All EMC problems of power electronic converters

Dịch từ gốc: EMC Problems of Power Electronic Converters Địa tải gốc: Các vấn đề EMC chuyển đổi điện tử công suất Tóm tắt – Các chuyển đổi điện tử công suất không tạo hài đặc trưng mà hài không đặc trưng liên hài Bài báo giới thiệu sở vật lý hài không đặc trưng liên hài Các nguyên nhân xuất khám phá thảo luận chi tiết Một chuỗi mô mở rộng cấu trúc liên kết (topology) chuyển đổi công suất khác đưa so sánh với kết thực nghiệm tiêu chuẩn Nghiên cứu đề cập đến thiếu hụt sở tảng tiêu chuẩn bao phủ EMC tần số thấp I GIỚI THIỆU Bởi chuyển đổi điện tử công suất ứng dụng rộng rãi hệ thống công suất, chất lượng điện trở thành tiêu chí quan trọng để xem xét Hoạt động chuyển đổi tần số gián tiếp với IGTB (xem hình 1) có nhiều thuận lợi (các phương pháp điều khiển mới, giải thuật steering mới, v.v…), thường kèm theo số hiệu ứng không mong muốn (chẳng hạn [1]-[5]) Bộ chuyển đổi ảnh hưởng tiêu cực đến lưới điện dòng điện lấy dạng sin, động dẫn tiến qua áp mô tơ trung gian mạch điều khiển chuyển đổi Chất lượng điện chủ yếu bị ảnh hưởng dụng cụ điện kết nối vào lưới điện, dòng điện cuối dạng sóng sin (chỉ xuất tần số bản) Tuy nhiên, tải phi tuyến, kéo xung ngắn dòng chu kì làm méo hình dạng dòng điện (không phải hình sin) thành phần dòng điện tần số cao xuất – dòng cuối bao gồm thành phần tần số cao Các vấn đề liên quan đến dòng điện hài đặc trưng chuyển đổi (nảy sinh tính chuyển đổi), nguyên nhân chúng, ảnh hưởng tiêu cực mạng phân phối điện cách để hạn chế chúng tương đối phổ biến (chẳng hạn [3]-[6]) Nhưng người ta chưa quan tâm nhiều đến thành phần dòng điện không đặc trưng (trong điều kiện không đối xứng mạch) thành phần dòng liên hài(do thay đổi động lực học mạch) thực tế lí thuyết (chẳng hạn [4]-[5],[7]-[11]) Các thành phần tần số chuyển vào lưới điện, chúng gây méo điện áp cung cấp, nhiễu thiết bị kết nối (các thiết bị điều khiển gợn sóng, thiết bị bù), v.v… Bài báo chủ yếu xét chỉnh lưu cầu diode không điều khiển với tải điện dung chỉnh lưu cầu điều khiển đầy đủ ba pha kích hoạt cho tải cảm kháng Theo tiêu chuẩn giao thoa tần số thấp xét khoảng tần số 2.5 kHz thành phần tần số định nghĩa sau: Hài đặc trưng …….ở h số nguyên > 0, p-số xung điện áp đầu (đối với chỉnh lưu cầu 3f p=6, f=50, 250, 350, 550, 650 etc Hz lưới điện 50 Hz) Hài không đặc trưng ….ở h số nguyên >0, trừ hài đặc trưng (f=50, 250, 350, 550, 650 etc Hz lưới điện 50 Hz) DC f = Hz (f = h* f1 h = 0) Liên hài f ≠ h * f1 h số nguyên > Hài phụ f > Hz f < f1 Ở f1 số hệ thống công suất (50 Hz) II BỘ CHỈNH LƯU CẦU KHÔNG BỊ ĐIỀU TIẾT BA PHA Trong trường hợp chuyển đổi tần số với đảo nguồn điện áp (xem hình 1), chia mạch thành phần đảo phần chỉnh lưu cung cấp điện dung Bus chiều Bộ chỉnh lưu cầu ba pha phần đầu vào chuyển đổi tĩnh (xem hình 2) mô hình hóa tập trung vào tính toán tất thành phần hài có mặt dòng lấy chỉnh lưu từ mạng phân phối điện Nó đòi hỏi mô hình toán học chuyển đổi AC (xoay chiều)/DC (một chiều) Dạng sóng điễn hình dòng pha lấy điều kiện hoạt động lí tưởng (nguồn công suất đối xứng, công suất mạch ngắn không xác định v.v…) biểu diễn hình Dạng sóng không sin dòng điện pha tạo thành phần dòng tần số cao Đối với tính toán thành phần hài dòng pha, cần phải đơn giản hóa sóng dòng pha hình Biên độ Im cấu thành cho diện tích hai dòng giống có tham số d (ở d thời gian dẫn diode) Từ hình vẽ, rõ ràng đơn giản hóa sử dụng thô sơ xứng với giá trị tham số d Sai số đơn giản hóa sử dụng giảm theo giảm tham số d giá trị d nhỏ ứng với thực tế Dùng trính dẫn phổ biến cho phân tích Fourier tính toán giá trị ah bh Bởi dạng sóng dòng từ hình hàm lẻ đối xứng, hệ số ah không cần tìm hệ số bh: …………………………………….(1) Sau tính toán thu được: ………………………………… (2) Đối với mạng công suất đối xứng …….và hệ thức (2) chuyển thành: ……………………………………(3) Biểu thức Back dòng i qua xử lý Fourier là: …………………………………………(4) Đối với biên độ hài dòng cao đúng: ………………………………………….(5) …………………………………… (6) Khi dùng hệ thức (4), thấy hài bậc xác định (5., 7., 11., 13 v.v… ) xuất phổ tần số (hình 4) Các bậc hài gọi hài đặc trưng biên độ chúng giải phương trình (5) III CÁC HÀI KHÔNG ĐẶC TRƯNG Trong điều kiện thực, nguồn công suất không cân – không đối xứng biên độ pha, vấn đề quan tâm trở thành phức tạp phổ tần số tìm thành phần không đặc trưng Trái ngược với hài đặc trưng, để tính toán biên độ hài không đặc trưng, dùng phương trình (5) phải áp dụng phân tích Fourier số (DFT FFT) để khảo sát phổ tần số dòng lấy Các trường hợp điện áp dòng điện không đối xứng nguồn công suất điện áp pha bạn thấy hình Sự không đối xứng nguồn công suất gây méo dòng pha trôi giạt sóng hài dòng pha theo điện áp pha Phổ tần số dòng pha từ hình chứa hài không đặc trưng số lẻ lần ba (hình 6) biên độ chúng phụ thuộc vào giá trị không đối xứng nguồn điện áp (Hình 7) Giá trị hài không đặc trưng tăng không đối xứng điện áp nảy sinh dẫn đến giảm chậm hài đặc trưng Sự giảm hài ưu có ảnh hưởng đến giảm chậm hệ số THDi, sau tăng hài bậc ba gây tăng chậm hệ số THDi (Hình 8) Trong hình sau, bạn thấy so sánh kết mô thực nghiệm Phép đo thành phần hài thực theo sơ đồ hình đo phân tích tần số Các dạng sóng đại lượng hình 7-8 hiển thị cấu hình mạch xác định (Lq, LSS, CSS, sụt áp diode, v.v ) Hiển nhiên, thay đổi tham số mạch ảnh hưởng đến dòng pha ảnh hưởng đến giá trị hài Sự phụ thuộc hài không đặc trưng đặc trưng vào tham số mạch LSS CSS biểu diễn hình 9-10 IV LIÊN HÀI Ngoài hài đặc trưng không đặc trưng thảo luận đoạn trước, tìm thành phần liên hài phổ tần số dòng điện tiêu thụ (xem hình 11) Liên hài xuất hệ thay đổi động tham số mạch (các dốc điện áp nguồn, biến động tải, can thiệp điều khiển (sự khởi động máy, chuyển tiếp ngược tốc độ) – tác động điều khiển phản hồi nói chung) Độ lớn dòng liên hài tương đối nhỏ so với thành phần hài đặc trưng không đặc trưng, chúng tác động đến chức thích hợp thiết bị lân cận (chẳng hạn giao thoa điều khiển gợn sóng lọc điều hưởng) Trước hết, tác động thay đổi điện áp pha đến liên hài khám phá Trong trường hợp có thay đổi điện áp pha, thay đổi biên độ pha thứ hai biểu diễn hình 12 phổ tần số thích hợp hình 13 Kích thướt thay đổi điện áp ΔU có ảnh hưởng đến liên hài xác định theo phần trăm biên độ điện áp pha cửa sổ tính toán TW=160 ms (điều có nghĩa điện áp giảm tám chu kì bản) Do thay đổi điện áp đơn pha, dạng sóng dòng điện bị méo mạnh xuất phổ tần số liên hài (từ sáu xung trôi đến bốn xung) Đối với ΔU cao hơn, méo dòng điện pha cao dạng sóng xung nhân đôi cổ điển dòng điện pha thay đổi đến dạng sóng xung (hình 12-pha thứ hai) Sự thay đổi xung dòng pha có ảnh hưởng tốt đến thành phần liên hài chúng giảm ΔU tăng Mặt khác, có ảnh hưởng tiêu cực đến thành phần hài, chủ yếu hài không đặc trưng bậc ba (như thấy hình 13), tăng Trong trường hợp ba thay đổi điện áp pha, thay đổi biên độ ba pha nguồn công suất Hình 15 minh họa phụ thuộc dòng liên hài vào ba thay đổi điện áp pha Đồ thị hình 15 giới thiệu tăng dòng liên hài với ΔU cao ( gần phụ thuộc tỉ lệ) V.CHỈNH LƯU CẦU ĐƯỢC ĐIỀU KHIỂN ĐẦY ĐỦ BA PHA Bố trí chỉnh lưu cầu điều khiển đầy đủ ba pha biểu diễn hình 16 Dạng sóng dòng tiêu thụ bị ảnh hưởng nguồn công suất không cân bằng, điều khiển không xác thyristor, điện cảm rò biến áp khác Cám ơn hiệu ứng thành phần hài không đặc trưng xuất Không giống hài đặc trưng phổ biến, thành phần suy theo “quy luật n” Sự ảnh hưởng nguồn công suất không cân biểu diễn hình 17 Sự không đối xứng nguồn công suất làm nảy sinh hài không đặc trưng, có bậc số lẻ ba Hình 18 minh họa phụ thuộc chúng vào không đối xứng nguồn công suất Tất hài không đặc trưng bậc chẵn không Sự không đối xứng biên độ công suất nguồn gây thay đổi pha điện áp dây; đó, chu kỳ dẫn dòng khác 2π/3 Ảnh hưởng không đối xứng xung điều khiển mô tả hình 19 Nó nguồn hài không đặc trưng bậc chẵn Tất thành phần tỉ lệ trực tiếp với giá trị không đối xứng xung điều khiển (xem hình 20) Sự phụ thuộc tuyến tính Từ phổ tần số hiển nhiên thấy hài bậc hai vượt 12% Thậm chí lớn độ lớn hài bậc 7, đặc trưng đưa vào dòng tiêu thụ điều kiện lí tưởng Điều có nghĩa mức hài phụ thuộc mạnh vào tính xác điều khiển thyristor VI LIÊN HÀI Tương tự với liên hài chỉnh lưu không bị điều tiết (đã đề cập phần trước), biên độ liên hài phụ thuộc vào thay đổi động lực học đại lượng mạch – thay đổi điện áp nguồn nuôi, thay đổi tải chuyển đổi, thay đổi xung điều khiển thyristor, v.v… Đầu tiên, tác động thay đổi điện áp đến lưới điện giới thiệu – xét thay đổi điện áp ba pha (hình 21) Sự thay đổi điện áp ΔU có ảnh hưởng lớn đến thành phần liên hài (hình 22) xác định theo phần trăm biên độ điện áp pha Bước tiếp theo, mô tả tác động biến động xung điều khiển Có ba thay đổi xung điều khiển có – thay đổi tất xung điều khiển, thay đổi nhóm thyristor (nhóm anode nhóm cathode) thay đổi xung điều khiển Trên sở mô thực nghiệm, tìm thay đổi tất xung điều khiển (hình 23,24) có ảnh hưởng lớn đến liên hài Để so sánh với loại khác, phụ thuộc liên hài vào giá trị thay đổi xung điều khiển hiển thị hình 25 Trường hợp đặc biệt tất xung điều khiển thay đổi Ví dụ trường hợp chuyển đổi AC/DC điều kiện chuyển tiếp- ngắt máy dc Nó đưa vào tác động can thiệp điều khiển đến hàm lượng hài Khi chuyển đổi dừng, dòng điện pha bị méo mạnh Hiệu ứng xuất phổ tần số thích hợp Từ quan điểm thành phần liên hài, trường hợp xấu thay đổi xung điều khiển VII.KẾT LUẬN Bài báo mô tả đặc tính chỉnh lưu cầu không bị điều tiết ba pha chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đầy đủ từ quan điểm tương thích điện điện (EMC) giao thoa tần số thấp Chủ đề báo hài không đặc trưng Các thành phần tần số nảy sinh điều kiện không cân lưới điện (chẳng hạn điện áp không cân bằng) không đối xứng chuyển đổi ( chẳng hạn điều khiển không đối xứng góc) Phần đóng góp quan trọng thứ hai tập trung vào liên hài Liên hài xuất thay đổi động lực học tham số mạch (các dốc điện áp nguồn nuôi, biến động tải, can thiệp điều khiển (khởi động máy, chuyển tiếp đảo ngược tốc độ) – tác động điều khiển phản hồi nói chung) Trong hệ thống công suất thực dạng sóng dòng tiêu thụ luôn bị ảnh hưởng tổ hợp nhiều ảnh hưởng Không dể phân biệt hiệu ứng gây tăng hài đặc trưng liên hài Do đó, không đối xứng nguồn công suất ảnh hưởng khác xét riêng Bài báo giới thiệu sở vật lý hài không đặc trưng liên hài Nguyên nhân xuất khám phá thảo luận chi tiết Các tham số ảnh hưởng đến dòng tiêu thụ (Nguồn công suất không cân bằng, CSS LSS Bus DC, thay đổi động) mô tả Một chuỗi mô mở rộng dạng chuyển đổi công suất đưa so sánh với kết thực nghiệm tiêu chuẩn có Các khó khăn đo đạc thực theo tiêu chuẩn thực)  ... bị điều tiết ba pha chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đầy đủ từ quan điểm tương thích điện điện (EMC) giao thoa tần số thấp Chủ đề báo hài không đặc trưng Các thành phần tần số nảy sinh điều kiện