jǐn)啵ㄈ?PC 級(jí)利用彈簧儲(chǔ)能在 50ms 內(nèi)分閘）。
機(jī)械互鎖解鎖，備用電源開關(guān)在控制器指令下合閘，實(shí)現(xiàn)負(fù)載供電切換，總切換時(shí)間 PC 級(jí)≤100ms，CB 級(jí)≤500ms。
切換完成后，控制器向監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送 “備用電源供電” 信號(hào)，并啟動(dòng)故障報(bào)警（如聲光報(bào)警或通訊報(bào)文）。
自投自復(fù)模式：
當(dāng)主電源恢復(fù)正常后（如電壓、頻率穩(wěn)定持續(xù) 10 秒），控制器自動(dòng)觸發(fā)備用電源分閘，主電源合閘，恢復(fù)主電源供電，適用于民用建筑（如商場(chǎng)、辦公樓）。自投不自復(fù)模式：
主電源恢復(fù)后需手動(dòng)復(fù)位或通過遠(yuǎn)程指令切換回主電源，常用于工業(yè)生產(chǎn)場(chǎng)景（如連續(xù)運(yùn)行的生產(chǎn)線），避免頻繁切換影響設(shè)備壽命。
面板手動(dòng)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(qiáng)制切換，如醫(yī)院手術(shù)室在自動(dòng)切換失效時(shí)手動(dòng)切至備用電源。
遠(yuǎn)程控制：通過 RS485、Modbus 等通訊協(xié)議接收 PLC 或 BA 系統(tǒng)指令，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程切換，典型如數(shù)據(jù)中心通過 BMS 系統(tǒng)集中管理 ATS 狀態(tài)。
四、PC 級(jí)與 CB 級(jí) ATS 工作原理的差異
| 對(duì)比維度 | PC 級(jí) ATS（以 SQ5-630/4 為例） | CB 級(jí) ATS（以 SQ3 系列為例） |
|---|---|---|
| 核心結(jié)構(gòu) | 兩組隔離開關(guān) + 機(jī)械聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，無保護(hù)脫扣器 | 兩臺(tái)斷路器 + 保護(hù)模塊（熱磁脫扣器 / 電子脫扣器） |
| 切換邏輯 | 僅檢測(cè)電源狀態(tài)，故障時(shí)直接切換，無過載 / 短路保護(hù) | 除電源檢測(cè)外，還通過脫扣器檢測(cè)電流異常，先保護(hù)再切換 |
| 切換時(shí)間 | ≤100ms（適用于 UPS、精密儀器等不能斷電的負(fù)載） | 100-500ms（適用于風(fēng)機(jī)、水泵等允許短時(shí)間斷電的負(fù)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(hù) | 中（如額定短路電流 35kA），自身可分?jǐn)喽搪冯娏?/td> |
| 應(yīng)用場(chǎng)景 | 數(shù)據(jù)中心、醫(yī)院 ICU、金融系統(tǒng)（需高可靠性切換） | 工業(yè)廠房、商業(yè)建筑（需電源保護(hù)與切換一體化） |
五、ATS 控制邏輯與保護(hù)功能詳解
自投自復(fù)模式（常用）
邏輯流程：主電源故障→切至備用電源→主電源恢復(fù)→自動(dòng)切回主電源，如德力西 CDQ0s 在民用住宅中的應(yīng)用。
自投不自復(fù)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(fù)后保持備用電源供電，需手動(dòng)復(fù)位，如機(jī)場(chǎng)跑道照明系統(tǒng)防止切換干擾。
手動(dòng)優(yōu)先模式
手動(dòng)操作優(yōu)先級(jí)高于自動(dòng)控制，如消防控制室在緊急情況下強(qiáng)制切換至消防電源。
過載保護(hù)（CB 級(jí)）：
熱磁脫扣器中的雙金屬片因過載電流發(fā)熱彎曲，推動(dòng)脫扣機(jī)構(gòu)使斷路器分閘，動(dòng)作時(shí)間與電流大小成反比（如 1.5 倍額定電流時(shí) 10 分鐘內(nèi)分?jǐn)啵?/p>短路保護(hù)（CB 級(jí)）：
短路電流產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)，驅(qū)動(dòng)電磁脫扣器快速動(dòng)作，在 10ms 內(nèi)分?jǐn)嚯娐罚?SQ3 系列的短路分?jǐn)嗄芰_(dá) 10kA。欠壓 / 失壓保護(hù)：
電壓低于額定值 70% 時(shí)，控制器觸發(fā)延時(shí)（如 1 秒）后切換，避免瞬時(shí)電壓波動(dòng)誤動(dòng)作。
現(xiàn)代 ATS（如克萊沃 AR228 系列）內(nèi)置 MCU，通過 Modbus 協(xié)議將電壓、電流、切換次數(shù)等數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控系統(tǒng)，支持遠(yuǎn)程設(shè)定切換閾值（如電壓偏差可設(shè)為 ±5%~±15%）。
部分型號(hào)具備故障記錄功能，可存儲(chǔ)近 50 次切換事件，便于維護(hù)分析（如記錄某次切換的故障類型、時(shí)間戳）。
六、ATS 工作原理在典型場(chǎng)景中的應(yīng)用
采用 PC 級(jí) ATS（如克萊沃 AR128T），切換時(shí)間≤50ms，配合 UPS 實(shí)現(xiàn) “零中斷” 供電。原理：當(dāng)市電故障時(shí)，ATS 在 50ms 內(nèi)切至柴油發(fā)電機(jī)，UPS 在此期間維持供電，服務(wù)器不重啟。
冗余設(shè)計(jì)：雙 ATS 并聯(lián)，主用 ATS 故障時(shí)手動(dòng)切至備用 ATS，提升系統(tǒng)可靠性。
使用 4P 型 CB 級(jí) ATS（如固也泰 BTB Type），兼具切換與短路保護(hù)。原理：當(dāng)主電源失壓時(shí)，ATS 在 200ms 內(nèi)切至備用電源（如 UPS 或發(fā)電機(jī)），同時(shí)其過載保護(hù)功能防止手術(shù)設(shè)備短路導(dǎo)致全手術(shù)室斷電。
自投不自復(fù)模式：手術(shù)中主電源恢復(fù)后不自動(dòng)切回，避免切換瞬間的電壓波動(dòng)影響精密設(shè)備（如無影燈、麻醉機(jī)）。
采用 CB 級(jí) ATS（如德力西 CDQ3EH），額定電流覆蓋 100-630A。原理：當(dāng)主電源缺相時(shí)，控制器檢測(cè)到三相電壓不平衡，觸發(fā)延時(shí) 1 秒后切換至備用電源，同時(shí)其熱磁脫扣器保護(hù)電動(dòng)機(jī)免受過載損壞。
七、ATS 工作原理的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)與影響因素
切換時(shí)間：直接影響負(fù)載斷電時(shí)間，如 PC 級(jí)≤100ms 可滿足 IT 設(shè)備需求，而 CB 級(jí)≥100ms 可能導(dǎo)致部分設(shè)備重啟。
額定電流：決定 ATS 能帶載的功率，如 400A 的 ATS 可驅(qū)動(dòng) 200kW 以下的負(fù)載。
短路耐受電流：PC 級(jí)需上游斷路器配合（如主開關(guān)短路分?jǐn)嗄芰?65kA），CB 級(jí)自身可分?jǐn)?35kA 短路電流。
溫度：超過 40℃時(shí)，ATS 的額定電流需降容（如 40℃時(shí)額定電流 100A，50℃時(shí)降為 80A），避免過熱誤動(dòng)作。
海拔：海拔超過 2000 米時(shí)，空氣絕緣強(qiáng)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(hù)與故障排查
檢查機(jī)械互鎖機(jī)構(gòu)是否卡頓：手動(dòng)操作切換按鈕，觀察開關(guān)動(dòng)作是否順暢，如固也泰 ATS 的機(jī)械連桿需定期潤(rùn)滑。
測(cè)試傳感器精度：用可調(diào)電源模擬主電源電壓下降至 80% 額定值，觀察 ATS 是否在設(shè)定時(shí)間（如 0.5 秒）內(nèi)切換。
切換延遲過長(zhǎng)：可能是控制器參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤（如故障檢測(cè)延時(shí)設(shè)為 5 秒），或電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)潤(rùn)滑不良。
誤切換：電壓傳感器閾值設(shè)置過低（如設(shè)為 ±5%），導(dǎo)致電網(wǎng)小幅波動(dòng)觸發(fā)切換，需重新設(shè)定為 ±10%。
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