Nghiên cứu mạch lọc tích cực song song 3 pha 4 dây

81 756 2
Nghiên cứu mạch lọc tích cực song song 3 pha 4 dây

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

Luận văn cao học Nghiên cứu mạch lọc tích cực song song 3 pha 4 dây 1 CHƯƠNG 1 KHÁI NIỆM VỀ SÓNG HÀI Chương 1 nhắc lại một số kiến thức cơ bản về sóng hài, tác dụng của sóng hài đối với lưới điện cũng như đưa ra một số phương pháp để hạn chế sóng hài. Nội dung chương 1 gồm 4 phần chính : 1.1 Khái niệm về sóng hài 1.2 Ảnh hưởng của sóng hài 1.3 Nguồn tạo sóng hài 1.4 Mạch lọc tích cực Luận văn cao học Nghiên cứu mạch lọc tích cực song song 3 pha 4 dây 2 1.1 Khái niệm về sóng hài Chúng ta biết rằng, các dạng sóng điện áp sin được tạo ra tại các nhà máy điện, trạm điện lớn thì rất tốt. Tuy nhiên, càng di chuyển về phía phụ tải, đặc biệt là các phụ tải phi tuyến thì các dạng sóng càng bị méo dạng. Khi đó dạng sóng không còn sin. H1.1 A- Dạng sóng sin, B- Dạng sóng hài Sóng hài có thể coi như là tổng của các dạng sóng sin mà tần số của nó là bội số nguyên của tần số cơ bản. H1.2 Thành phần cơ bản và các hài - Sử dụng chuỗi Fourier với chu kỳ T - seconds và tần số cơ bản f=1/T Hz, or ω=2πf rad/s, có thể biểu diễn một sóng hài f(t) với biểu thức sau : -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 0 0.0041 0.0082 0.0123 0.0164 Time Secs Seventh Fifth Fundamental f(t) Luận văn cao học Nghiên cứu mạch lọc tích cực song song 3 pha 4 dây 3 Harmonic spectrum 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 1 3 5 7 9 1113151719212325272931 Harmonic Order Amplitude ∑ ∞ = ++= 1 0 )cos()( n nn tnCCtf θω (1.1) Với : C0 là giá trị DC của hàm sóng hài f(t) Cn là giá trị đỉnh của thành phần hài bậc n và θn là giá trị góc pha. - Phổ của sóng hài được thể hiện theo hình H1.3 H1.3 Phổ của sóng hài - THD: Tham số quan trọng nhất dùng để đánh giá sóng hài là hệ số méo dạng (THD). THD = C / C 2 n 2 1 ∞ ∑ (1.2) Với C1: Biên độ thành phần cơ bản Cn là giá trị đỉnh của thành phần hài bậc n . Luận văn cao học Nghiên cứu mạch lọc tích cực song song 3 pha 4 dây 4 1.2 Ảnh hưởng của sóng hài. Ảnh hưởng quan trọng nhất của sóng hài đó là việc làm tăng giá trị hiệu dụng cũng như giá trị đỉnh của dòng điện và điện áp, có thể thấy rõ qua công thức sau : 2 )1( 0 2 1)( 1 U T RMS THDUdttu T U +== ∫ (1.3) 2 )1( 0 2 1)( 1 I T RMS THDIdtti T I +== ∫ (1.4) Đồng thời có thể quan sát 1 cách trực quan qua kết quả sau : H1.4 Giá trị đỉnh và RMS theo các thành phần sóng hài. Khi giá trị hiệu dụng và giá trị biên độ của tín hiệu điện áp hay dòng điện tăng do sóng hài, sẽ dẫn đến hàng loạt những vấn đề sau :  Làm tăng phát nóng của các thiết bị điện, dây dẫn điện.  Ảnh hưởng đến độ bền cách điện của vật liệu, khả năng mang tải của dây dẫn điện.  Ả nh hưởng đến hoạt động của các thiết bị bảo vệ ( tác động sai ): cầu chì, CB, relay, Đồng thời các thiết bị đo đếm như kWh ghi nhận sai dữ liệu.  Tổn hao trên cuộn dây và lõi thép của động cơ tăng, ảnh hưởng đến mô men trên trục của động cơ.  Làm các mạch PLL trong điều khiển hoạt động sai.  Ảnh hưởng đến các thiết bị viễn thông. Luận văn cao học Nghiên cứu mạch lọc tích cực song song 3 pha 4 dây 5 1.3 Nguồn tạo sóng hài 1.3.1 Tải không tuyến tính a. Máy biến thế Hiện tượng bảo hòa mạch từ của máy biến áp lực có thể sinh ra sóng hài. Hình H1.5 mô tả nguyên lý tạo sóng hài từ hiện tượng bảo hoà mạch từ. Để duy trì điện áp sin, từ thông sin phải được tạo ra từ dòng từ - magnetizing current. Khi biên độ của điện áp ( và từ thông ) đủ lớn để rơi vào trường hợp không tuyến tính trong đường cong B-H, sẽ dẫn đến dòng điện từ lớn bị méo dạng và ch ứa sóng hài. H1.5 Hiện tượng bão hòa mạch từ máy biến thế Dạng sóng và phổ của của dòng pha a khi máy biến thế hoạt động với điều kiện qúa điện áp 110%. H1.6 Dòng pha a và phổ của nó khi máy biến thế hoạt động ở 110% điện áp điện mức 0 100 200 300 400 500 600 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Hz A 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 Time A Luận văn cao học Nghiên cứu mạch lọc tích cực song song 3 pha 4 dây 6 b. Động cơ : Tương tự như vơi máy biến áp, động cơ xoay chiều khi hoạt động tạo ra dòng điện hài. Nếu như không sử dụng máy biến thế đấu Delta, một động cơ đồng bộ 1 pha sẽ sinh ra dòng điện hài bậc 3 có gía trị khoảng 10%, và một động cơ đồng bộ 3 pha sẽ sinh ra dòng điện hài bậc 3 có gía trị khoảng 30%. Ví dụ dạng sóng dòng điệ n bị méo dạng của máy lạnh được cho theo hình H1.7, THD = 6.3% H1.7 Dòng điện của máy lạnh Ví dụ dạng sóng dòng điện của máy điều hòa không khí được cho theo hình H1.8 , THD =10.5% H1.8 Dòng điện của máy điều hoà không khí Luận văn cao học Nghiên cứu mạch lọc tích cực song song 3 pha 4 dây 7 1.3.2 Thiết bị điện tử công suất a. Bộ chỉnh lưu cầu 1 pha Các thiết bị điện tử thường được cung cấp nguồn DC qua bộ chỉnh lưu cầu 1 pha Diode, điện áp DC ngõ ra bộ chỉnh lưu được san bằng với tụ điện C. Công suất của các thiết bị nhỏ, từ vài W đến vài kW. Hệ số méo dạng THD của dòng điện thường lớn hơn 100% . H1.9 Bộ chỉnh lưu cầu 1 pha Diode Các thiết bị điện gia dụng và công nghiệp sử dụng bộ chỉnh lưu cầu 1 pha Diode thông dụng là :  Các thiết bị của tivi, Đầu ghi video  Máy vi tính, máy in  Lò vi sóng  Bộ điều chỉnh tốc độ.  Đèn huynh quang.  Bộ UPS nhỏ . Ví dụ dòng điện của bộ thu tivi – tivi receiver có độ méo dạng rất lớn THD =120% như hình H1.9 H1.10 Điện áp và dòng điện thiết bị thu của tivi- tivi receiver Luận văn cao học Nghiên cứu mạch lọc tích cực song song 3 pha 4 dây 8 b. Bộ biến đổi công suất Six-pulse bridges. Bộ biến đổi công suất 3 pha Six-pulse bridges ( chỉnh lưu, nghịch lưu) được áp dụng rất rộng rãi và trở thành thành phần quan trọng không thể thiếu trong hệ thống điện. Một số ứng dụng quan trọng của chúng có thể liệt kê là :  Các bộ điều khiển tốc độ động cơ DC- AC .  Các bộ lưu điện UPS.  Các bộ điều khi ển SVC, STACOM, HVDC, Tuỳ theo mục đích sử dụng, các van bán dẫn có thể là linh kiện được điều khiển ( GTO, MOSFET, Thyristor, ) hay là các linh kiện không điều khiển được (diode). Ví dụ bộ chỉnh lưu cầu diode 3 pha không điều khiển được có mô hình như hình H1.11 dưới đây : H1.11 Bộ chỉnh lưu cầu 3 pha không điều khiển Hình H1.12 biểu diễn dòng điện pha a của bộ chỉnh lưu cầu 3 pha, dễ dàng nhận thấy dòng điện có độ méo dạng rất lớn. H1.12 Dạng sóng dòng điện bộ chỉnh lưu cầu 3 pha Luận văn cao học Nghiên cứu mạch lọc tích cực song song 3 pha 4 dây 9 1.4 Mạch lọc tích cực Có nhiểu phương pháp khử và hạn chế các sóng hài như dùng mạch lọc thụ động (passive filter), sử dụng máy biến thế đấu Y/∆, Nhưng phương pháp sử dụng mạch lọc tích cực là phương pháp hiện đại và đang được áp dụng nhiều nhất trong lãnh vực khử sóng hài. 1.4.1 Nhiệm vụ mạch lọc tích cực a. Bù công suất: Việc thực hiện bù công suất đồng thời với chứ c năng lọc thì các cấu hình thiết kế, có thể chỉ giới hạn ở mức độ công suất nhỏ. Do nhiều thiết bị bù tuy có đáp ứng chậm hơn nhưng giá thành rẻ, ví dụ bù bằng SVC –đóng ngắt bằng thyristor. b. Bù sóng hài điện áp: Bù điện áp không được chú ý nhiều trong hệ thống điện vì nguồn thường có trở kháng thấp và điện áp tiêu thụ tại điể m đấu dây chung thường duy trì trong phạm vi giới hạn cơ bản đối với các sự cố trồi hặc giảm áp. Vấn đề bù điện áp chỉ được xem xét đến khi tải nhạy cảm với sự xuất hiện sóng hài điện áp trong lưới nguồn như các thiết bị bảo vệ hệ thống điện, superconducting magnetic energy storage c. Bù sóng hài dòng điện: Bù các thành phần sóng hài dòng điện có ý nghĩ a quan trọng đối các tải công suất nhỏ và vừa. Việc giảm thành phần sóng hài dòng điện trong lưới còn có tác dụng giảm độ méo dạng điện áp lưới tại điểm đấu dây chung. 1.4.2 Phạm vi công suất của mạch lọc tích cực a. Các ứng dụng phạm vi công suất thấp: Các ứng dụng có công suất nhỏ hơn 100kVA, chủ yếu phục vụ các khu dân cư, các tòa nhà kinh doanh, bệnh viện, các hệ truyền động công suất nhỏ và vừa. Tính chất của các hệ thống tải này đòi hỏi hệ thống mạch lọc tích cực tương đối phức tạp có đáp ứng động học cao, thời gian đáp ứng nhanh hơn nhiều mạch lọc tích cực ở dãy công suất cao hơn thay đổi trong khoảng chục us đến vài ms. b. Các phạm vi ứng dụng công suất vừa: Phạm vi công suấ t hoạt động của các thiết bị này nằm trong khoảng từ 100kVA đến 10MVA. Ví dụ các mạng cung cấp điện trung và cao áp và các hệ thống truyền động điện công suất lớn mắc vào nguồn áp lớn. Mục đích chính của các mạch lọc tích cực là khử bỏ hoặc hạn chế các sóng hài dòng điện. Tốc độ đáp ứng bù lọc trong hệ thống ở khoảng hàng chụ c ms. c. Các phạm vi ứng dụng công suất rất lớn Dãy công suất rất lớn thường gặp trong hệ thống truyền tải hoặc truyền động động cơ DC công suất rất lớn hoặc hệ thống truyền tải điện DC. Mạch bù lọc tích cực cho phạm vi công suất rất lớn là rất tốn kém vì đòi hỏi đến việc sử dụng các linh kiện công suất có khả n ăng đóng ngắt dòng điện với công suất rất lớn. Luận văn cao học Nghiên cứu mạch lọc tích cực song song 3 pha 4 dây 10 Điều thuận lợi là đối với dãy công suất lớn trên 10MVA, lượng sóng hài bậc cao xuất hiện nhỏ nên các yêu cầu đối với nó không còn nghiêm nhặt như dãy công suất nhỏ. Thời gian đáp ứng đòi hỏi trong các trường hợp trên ở mức hàng chục giây, đủ để các hệ thống điều khiển relay lựa chọn và tác động một cách phù hợp. 1.4.3 Phân loại mạch lọc tích cực Có nhiề u cách phân loại mạch lọc tích cực. a. Phân loại theo bộ biến đổi công suất . Căn cứ vào cấu hình của bộ biến đổi công suất được sử dụng trong mạch lọc, ta có 2 loại mạch lọc tích cực : VSI - bộ biến đổi nguồn áp và CSI - bộ biến đổi nguồn dòng. Cấu trúc mạch lọc tích cực VSI : H1.13 Cấu hình VSI Đặc điểm của cấu trúc của cấu hình VSI là có thể mở rộng ra cấu trúc đa bậc. Cấu trúc mạch lọc tích cực CSI : H1.14 Cấu hình CSI Đặc điểm của cấu trúc của cấu hình CSI là tổn hao do đóng cắt linh kiện cao, không thể mở rộng ra cấu trúc đa bậc. [...]... học Nghiên cứu mạch lọc tích cực song song 3 pha 4 dây b Phân loại theo sơ đồ Phân loại theo sơ đồ, ta có mạch lọc tích cực song song và mạch lọc tích cực nối tiếp Mạch lọc tích cực song song H1. 14 Mạch lọc tích cực song song Đặc điểm của mạch lọc tích cực song song : Bù sóng hài dòng điện Bù công suất phản kháng Bù thành phần dòng điện không cân bằng Mạch lọc tích cực nối tiếp H1.15 Mạch lọc tích cực. .. điểm của mạch lọc tích cực nối tiếp : Bù sóng hài điện áp 11 Luận văn cao học Nghiên cứu mạch lọc tích cực song song 3 pha 4 dây CHƯƠNG 2 MẠCH LỌC TÍCH CỰC SONG SONG 3 PHA – 4 DÂY Chương 2 trình bày nguyên lý hoạt động của mạch lọc song song 3 pha 4 dây, từ đó đưa ra cở sở để xây dựng sơ đồ khối điều khiển mạch lọc Chương 2 gồm các nội dung chính : 1 Nguyên lý hoạt động 2 Mô hình toán học mạch lọc 12... dây CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH MẠCH LỌC TÍCH CỰC SONG SONG 3 PHA 4 DÂY TRONG SIMULINK /MATLAB Trong chương này, ta sẽ thiết lập mô hình mô phỏng hệ thống mạch lọc tích cực song song sử dùng phần mềm Matlab, chức năng simulink Cụ thể gồm các phần chính sau : 3. 1 SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG MẠCH LỌC TÍCH CỰC SONG SONG 3 PHA 4 DÂY 3. 1.1 Nguồn xoay chiều 3 pha 3. 1.2 Tải không cân bằng 3. 1 .3 Bộ nghịch lưu 3. 1 .4. .. trong mạch 34 Luận văn cao học Nghiên cứu mạch lọc tích cực song song 3 pha 4 dây 4. 1 Khảo sát đáp ứng của mạch lọc khi mạch lọc tác động : Khảo sát hoạt động của mạch lọc tích cực, kiểm tra kết quả lọc sóng hài dòng điện nguồn và bù công suất phản kháng của mạch lọc khi mạch lọc tác động Thiết lập mô hình mô phỏng : Cho tải 3 pha 4 dây hoạt động trước, tại thời điểm 0.05s cho mạch lọc tích cực tác... lưu 3. 1 .4 Các khâu lấy tín hiệu 3. 2 KHÂU TẠO XUNG CHO BỘ NGHỊCH LƯU – PULSE 16 Luận văn cao học Nghiên cứu mạch lọc tích cực song song 3 pha 4 dây 3. 1 SƠ ĐỒ KHỐI Sơ đồ khối gồm hệ thống mạch lọc tích cực song song 3 pha 4 dây gồm các khâu chính như sau : - Nguồn : Hệ thống nguồn 3 pha 4 dây cung cấp cho tải không cân bằng - Tải không cân bằng : Tải gồm bộ chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển hoàn toàn đối xứng,... mạch lọc tích cực 17 Luận văn cao học Nghiên cứu mạch lọc tích cực song song 3 pha 4 dây 3. 1.1 Nguồn xoay chiều 3 pha Nguồn xoay chiều 3 pha có giá trị hiệu dụng pha Vrms =220V, tần số 50Hz, giá trị góc pha của các pha a,b,c lệch nhau 1200 Ngoài ra, nguồn có dây trung tính để cấp cho tải không cân bằng Mô hình nguồn 3 pha và các thành phần của nó được thể hiện trên hình H3-2 a 1 Va b 2 Vb c 3 Vc N 4. .. 14 Luận văn cao học Nghiên cứu mạch lọc tích cực song song 3 pha 4 dây * ⎡ica ⎤ ⎢*⎥ ⎢icb ⎥ = * ⎢icc ⎥ ⎣ ⎦ ⎡1 2⎢ 1 3 ⎢1 ⎣ ⎤ ⎡− i0 ⎤ ⎥⎢ * ⎥ 2 − 1 / 2 3 / 2 ⎥.⎢ icα ⎥ * 2 − 1 / 2 − 3 / 2⎥ ⎢ icβ ⎥ ⎦⎣ ⎦ 2 1 0 (2.8) Các dòng yêu cầu được so sánh với dòng hồi tiếp của mạch lọc, từ đó xác định xung đóng cắt cho các van bán dẫn bộ nghịch lưu 15 Luận văn cao học Nghiên cứu mạch lọc tích cực song song 3 pha 4. .. H3-2 a 1 Va b 2 Vb c 3 Vc N 4 Hình H3-2 Nguồn xoay chiều 3 pha và các thành phần của nó Thông số cài đặt cho pha a được cho theo hình H3 -3 Các pha b, c được cài đặt tương tự như pha a, chỉ có tham số góc pha – Phase(deg) tương ứng của pha b là -1200 và pha c là 1200 Hình H3 -3 Thông số cài đặt pha a 18 Luận văn cao học Nghiên cứu mạch lọc tích cực song song 3 pha 4 dây 3. 1.2 Tải không cân bằng : Mô hình... lọc Chương 2 gồm các nội dung chính : 1 Nguyên lý hoạt động 2 Mô hình toán học mạch lọc 12 Luận văn cao học Nghiên cứu mạch lọc tích cực song song 3 pha 4 dây 1 Nguyên lý hoạt động Xét mô hình mạch lọc tích cực 3 pha – 4 dây theo hình H2-1 Hình 2-1 Nguyên lý hoạt động mạch lọc song song 3 pha 4 dây Ta có 2 giả thiết sau : Nguồn áp lý tưởng : v0=va+vb+vc = 0 Do đó : p0=v0.i0 = 0 , thành phần thứ tự không... dòng điện của tải 3 pha không cân bằng sẽ có giới hạn hoạt động như hình H 3- 13 (khi góc kích của bộ chỉnh lưu cầu thay đổi từ 0 đến 180): Pha b, c : đỉnh biên độ dao động từ 0 -> 50A Pha a : đỉnh biên độ dao động từ 10-> 60A Góc kích =0 Góc kích =180 Hình H3- 13 Giới hạn dòng điện 3 pha của 3 pha không cân bằng 23 Luận văn cao học Nghiên cứu mạch lọc tích cực song song 3 pha 4 dây 3. 1 .3 Bộ nghịch lưu . học Nghiên cứu mạch lọc tích cực song song 3 pha 4 dây 11 b. Phân loại theo sơ đồ Phân loại theo sơ đồ, ta có mạch lọc tích cực song song và mạch lọc tích cực nối tiếp. Mạch lọc tích cực song. mạch lọc tích cực song song 3 pha 4 dây 12 CHƯƠNG 2 MẠCH LỌC TÍCH CỰC SONG SONG 3 PHA – 4 DÂY Chương 2 trình bày nguyên lý hoạt động của mạch lọc song song 3 pha 4 dây, từ đó. LƯU – PULSE Luận văn cao học Nghiên cứu mạch lọc tích cực song song 3 pha 4 dây 17 3. 1 SƠ ĐỒ KHỐI Sơ đồ khối gồm hệ thống mạch lọc tích cực song song 3 pha 4 dây gồm các khâu chính như sau

Ngày đăng: 09/07/2015, 10:34

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan