Truyền tải điện một chiều cao áp

Nối kết không đồng bộ giữa hai hệ thống xoay chiều khi mà các đường dây nối xoay chiều là không khả thi vì lý do ổn định hệ thống hay có sự khác nhau về tần số định mức của hai hệ thống.

Với sự ra đời của van thyristor, truyền tải điện HVDC trở nên hấp dẫn hơn Hệ thống HVDC đầu tiên dùng van thyristor thực hiện năm 1972 gồm nối kết “ lưng kề lưng “ (back–to–back) giữa các hệ thống New Brunkswick và Quebec của Canada Van thyristor trở thành phần tử chính của các trạm biến đổi một chiều Các thiết bị biến đổi ngày nay có kích thước trở nên gọn và giá thành giảm

Truyền tải HVDC đã được áp dụng trong các trường hợp sau:

1 Cáp ngầm dưới nước có chiều dài hơn 30 km Truyền tải điện xoay chiều sẽ không thực tế đối với khoảng cách dài do điện dung của cáp lớn đòi hỏi phải có các trạm bù trung gian

2 Nối kết không đồng bộ giữa hai hệ thống xoay chiều khi mà các đường dây nối xoay chiều là không khả thi vì lý do ổn định hệ thống hay có sự khác nhau về tần số định mức của hai hệ thống

3 Truyền tải một lượng công suất lớn trên khoảng cách xa bằng đường dây trên không Truyền tải HVDC là một phương án cạnh tranh được với truyền tải điện xoay chiều đối với khoảng cách dài hơn 600 km

4 Sự nối kết các hệ thống cùng tần số qua đường dây có chiều dài bằng không (nối kết “lưng kề lưng”, các trạm chỉnh lưu và nghịch lưu được nối kề nhau Điều này cho phép nối kết hai hệ thống xoay chiều mà không làm tăng dòng ngắn mạch trong hệ thống

5 Hệ thống HVDC được dùng để tải công suất từ một trạm lớn từ xa đến trung tâm phụ tải cách đó vài trăm km Nếu có sự cố trong hệ thống xoay chiều thì các máy phát ở nguồn phát sẽ không cắt ra vì đường kết nối DC không đồng bộ sẽ cô lập nhà máy với hệ thống AC

6 Liên kết giữa các hệ thống lớn: nhằm trao đổi liên tục công suất với các hệ thống lân cận bất chấp có biến đổi về điện áp và tần số Các liên kết DC đảm bảo sự tồn tại hoạt động của các đường nối trong những tình trạng nghiêm ngặt nhất của các lưới điện cấu thành

Các hệ thống HVDCcó khả năng điều khiển nhanh chóng công suất truyền tải vì vậy chúng có ảnh hưởng lớn đến ổn định khi liên kết với hệ thống xoay chiều Quan trọng hơn nữa, việc thiết kế thích hợp hệ thống điều khiển HVDC là cơ bản để đảm bảo vận hành thỏa mãn trên toàn hệ thống DC/AC

Chương này sẽ đưa ra giới thiệu tổng quát về các nguyên tắc vận hành và điều khiển cơ

bản của hệ thống HVDC và mô tả mô hình của chúng đối với khảo sát phân bố công suất cũng như khảo sát ổn định và xem xét chi tiết hệ thống có hai đầu

14.2 CẤU HÌNH HỆ THỐNG HVDC VÀ CÁC PHẦN TỬ

Các kết nối DC được phân làm ba loại chính:

• Kết nối đơn cực;

• Kết nối lưỡng cực;

• Kết nối đồng cực

Cấu hình cơ bản của một kết nối đơn cực được trình bày trong hình H.14.1 Hệ thống này dùng một dây dẫn, thường có cực tính âm Đường trở về có thể dùng đất hay nước Các khảo sát về chi phí thường đi đến việc dùng hệ thống này nhất là truyền tải bằng cáp ngầm Cấu hình này là giai đoạn thứ nhất của việc phát triển sang cấu hình lưỡng cực

Hình 14.1: Kết nối đơn cực

Thay vì dùng đường trở về qua đất, có thể dùng đường trở về bằng kim loại trong trường hợp điện trở đất quá lớn và có thể gây nhiễu loạn đến các công trình ngầm bằng kim loại khác Dây dẫn kim loại tạo đường về có điện áp thấp

Kết nối lưỡng cực được trình bày trong hình (H.14.2) Kết nối này có hai dây, một dương và một âm Mỗi đầu có đều có bộ biến đổi có điện áp định mức bằng nhau mắc nối tiếp về phía điện một chiều Điểm nối giữa hai bộ biến đổi được nối đất Lúc bình thường, dòng điện trên hai cực bằng nhau, dòng qua đất bằng không Hai cực có thể vận hành độc lập nhau Nếu một cực bị cô lập do sự cố trên dây dẫn, cực kia vẫn có thể hoạt động với đất là đường trở về và mang một nửa tải

Theo quan điểm chống sét, đường dây lưỡng cực được xem như hiệu quả tương đương với đường dây xoay chiều hai mạch Trong vận hành bình thường có ít nhiễu do họa tần đến các công trình lân cận so với đường đơn cực Việc đảo chiều công suất được thực hiện bằng cách thay đổi cực tính của hai cực thông qua điều khiển

Trong trường hợp dòng điện tản qua đất không được thuận lợi hay không thực hiện tốt việc nối đất do điện trở đất quá cao thì có thể dùng một dây dẫn thứ ba làm đường trở về cho dòng điện khi có một cực ngừng hoạt động hoặc khi có sự không cân bằng lúc vận hành hai cực Dây dẫn thứ ba yêu cầu mức cách điện thấp và còn được dùng làm dây bảo vệ chống sét đối với đường dây trên không

Hình 14.2: Kết nối lưỡng cực

Kết nối đồng cực có cấu hình như trong hình H.10.3 gồm hai hay nhiều dây có cùng cực tính Thường chọn cực tính âm vì có ít nhiễuthông tin do vầng quang gây ra hơn Đường trở về thông qua đất Khi có sự cố trên một dây, bộ biến đổi sẵn sàng để cung cấp cho các dây còn lại với chừng mực quá tải nào đó Về mặt này cấu hình đồng cực có vẻ thuận lợi hơn một khi đường trở về qua đất được chấp nhận

Hình 14.3 : Kết nối đồng cực

Mỗi cấu hình nói trên thường ghép thác nhóm nhiều bộ biến đổi, mỗi bộ có một máy biến áp và một nhóm các van Các bộ biến đổi được mắc song song về phía xoay chiều (máy biến áp) và mắc nối tiếp về phía một chiều (van) để có được mức điện áp mong muốn từ một cực so với đất

Hệ thống HVDC “lưng kề lưng” (dùng cho các kết nối không đồng bộ) được thiết kế vận hành đồng cực hay lưỡng cực với số nhóm khác nhau của các van cho mỗi cực phụ thuộc vào mục đích liên kết và độ tin cậy mong muốn

Hầu hết các kết nối HVDC điểm–đến–điểm (hai đầu) bao gồm các đường dây lưởng cực và chỉ vận hành một cực trong trường hợp khẩn cấp Chúng được thiết kế để có sự độc lập giữa các cực nhằm tránh mất điện cả đường dây lưỡng cực

Một hệ thống HVDC nhiều đầu (MTDC) tạo ra khi hệ thống điện HVDC được nối đến nhiều nút trên mạng xoay chiều

14.3 CÁC PHẦN TỬ CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI HVDC

Các phần tử chính của hệ thống HVDC được trình bày trong hình (H.14.4.)

Dùng một hệ thống lưỡng cực làm ví dụ Sau đây mô tả tóm lược các phần tử

Bộ biến đổi: Biến đổi AC/DC (chỉnh lưu) hay DC/AC (nghịch lưu), gồm các van mắc cầu

và máy biến áp có đầu phân áp Cầu van gồm các van cao áp mắc theo sơ đồ 6 xung hay 12 xung Các máy biến áp biến đổi cung cấp nguồn điện áp ba pha với điện áp thích hợp cho cầu

các van Với cuộn dây máy biến áp phía van không nối đất, hệ thống điện một chiều có thể được tạo nối đất riêng, thường là bằng cách nối đất đầu dương hay đầu âm của một cầu bộ biến đổi van

Hình 14.4: Sơ đồ nguyên lý hệ thống HVDC lưỡng cực, các phần tử chính

Cuộn kháng bằng phẳng: Đây là các cuộn kháng lớn có điện cảm đến 1 H mắc nối tiếp với

mỗi cực của mỗi trạm biến đổi Công dụng của chúng bao gồm:

• Giảm các họa tần điện áp và dòng điện trên đường dây một chiều;

• Tránh sự cố chuyển mạch trong nghịch lưu;

• Tránh dòng điện trở nên không liên tục khi mang tải thấp;

• Giới hạn đỉnh dòng điện trong chỉnh lưu khi xảy ra ngắn mạch trên đường một chiều

Bộ lọc họa tần: Bộ biến đổi sinh ra họa tần điện áp và dòng điện ở cả hai phía xoay chiều

và một chiều Họa tần gây phát nóng tụ điện và máy phát gần đó, còn gây nhiễu lên hệ thống thông tin Mạch lọc do đó phải được dùng ở cả hai phía một chiều và xoay chiều

Nguồn cung cấp công suất kháng: Như trình bày ở các mục kế tiếp, bộ biến đổi một chiều

thực chất có tiêu thụ công suất kháng Trong vận hành bình thường, lượng công suất kháng tiêu thụ bằng khoảng 50% lượng công suất tác dụng tải qua Trong tình trạng quá độ yêu cầu về công suất kháng có thể nhiều hơn Đối với hệ thống xoay chiều lớn, công suất kháng được tạo

ra bằng tụ bù ngang Phụ thuộc vào yêu cầu đặt ra cho kết nối một chiều và trên hệ thống xoay chiều mà một phần nguồn công suất kháng có thể là máy bù đồng bộ hay máy bù tĩnh Các tụ điện trong mạch lọc cũng cung cấp một phần công suất kháng yêu cầu

Điện cực: Hầu hết các kết nối DC được thiết kế dùng đất như dây trung tính ít nhất cho đến

thời điểm này Việc nối đất đòi hỏi phải có một bề mặt dẫn điện lớn để hạn chế mật độ dòng điện và điện trường Dây dẫn nối đất được xem như điện cực Như đã nói ở trên, nếu cần thiết phải hạn chế dòng điện qua đất thì dùng dây trở về bằng kim lọai là một phần tử của đường DC

Đường dây một chiều: Là đường dây trên không hay cáp ngầm Ngoại trừ số dây dẫn và

khoảng cách giữa các dây, đường dây DC trông rất giống đường dây AC

Máy cắt điện xoay chiều: Để loại trừ sự cố trong máy biến áp cũng như để đưa kết nối DC

ra khỏi vận hành, máy cắt được đặt ở phía xoay chiều Chúng không dùng để giải trừ sự cố phía một chiều vì những sự cố này có thể được loại trừ nhanh chóng bằng cách điều khiển bộ biến đổi

14.4 THUẬN LỢI VÀ KHÔNG THUẬN LỢI CỦA HỆ THỐNG HVDC

14.4.1 Thuận lợi

Những thuận lợi của hệ thống HVDC được liệt kê như sau:

1 Kinh tế hơn khi phải tải lượng công suất lớn đi xa bằng đường dây trên không

2 Tải được công suất nhiều hơn trên mỗi dây dẫn và xây dựng đường dây đơn giản hơn

3 Có thể dẫn dòng điện về qua đất

4 Không có dòng điện điện dung và hiệu ứng mặt ngoài

Vấn đề sụt áp nặng nề không được đặt ra vì chỉ có sụt áp R.I do điện trở trong khi sụt áp do cảm kháng X.I bằng không Cũng vì lý do X = 0 mà vấn đề ổn định tĩnh hệ thống không còn là vấn đề lớn nữa

5 Dễ dàng đảo ngược chiều và điều khiển công suất qua nối kết DC

6 Đường dây DC là một nối kết không đồng bộ và có tính linh hoạt (không có yêu cầu về tái đồng bộ) và nó có thể nối kết hai hệ thống xoay chiều mạnh, khác tần số

7 Đối với đường dây DC đơn giản nối giữa hai trạm biến đổi, không cần thiết phải dùng máy cắt vì điều khiển các bộ đổi điện có thể hãm không cho dòng điện tăng cao trong trường hợp sự cố

8 Trong đường dây lưỡng cực hay đồng cực, mỗi dây có thể vận hành độc lập

9 Ít choán hành lang Khoảng cách giữa hai pha ngoài của đường dây 400 kV xoay chiều khoảng 20 m trong khi đó đối với đường DC cùng điện áp khoảng cách này giảm một nửa còn khoảng 10 m

10 Tiết kiệm đáng kể về cách điện Điện áp đỉnh của đường dây 400 kV xoay chiều là 2.440

= 564 kV Do đó, đường dây xoay chiều cần nhiều cách điện giữa trụ và dây dẫn cũng như khoảng cách từ dây đến mặt đất cao hơn so với đường dây 400 kV DC

11 Không có giới hạn về mặt kỹ thuật về khoảng cách truyền tải bởi dây dẩn trên không hay đường cáp ngầm do không có dòng điện điện dung và không có giới hạn ổn định

12 Tổn thất đường dây thấp hơn

13 Có thể tải nhiều điện năng hơn vào mạng xoay chiều mà không làm tăng dòng ngắn mạch và định mức của các máy cắt

14 Không có yêu cầu về bù công suất kháng trên đường DC

15 Tổn thất vầng quang và nhiễu thông tin ít hơn đường dây xoay chiều

16 Đường dây cao áp xoay chiều và một chiều có thể vận hành song song trong hệ thống AC–

DC

17 Sự góp phần của đường HVDC vào dòng ngắn mạch trong hệ thống xoay chiều là nhỏ so với đường xoay chiều Dòng ngắn mạch trên đường DC được yêu cầu là nhỏ

14.4.2 Không thuận lợi

1 Chi phí cao do xây dựng các trạm biến đổi phức tạp và các khí cụ đắt tiền

2 Bộ biến đổi tiêu thụ công suất kháng đáng kể

3 Phát sinh họa tần, đòi hỏi mạch lọc

4 Bộ biến đổi ít có khả năng quá tải

5 Việc thiếu máy cắt DC có thể gây trở ngại vận hành của mạng điện Không có khí cụ DC nào có thể đóng cắt hoàn hảo và đảm bảo trong bảo vệ (điều khiển đồng thời ở tất cả các bộ biến đổi là khó khăn)

6 Không thể có máy biến áp kiểu DC để thay đổi điện áp theo cách đơn giản Sự biến đổi điện áp phải được thực hiện bên phía xoay chiều của hệ thống

7 Yêu cầu công suất kháng của phụ tải phải được cung cấp tại chỗ vì công suất kháng không được truyền tải trên đường dây DC

8 Sự đóng bẩn sứ cách điện ảnh hưởng xấu đối với điện áp một chiều hơn là đối với xoay chiều Yêu cầu phải thường xuyên lau chùi sứ cách điện

14.5 BỘ BIẾN ĐỔI VÀ CÁC PHƯƠNG TRÌNH

14.5.1 Mạch biến đổi

Bộ biến đổi thực hiện biến đổi AC/DC hay ngược lại và cung cấp phương tiện để điều chỉnh dòng công suất qua đường HVDC (H.14.5.) Các phần tử là cầu van điện tử và máy biến áp biến đổi

1 Các đặc tính của van

Van trong bộ biến đổi là khóa điện tử có điều khiển, cho phép dẫn điện theo một chiều từ anod sang cathod

Hình 14.5: Mạch cầu toàn sóng ba pha

2 Mạch đổi điện

Phần tử cơ bản của bộ biến đổi HVDC là mạch cầu ba pha toàn sóng Máy biến áp đổi điện có đầu phân áp dưới tải Cuộn dây phía xoay chiều mắc Y nối đất, cuộn dây phía van mắc ∆ hay Y không nối đất Mạch cầu toàn sóng ba pha được dùng phổ biến trong bộ biến đổi HVDC

vì tương thích tốt với máy biến áp biến đổi và có điện áp ngược thấp đặt lên các van khi ngừng

dẫn Điện áp ngược là một trong những yếu tố quan trọng để chọn các thông số định mức của van

14.5.2 Phân tích mạch cầu toàn sóng ba pha

Các giả thiết:

- Hệ thống xoay chiều bao gồm máy biến áp biến đổi được biểu diễn bằng một nguồn áp lý tưởng có điện áp, tần số không đổi nối tiếp với điện kháng tản của máy biến áp

- Dòng một chiều Id không đổi và không gợn sóng do có cuộn kháng lọc Ld làm bằng phẳng đặt về phía DC

- Các van điện là khóa lý tưởng có điện trở bằng không khi dẫn và bằng vô cùng khi ngưng

Điện áp pha của nguồn điện áp:

ea = Emcos(ωt+600)

ec = Emcos(ωt–1800) Điện áp dây:

eac = ea – ec = 3Emcos(ωt+300)

eba = eb – ea = 3Emcos(ωt–900) (14.2)

eca = ecb – eb = 3Emcos(ωt+1500)

1 PHÂN TÍCH GIẢ THIẾT BỎ QUA ĐIỆN KHÁNG NGUỒN

a Góc kích trễ bằng không (H.14.6)

Hình 14.6: Mạch tương đương của mạch của mạch biến đổi ba pha toàn sóng

- Mỗi van dẫn 1200

- Khi dẫn, dòng điện qua van là Id

- Dòng điện trong mỗi pha phía nguồn xoay chiều gồm các dòng điện chạy qua hai van có nối với pha đó

Hình 14.7(a) trình bày dạng sóng điện áp và dòng điện với các van được đánh số theo thứ tự kích dẫn Van 1 dẫn khi ωt trong khoảng –1200 đến 00, van 2 dẫn khi ωt giữa –600 và 600 H.14.7(b) cho thấy chu kỳ dẫn của các van, độ lớn và thời gian (góc) dòng điện đi qua Dòng điện trong pha a của nguồn xoay chiều (trong cuộn dây nối nguồn xoay chiều) của máy biến áp

được trình bày trong H.14.7(c)

Hình 14.7: Dạng sóng điện áp và dòng điện của mạch cầu H.14.6

a) Điện pha và điện áp dây của nguồn xoay chiều;

b) Dòng điện qua các van và chu kỳ dẫn;

c) Dòng điện pha a Điện áp DC trung bình cho bởi công thức

Vd0 = 3 3Em

E m: Trị số đĩnh của điện áp pha

Tính theo điện áp hiệu dụng pha (E LN ) và điện áp dây hiệu dụng (E LL )

Vd0 = 3 6ELN

= 3 2ELL

b Với góc kích trễ (H.14.8)

Gọi α là góc kích trễ (delay angle) tương ứng với thời gian trễ α

ω giây Góc trễ giới hạn bằng 1800

Điện áp trung bình V d khi có góc trễ α:

Vì α có thể thay đổi từ 0 đến 1800, cosα thay đổi từ –1 đến 1, Vd thay đổi từ –Vd0 đến Vd0

Số âm của V d ứng với chế độ nghịch lưu

Hình 14.8: Dạng sóng điện áp và dòng điện qua các van với góc kích trễ α

c Các quan hệ về dòng điện và góc pha

Khi góc trễ α tăng, góc lệch pha giữa điện áp và dòng xoay chiều cũng thay đổi Điều này được minh họa trong H.14.9 đối với pha a Dạng sóng dòng điện xoay chiều bao gồm nhiều xung hình chữ nhật tương ứng với dòng điện qua các van 1 và 4

Dòng điện một chiều giả thiết không đổi bằng Id (cuộn kháng Ld trong H.14.6 làm cho Id

không thay đổi) Vì mỗi van dẫn trong trong khoảng thời gian ứng với 1200 điện, dòng điện xoay chiều của đường dây bao gồm các xung chữ nhật có biên độ bằng Id và kéo dài 1200 hay 2π/3

radian (H.14.10) Với giả thiết không có chồng chập chuyển mạch thì dạng của dòng điện dây

xoay chiều độc lập với α

Trị số đỉnh của thành phần tần số cơ bản của dòng điện xoay chiều đường dây:

Bộ biến đổi hoạt động như một thiết bị biến đổi dòng xoay chiều ra một chiều (hay ngược

lại) sao cho tỷ số dòng điện không đổi trong khi tỷ số điện áp thay đổi tùy theo góc kích (xem

(14.3), (14.4) và (14.5))

Hình 14.9: Sự thay đổi góc lệch pha giữa điện áp và dòng điện theo góc kích trễ α

Hình 14.10: Dạng sóng dòng điện dây

2 ẢNH HƯỞNG CỦA GÓC CHỒNG CHẬP CHUYỂN MẠCH

Do điện cảm Lc của nguồn xoay chiều, dòng điện trong các pha không thể thay đổi tức thời Sự chuyển tiếp dòng điện từ pha này sang pha khác đòi hỏi một thời gian nhất định gọi là thời gian chuyển mạch hay thời gian chồng chập Góc chuyển mạch (góc chồng chập) ký hiệu là µ Trong vận hành bình thường, góc chồng chập nhỏ hơn 600, trị số tiêu biểu lúc đầy tải thay đổi từ 150 đến 250 Với 00 < µ < 600, trong thời gian chuyển mạch có ba van dẫn đồng thời, tuy vậy giữa các lần chuyển mạch chỉ có hai van dẫn Một lần chuyển mạch bắt đầu ở mỗi 600 và kéo dài một góc µ Do đó góc khi hai van dẫn điện với góc kích trễ α = 0 là 600 – µ Trong mỗi thời kỳ chuyển mạch, dòng điện trong van được đưa vào dẫn điện tăng từ 0 đến Id trong khi dòng điện trong van sắp ngưng dẫn điện giảm từ Id về 0 Sự chuyển mạch bắt đầu khi ωt = α và chấm dứt khi ωt = α+µ = δ, δ gọi là góc tắt (extinction angle)

Sự sụt áp do chồng chập chuyển mạch

Do hiện tượng chuyển mạch nói trên, điện áp DC trung bình bị sụt giảm so với khi không xét chồng chập Sụt áp trung bình do chồng chập cho bởi:

3 CHẾ ĐỘ CHỈNH LƯU

Mạch tương đương của chỉnh lưu cầu dựa trên phân tích ở trên được trình bày trong H.14.11; dạng sóng điện áp và chu kỳ dẫn trong H.14.12a

Điện áp một chiều và dòng điện trong mạch tương đương là các giá trị trung bình Điện áp nội bên trong là hàm theo góc trễ α Góc chồng chập µ không được thể hiện trong mạch tương đương, tác dụng chồng chập lúc chuyển mạch được biểu diễn qua trung gian của điện trở Rc

Hình 14.11: Mạch tương đương của cầu chỉnh lưu

Hình 14.12: Dạng sóng điện áp và chu kỳ dẫn a) chỉnh lưu b) nghịch lưu

4 CHẾ ĐỘ NGHỊCH LƯU

Nếu không có chồng chập, điện áp một chiều Vd = Vd0cosα Vd bắt đầu đổi dấu khi góc trễ

α > 900

Với ảnh hưởng của chồng chập (H.14.12b):

Vd = Vd0cosα – ∆Vd

αt = π – δt = π – αt – µ suy ra:

Vì các van chỉ dẫn điện theo một chiều, dòng điện trong bộ biến đổi không thể đảo ngược được Việc đổi dấu của điện áp Vd dẫn đến đảo chiều công suất Điện áp xoay chiều phải hiện hữu bên sơ cấp của máy biến áp (phía nối với điện xoay chiều) trong chế độ nghịch lưu Điện áp một chiều của nghịch lưu có khuynh hướng chống lại dòng điện như trong động cơ một chiều gọi là sức phản điện Điện áp một chiều từ bộ chỉnh lưu cưỡng bức dòng điện qua các van của bộ nghịch lưu chống lại sức phản điện này

Chế độ nghịch lưu cũng diễn tả theo α và δ như trong chế độ chỉnh lưu nhưng có giá trị từ

900 đến 1800 Tuy vậy dùng ký hiệu góc kích trước β (ignition advance angle) và góc tắt trước γ (extinction advance angle) để mô tả chế độ nghịch lưu Những góc này được định nghĩa theo sự vượt trước so với thời điểm khi điện áp chuyển mạch bằng không (eab = 0 đối với van 1 và 3) và đang giảm (xem H.14.12b):

Dựa vào các phương trình trên, có thể biểu diễn mạch tương đương của bộ nghịch lưu như sau (H.14.13):

Hình 14.13: Các mạch tương đương của nghịch lưu

Quan hệ giữa các đại lượng một chiều và xoay chiều:

Từ phương trình (14.11), điện áp trung bình một chiều cho bởi:

Vd = Vd0cosα – ∆Vd = Vd0 cos cos

ELN: điện áp pha hiệu dụng

ILI: dòng điện hiệu dụng tần số cơ bản

Ký hiệu giá trị của ILI khi µ = 0 bằng ILI0, pt (14.19) được viết:

ILIcosϕ = ILI0 cos cos

2

5 CÁC BIỂU THỨC GẦN ĐÚNG

Gần đúng ILI0 với ILI

ILI ≈ ILI0 = 6Id

Quan hệ trên chỉ chính xác khi µ = 0, với µ = 600 sai số là 4,3%, với µ < 300 sai số nhỏ hơn 1,1%

Suy ra hệ số công suất:

cosϕ ≈ cos cos

14.5.3 Công suất của máy biến áp biến đổi

Trị số hiệu dụng toàn phần IT của dòng điện phía thứ cấp máy biến áp (không phải chỉ có thành phần cơ bản) cho bởi:

Công suất định mức của máy biến áp:

14.5 BỘ BIẾN ĐỔI NHIỀU CẦU

Hai hay nhiều cầu được mắc nối tiếp để có được điện áp DC cao Bộ máy biến áp biến đổi được mắc giữa nguồn xoay chiều và cầu các van Tỷ số biến áp được điều chỉnh dưới tải

Trong thực tế bộ biến đổi nhiều cầu gồm một số chẵn các cầu xếp thành từng đôi tạo ra cách sắp xếp theo 12 xung (H.14.14.)

Hình 14.14: Bộ biến đổi cầu 12 xung

Như trình bày trong hình (14.14), hai bộ máy biến áp, một mắc Y–Y và một mắc Y–∆ được dùng để cung cấp cho mỗi đôi cầu Điện áp ba pha cung cấp cho một cầu lệch 300 so với điện áp

ba pha cung cấp cho cầu kia Dạng sóng xoay chiều của dòng điện đối với hai cầu gần hình sin hơn so với cầu đơn 6 xung (H.14.15) Với cách sắp xếp theo 12 xung, các họa tần bậc 5 và bậc 7 hầu như được loại trừ ở phía xoay chiều Điều này giảm chi phí của bộ lọc họa tần Thêm vào đó, với cách sắp xếp 12 xung, gợn sóng điện áp một chiều được giảm thiểu ; các họa tần bậc 6 và bậc 18 đươcï loại trừ ở phía một chiều Đối với cầu 6 xung, tồn tại họa tần bội số của 6 trên phía một chiều trong khi ở cầu 12 xung chỉ có bội số của họa tần bậc 12

Các quan hệ giữa các đại lương phía một chiều và xoay chiều đối với bộ biến đổi nhiều cầu

Gọi:

B: số cầu mắc nối tiếp

T: tỷ số biến áp (1:T)

Hình 14.15: Dạng sóng điện áp một chiều và dòng điện xoay chiều cầu 6 xung và 12 xung

a) Nếu điện áp phía sơ cấp là 230 kV và tỷ số biến áp T là 0,48, xác định điện áp DC ở đầu

ra khi góc kích trễ α = 200 và góc chuyển mạch µ = 180

b) Nếu dòng điện một chiều cung cấp bởi mạch chỉnh lưu là 2000 A, tính điện kháng chuyển mạch hiệu dụng Xc, trị số hiệu dụng của thành phần cơ bản của dòng điện xoay chiều, hệ số công suất cosϕ, công suất kháng phía sơ cấp máy biến áp

Giải

a) Mạch cầu 12 xung gồm hai mạch cầu 6 xung: B = 2

Điện áp DC lúc không tải:

Vd0 = 3 2BTELL =

π 1,3505 2 0,48 230 = 298,18 kV Góc tắt: δ = α + µ = 200 + 180 = 380

Sụt áp do chồng chập chuyển mạch:

∆Vd = Vd0cos cos cos cos

,

d d0

Q = PAC.tgϕ = 515,16 tg30,250 = 300,43 MVAr