Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu bộ lọc thụ động dùng trong mạng điện hạ áp các phụ tải có công suất vừa và nhỏ, cụ thể là cho một số phòngtrong nhà A7, như phòng thực hành má
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
BÁO CÁO NCKH SINH VIÊN
NĂM 2017 - 2018
ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ BỘ LỌC SÓNG HÀI
TRONG MẠNG LƯỚI ĐIỆN HẠ ÁP
Phan Hồng Sơn Nguyễn Văn Thắng Nguyễn Thị Mỹ Lệ
Hà Nội - 2018
Trang 2LỜI MỞ ĐẦU
Lý do chọn đề tài: Chất lượng điện năng luôn là mối quan tâm hàng đầu đối
với nhà cung cấp điện cũng như đối với người sử dụng Ngày nay, nhu cầu sử dụngđiện trong đời sống của người dân ngày càng cao Yêu cầu về chất lượng điện năngngày càng lớn, chất lượng điện năng không tốt sẽ làm chất lượng thiết bị sử dụngđiện kém đi, tuổi thọ bị giảm Việc sử dụng nhiều thiết bị điện như: máy hàn, máybiến áp, li oa, ti vi, tủ lạnh, điều hòa, máy tính, sẽ gây ra các hiện tượng làm giảmchất lượng điện năng Một trong các nguyên nhân đó là sóng hài gây ra làm dạngsong điện áp không còn là dạng hình sin nữa, có những thành phần không chu kỳbậc cao
Sóng hài gây ra rất nhiều các tác hại như: Gây phát nóng cho động cơ,
máy biến áp và làm giảm tuổi thọ của các thiết bị sử dụng điện khác Các bộ lọcsóng hài trong mạng lưới điện hạ áp còn ít và giá thành cao, thường sản xuất chocác phụ tải có công suất lớn còn các phụ tải công suất nhỏ thì hầu như không có Làmột sinh viên ngành điện chúng em rất quan tâm về vấn đề này, chính vì vậy chúng
em xin được chọn đề tài: “Nghiên cứu thiết kế bộ lọc sóng hài trong mạng lưới
điện hạ áp”.
Mục tiêu nghiên cứu: Tìm hiểu được các phần tử gây ra sóng hài để từ đó
có thể tìm ra các phương pháp phù hợp có thể áp dụng trong thực tiễn Tạo ra môhình thực tế khắc phục sóng hài mà thân thiện với môi trường và người sử dụng màgiá thành phù hợp
Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết và thực hiện mô phỏng
trên Matlab/Simulink để từ kiểm chứng Phương pháp thực nghiệm là chế tạo lắpđặt bộ lọc sóng hài để so sánh đánh giá
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu bộ lọc thụ động dùng trong
mạng điện hạ áp (các phụ tải có công suất vừa và nhỏ), cụ thể là cho một số phòngtrong nhà A7, như phòng thực hành máy điện P.510, phòng thực hành điện tử côngsuất P512, phòng mạng truyền thông công nghiệp P506, phòng thực hành điện lạnh
P403, “phòng thực hành máy tính P418” nhà A7.
Cấu trúc nội dung nghiên cứu của đề tài được chia thành các chương như sau:
Trang 3Chương 1: Tổng quan về sóng hài.
Chương 2: Các phương pháp hạn chế sóng hài
Chương 3: Chọn lựa phương pháp và thiết kế bộ lọc
Chương 4: Chế tạo, lắp đặt mô hình thực nghiệm và kết quả đo Chương 5: Kết luận
Kết quả nghiên cứu:
+ Khảo sát tổng quan về sóng hài, tìm hiểu và phân tích các phương pháplọc sóng hài
+ Xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống mạch lọc thụ động trong matlabsimulink và mô hình thực tế
+ Biết cách sử dụng máy đo sóng hài để đánh giá kết quả đạt được
Kết luận và kiến nghị: Trong quá trình nghiên cứu với sự giúp đỡ của thầy
Ninh Văn Nam chúng em đã học hỏi được rất nhiều kinh nghiệm, biết cách sử dụngcác thiết bị đo sóng hài và có thêm được nhiều tài liệu bổ ích trong và ngoài nước
Để từ đó chúng em đã thiết kế thành công bộ lọc sóng hài có tác dụng hạn chế dạngméo do sóng hài gây ra, có tính khả dụng cao Tuy nhiên phạm vi nghiên cứu cònnhỏ cũng như kiến thức còn hạn hẹp nên trong phần làm đề tài cũng như cách trìnhbày không thể tránh khỏi những sai sót Kính mong các thầy cô và các bạn đọc cho
ý kiến để chúng em ngày càng hoàn thiện hơn
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
Trang 4MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU 1
MỤC LỤC 3
DANH SÁCH HÌNH ẢNH 5
DANH SÁCH BẢNG BIỂU 9
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG VỀ SÓNG HÀI 10
1.1 Khái niệm 10
1.2 Tác hại của sóng hài 11
1.3 Nguồn phát sinh sóng hài 14
1.3.1 Các tải khu công nghiệp 14
1.3.2 Các tải điện dân dụng 17
CHƯƠNG 2: CÁC BIỆN PHÁP HẠN CHẾ SÓNG HÀI 21
2.1 Dùng cuộn kháng cho đầu vào tải phi tuyến 21
2.1.1 Mô tả 21
2.1.2 Ưu điểm 23
2.1.3 Nhược điểm 23
2.2 Giải pháp chỉnh lưu đa xung 24
2.2.1 Mô tả 24
2.2.2 Ưu điểm 26
2.2.3 Nhược điểm 26
2.3 Bộ lọc thụ động 26
2.3.1 Mô tả 26
2.3.2 Ưu điểm 33
2.3.3 Nhược điểm 33
2.4 Bộ lọc tích cực 33
2.4.1 Mô tả 33
2.4.2 Ưu điểm 37
2.4.3 Nhược điểm 37
2.5 Sứ dụng loại biến tần sóng hài thấp 38
2.5.1 Mô tả 38
Trang 52.5.2 Ưu điểm 38
2.5.3 Nhược điểm 38
2.6 Kết luận 38
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ LẮP ĐẶT BỘ LỌC SÓNG HÀI DÙNG CHO LƯỚI ĐIỆN HẠ ÁP 39
3.1 Đối tượng của bài toán 39
3.2 Lựa chọn biện pháp 40
3.3 Thiết kế lắp đặt bộ lọc sóng hài 42
3.3.1 Đo thực tế trước khi lắp đặt 42
3.3.2 Mô phỏng kết quả đo trong Simulink/Matlab 48
3.3.3 Thiết kế bộ locjthu động (R, L, C) trong Simulink/Matlab 52
CHƯƠNG 4: CHẾ TẠO MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM VÀ CÁC KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 59
4.1 Sơ đồ bộ lọc điều chỉnh đơn 3 pha nối đất 59
4.2.Chế tạo mô hình bộ lọc 59
4.3 Dùng máy đo đo thực tế sau khi lắp bộ lọc 60
4.4 Đo phòng máy lạnh 66
4.4.1 Đo khi không có bộ lọc 66
4.4.2 Đo khi có bộ lọc 73
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 79
5.1 Kết luận 79
5.2 Kiến nghị 79
TÀI LIỆU THAM KHẢO……… 80
Trang 6DANH SÁCH HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Các bậc sóng hài và tổng dòng điện sóng hài 10
Hình 1.2: Phổ của sóng hài 11
Hình 1.3: Giá trị đỉnh và RMS theo các thành phần sóng hài 12
Hình 1.4: Ảnh hưởng của sóng hài đến máy biến áp 13
Hình 1.5: Ảnh hưởng của sóng hài đến hệ thống điện 13
Hình 1.6: Ảnh hưởng của sóng hài đến dây trung tính trong hệ thống 3 pha 13
Hình 1.7: Hiện tượng bão hòa mạch từ máy biến áp 15
Hình 1.8: Dòng pha a và phổ của nó khi máy biến thế hoạt động ở 110% điện áp điện mức 15
Hình 1.9: Các bậc sóng hài sinh ra khắc nhau với từng hệ số góc của đèn huỳnh quang 16
Hình 1.10: Dòng điện của máy lạnh 17
Hình 1.11: Dòng điện của máy điều hòa không khí 18
Hình 1.12: Bộ chỉnh lưu cầu 1 pha Diode 18
Hình 1.13: Điện áp và dòng điện thiết bị thu của tivi - tivi receiver 19
Hình 1.14: Bộ chỉnh lưu cầu 3 pha không điều khiển 20
Hình 1.15: Dạng sóng dòng điện bộ chỉnh lưu cầu 3 pha 20
Hình 2.1: Dòng điều hòa sinh ra từ cầu chỉnh lưư ba pha có tụ lọc phía một chiều và nguồn cấp là SP1 21
Hình 2.2: Dòng điều hòa sinh ra từ cầu chỉnh lưu ba pha có kháng lọc phía một chiều và nguồn cấp là SP2 22
Hình 2.3: Độ giảm méo điều hòa của một ASD loại PWM theo kháng lọc đầu vào .23
Hình 2.4: Kháng lọc ba pha cho ASD (sản phẩm của MTE corp) 24
Hình 2.5: Kết hợp hai bộ biến đổi 6 xung cấp cùng cho một tải tạo hệ thống 12 xung 25
Trang 7Hình 2.6: Ba mạch chỉnh lưu cầu 6 xung kết hợp cùng cấp cho một tải tạo hệ thống
18 xung 26
Hình 2.7: Hệ thống điện với các nguồn hài phân tán 27
Hình 2.8: Nhiều bộ lọc điều chỉnh nối tiếp mắc song song để bẫy các bậc hài 28
Hình 2.9: Các bộ lọc thụ động thường gặp 29
Hình 2.10: Bộ lọc điều hòa bậc 5 và ảnh hưởng của nó với hệ thống 30
Hình 2.11: Cấu trúc bộ lọc và mạch thay thế tương đương 30
Hình 2.12: Bộ lọc thụ động kiểu nối tiếp 31
Hình 2.13: Cấu trúc của bộ lọc thông thấp 32
Hình 2.14: Bộ lọc thông thấp dùng trong công nghiệp 32
Hình 2.15: Mạch thay thế tương đương khi lắp bộ lọc tụ C 33
Hình 2.16: Bộ lọc tụ C và đáp ứng tần của trở kháng (đường nét liền) 33
Hình 2.17: Sơ đồ bộ lọc sóng hài tích cực 34
Hình 2.18: Cấu hình VSI 35
Hình 2.19: Cấu hình CSI 35
Hình 2.20: Mạch lọc tích cực song song 37
Hình 2.21: Mạch lọc tích cực nối tiếp 37
Hình 2.22: Biến tần Altivar 212 39
Hình 3.1: Sơ đồ bộ lọc 3 pha nối đất 40
Hình 3.2: Sơ đồ bộ lọc pha A 41
Hình 3.3: Mạch thay thế tương đương pha A 41
Hình 3.4: Thiết bị đo sóng hài KYORITSU 43
Hình 3.5: Đồ thị U, I của 1 pha 1ch 43
Hình 3.6: Đồ thị U của 1 pha 1ch 44
Hình 3.7: Đồ thị I của 1 pha 1ch 44
Hình 3.8: Đồ thị THD của 1 pha 1ch theo U 45
Hình 3.9: Đồ thị THD của 1 pha 1ch theo I 45
Trang 8Hình 3.10: Giá trị Umax của 1 pha 1ch theo V từ bậc 1 – 10 46
Hình 3.11: Giá trị Umax của 1 pha 1ch theo V từ bậc 10 – 18 46
Hình 3.12: Giá trị Umax của 1 pha 1ch theo %V từ bậc 1 – 10 47
Hình 3.13: Giá trị Umax của 1 pha 1ch theo %V từ bậc 10 – 18 47
Hình 3.14: Hệ thống mạch tải 3 pha 48
Hình 3.15: Nguồn xoay chiều 3 pha 49
Hình 3.16: Tải xoay chiều 3 pha 49
Hình 3.17: Thông số máy biến áp 3 pha S = 12 kVA 50
Hình 3.18: Bộ hiển thị kết quả V, I 50
Hình 3.19: Sơ đồ không tải 51
Hình 3.20: Giá trị Vdc, Idc của tải một chiều RL 51
Hình 3.21: Dạng sóng đồ thị Vabc, Iabc trên thanh cái B1 51
Hình 3.22: Giá trị Vdc, Idc của tải một chiều RL 52
Hình 3.23: Dạng sóng đồ thị Vabc, Iabc trên thanh cái B1 52
Hình 3.24: Hệ thống mạch tải và mạch lọc thụ động song song 3 pha 4 dây 53
Hình 3.25: Bộ lọc thụ động song song 3 pha 4 dây 53
Hình 3.26: Capacitor 1 53
Hình 3.27: Các tham số Capacitor 1 54
Hình 3.28: Capacitor 2 54
Hình 3.29: Các tham số Capacitor 2 55
Hình 3.30: Capacitor 3 56
Hình 3.31: Các tham số Capacitor 3 56
Hình 3.32: Capacitor 4 56
Hình 3.33: Các tham số Capacitor 4 57
Hình 3.34: Giá trị Vdc, Idc của tải một chiều RL 58
Hình 3.35: Dạng sóng đồ thị Vabc, Iabc trên thanh cái B1 59
Trang 9Hình 3.36: Sơ đồ bộ lọc 3 pha nối đất 59
Hình 4.1: Sơ đồ bộ lọc 3 pha nối đất 60
Hình 4.2: Ảnh bên ngoài tủ điện 3 pha 60
Hình 4.3: Ảnh bên trong tủ điện 3 pha, bộ lọc điều chỉnh đơn 1 pha 61
Hình 4.4: Thiết bị đo sóng hài KYORITSU 61
Hình 4.5: Đồ thị U, I của 1 pha 1ch 62
Hình 4.6: Đồ thị U của 1 pha 1ch 62
Hình 4.7: Đồ thị I của 1 pha 1ch 63
Hình 4.8: Đồ thị THD của 1 pha 1ch theo U 64
Hình 4.9: Đồ thị THD của 1 pha 1ch theo I 64
Hình 4.10: Giá trị Umax của 1 pha 1ch theo V từ bậc 1 – 10 65
Hình 4.11: Giá trị Umax của 1 pha 1ch theo V từ bậc 10 – 18 65
Hình 4.12: Giá trị Umax của 1 pha 1ch theo %V từ bậc 1 – 10 66
Hình 4.13: Giá trị Umax của 1 pha 1ch theo %V từ bậc 10 – 18 66
Hình 4.14: Thiết bị đo sóng hài KYORITSU 68
Hình 4.15: Đồ thị U, I của 1 pha 1ch 69
Hình 4.16: Đồ thị U của 1 pha 1ch 69
Hình 4.17: Đồ thị I của 1 pha 1ch 70
Hình 4.18: Đồ thị THD của 1 pha 1ch theo U 70
Hình 4.19: Đồ thị THD của 1 pha 1ch theo I 71
Hình 4.20: Giá trị Umax của 1 pha 1ch theo V từ bậc 1 – 10 71
Hình 4.21: Giá trị Umax của 1 pha 1ch theo V từ bậc 10 – 18 72
Hình 4.22: Giá trị Umax của 1 pha 1ch theo %V từ bậc 1 – 10 72
Hình 4.23: Giá trị Umax của 1 pha 1ch theo %V từ bậc 10 – 18 73
Hình 4.24: Thiết bị đo sóng hài KYORITSU 74
Hình 4.25: Đồ thị U, I của 1 pha 1ch 74
Trang 10Hình 4.26: Đồ thị U của 1 pha 1ch 75
Hình 4.27: Đồ thị I của 1 pha 1ch 75
Hình 4.28: Đồ thị THD của 1 pha 1ch theo U 76
Hình 4.29 Đồ thị THD của 1 pha 1ch theo I 76
Hình 4.30: Giá trị Umax của 1 pha 1ch theo V từ bậc 1 – 10 77
Hình 4.31: Giá trị Umax của 1 pha 1ch theo V từ bậc 10 – 18 77
Hình 4.32: Giá trị Umax của 1 pha 1ch theo %V từ bậc 1 – 10 78
Hình 4.33: Giá trị Umax của 1 pha 1ch theo %V từ bậc 10 – 18 78
DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 1: Các thành phần hài của dòng điện lò hồ quang trong hai giai đoạn của quá trình luyện thép 10
Trang 11CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CHUNG VỀ SÓNG HÀI.
Sóng hài là một dạng nhiễu không mong muốn, ảnh hưởng trực tiếp tới chấtlượng lưới điện và cần được chú ý tới khi tổng các dòng điện hài cao hơn mức độgiới hạn cho phép Dòng điện hài là dòng điện có tần số là bội của tần số cơ bản Ví
dụ dòng 250Hz trên lưới 50Hz là sóng hài bậc 5, dòng điện 250Hz là dòng nănglượng không sử dụng được với các thiết bị trên lưới Vì vậy, nó sẽ bị chuyển hoásang dạng nhiệt năng và gây tổn hao được thể hiện trên hình 1.1 [1]
Hình 1.1: Các bậc sóng hài và tổng dòng điện sóng hài [1]
Sử dụng chuỗi Fourier (một dạng sóng bất kỳ là tổng của các dạng sóng hìnhsin, khi đồng nhất từ chu kỳ này sang chu kỳ khác nó có thể được miêu tả nhưnhững sóng sin cơ bản và bội số của tần số cơ bản, có nghĩa là bao gồm sóng sin cơbản và chuỗi của các dạng sóng sin hài bậc cao, gọi là chuỗi Fourier) với chu kỳ T -seconds và tần số cơ bản f = 1/T Hz hoặc ω = 2πf rad/s, có thể biểu diễn một sóngf rad/s, có thể biểu diễn một sónghài f(t) với biểu thức sau :
Trang 12C0 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 1.2 [2]
Cn là giá trị đỉnh của thành phần hài bậc n
1.2 Tác hại của sóng hài.
Tác hại 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:
Trang 13Hình 1.3: Giá trị đỉnh và RMS theo các thành phần sóng hài [2]
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 cho cáp bị quá nhiệt, phá hỏng cách điện
- Động cơ cũng có thể bị quá nhiệt hoặc gây tiếng ồn và sự dao động củamomen xoắn trên rotor dẫn tới sự cộng hưởng cơ khí và gây rung
- Tụ điện quá nhiệt và trong phần lớn các trường hợp có thể dẫn tới phá huỷchất điện môi
- Các thiết bị hiển thị sử dụng điện và đèn chiếu sáng có thể bị chập chờn,các thiết bị bảo vệ có thể ngắt điện, máy tính lỗi (data network) và thiết bị
đo cho kết quả sai
Sóng hài gây ra nhiều vấn đề nghiêm trọng cho hệ thống điện và hệ thống thiết
bị của nhà máy như hư hỏng bất ngờ của máy móc gây trì trệ vận hành, các cháy nổgây nguy hiểm đến tính mạng con người, tổn thất điện năng… Sau đây là các tác hạiphổ biến của sóng hài:
- Các thành phần sóng hài cộng thêm công suất ảo vào tổng công suất tiêuthụ của máy biến áp, làm máy biến áp quá tải, phát nóng và cháy mặc dù tảichỉ tiêu thụ công suất trung bình, được thể hiện như hình 1.4
Trang 14Hình 1.4: Ảnh hưởng của sóng hài đến máy biến áp [3]
- Làm phát nóng, cháy dây dẫn các tổn thất nghiêm trọng trong hệ thốngđiện, được thể hiện hình 1.5
Hình 1.5: Ảnh hưởng của sóng hài đến hệ thống điện [4]
- Dây dẫn trung tính trong hệ thống 3 pha bị đốt nóng hoặc cháy, được thểhiện qua hình 1.6
Hình 1.6: Ảnh hưởng của sóng hài đến dây trung tính trong hệ thống 3 pha [3]
Trang 15- Điện áp N-G (trung tính - đất) quá lớn.
- Aptomat tự động cắt điện không rõ lí do
- Hỏng tụ điện bù công suất phản kháng PF
- Nhiễu trong hệ thống truyền thông
- Tụ bù và cuộn kháng máy biến áp có thể tạo thành mạch LC cộng hưởngdòng sóng hài lên gấp nhiều lần gây quá tải tụ và máy biến áp, dẫn tới cháy
nổ tụ và máy biến áp
- Đặc biệt, đối với các hệ thống có sử dụng máy phát điện dự phòng hoặc sửdụng trên tàu biển, giàn khoan, khi chạy máy, do đặc tính cảm kháng củamáy phát cao hơn máy biến thế thông thường, sóng hài sẽ bị khuếch đạithêm trầm trọng từ 3 đến 4 lần, gây hỏng hóc nghiêm trọng cho hệ thốngthiết bị và thậm chí cháy máy phát rất nguy hiểm và tốn kém
1.3 Nguồn phát sinh sóng hài.
1.3.1 Tải khu công nghiệp.
Các nguồn sinh sóng hài trong công nghiệp được tạo ra bởi tất cả các tải phituyến Các phần tử phi tuyến điển hình là lõi thép của MBA, động cơ (đặc tính bãohòa của vật liệu sắt từ), các dụng cụ bán dẫn công suất như thyristor, diode của các
bộ biến đổi (chỉnh lưu, nghịch lưu, điều áp xoay chiều…), các đèn điện tử, nguồnhàn, các hệ truyền động điện, lò hồ quang điện, lò nấu thép cảm ứng, lò tôi caotần… Dưới đây là một số nguồn tạo sóng hài phổ biến trong công nghiệp
Trang 16Hình 1.7: Hiện tượng bão hòa mạch từ máy biến áp [2]
- Dạng sóng và phổ của dòng pha A khi máy biến áp hoạt động với điều kiệnquá điện áp 110% như hình 1.8 [2]
Hình 1.8: Dòng pha a và phổ của nó khi máy biến thế
hoạt động ở 110% điện áp điện mức [2]
Tương tự MBA, động cơ xoay chiều khi hoạt động sinh ra sóng hài dòng điệnbậc cao Các sóng điều hòa bậc cao được phát sinh bởi máy điện quay liên quan chủyếu tới các biến thiên của từ trở gây ra bởi các khe hở giữa roto và stato Các máyđiện đồng bộ có thể sản sinh ra sóng hài bậc cao bởi vì dạng từ trường, sự bão hòatrong các mạch chính, các đường rò và do các dây quấn dùng để giảm dao động đặtkhông đối xứng
Trang 17c) Các đèn huỳnh quang.
Ngày nay các đèn huỳnh quang được sử dụng rộng rãi do có ưu điểm là tiết kiệm được chi phí Thực tế thì loại đèn này không hơn gì về hiệu quả tạo ánh sáng với đèn dây đốt, điểm nổi trội hơn của nó là độ sáng được duy trì trong thời gian dài, tuổi thọ lớn hơn Tuy nhiên sóng điều hài cao sinh ra bởi đèn huỳnh quang cũngrất lớn như hình 1.9 [3]
Hình 1.9: Các bậc sóng hài sinh ra khắc nhau với từng hệ số góc của đèn huỳnh quang [3]
Sóng hài sinh ra từ các lò hồ quang sử dụng trong sản xuất thép là không thể
dự đoán được vì tia lửa điện thay đổi liên tục, không tuần hoàn theo chu kỳ Phântích cho thấy dòng điện hồ quang bao gồm một dải liên tục các bậc sóng hài cảnguyên và không nguyên Tuy nhiên các sóng hài bậc nguyên, đặc biệt là từ bậc haiđến bậc bẩy, có vị trí quan trọng hơn nhiều so với hài bậc không nguyên Biên độcủa sóng hài cũng giảm tương ứng theo bậc hài của nó Khi mức kim loại nóng chảytrong bể chứa tang dần, tia hồ quang trở nên ổn định hơn, dẫn đến mức độ méo dạngsóng giảm Dòng điện trở nên đối xứng ở đoạn gần trục không và như vậy sẽ triệttiêu các bậc hài chẵn và bậc hài không nguyên
Bảng 1 [4] dưới đưa ra giá trị của các bậc sóng hài theo hai giai đoạn của quátrình luyện thép Các lò khác nhau sẽ có các giá trị khác nhau
Trang 18Bảng 1: Các thành phần hài của dòng điện lò hồ quang trong
hai giai đoạn của quá trình luyện thép [4]
1.3.2 Các tải điện dân dụng.
Các tải điện dân dụng bao gồm: Đèn phóng điện chất khí, tivi, máy photocopy,máy tính, lò vi sóng, máy lạnh, máy điều hòa…
Ngày nay với sự phát triển, các tải dân dụng càng ngày càng phát triển nhu cầucon người sử dụng nhiều Các tải đó sinh ra sóng hài gây nhiễu ảnh hưởng đến thiết
bị dân dụng
Ví dụ dạng sóng dòng điện bị méo dạng của máy lạnh được cho theo hình 1.10[2], THD=6,3%
Hình 1.10: Dòng điện của máy lạnh [2]
Ví dụ dạng sóng dòng điện của máy điều hòa không khí được cho theohình H1.11 [2], THD =10.5%
Trang 19Hình 1.11: Dòng điện của máy điều hòa không khí [2]
a) Thiết bị điện tử công suất.
Bộ chỉnh lưu cầu 1 pha.
Các thiết bị điện tử thường được cung cấp nguồn DC qua bộ chỉnh lưu cầu 1pha Diode, điện áp DC ngõ ra bộ chỉnh lưu được san bằng với tụ điện C Công suấtcủa các thiết bị nhỏ, từ vài W đến vài kW Hệ số méo dạng THD của dòng điệnthường lớn hơn 100% như hình 1.12 [2]
Hình 1.12: Bộ chỉnh lưu cầu 1 pha Diode [2]
Các thiết bị điện gia dụng và công nghiệp sử dụng bộ chỉnh lưu cầu 1 phaDiode thông dụng là:
- Các thiết bị của tivi, đầu ghi video
- Máy vi tính, máy in
- Lò vi song
- Bộ điều chỉnh tốc độ
- Đèn huynh quang
- Bộ UPS nhỏ
Trang 20Ví dụ dòng điện của bộ thu tivi – tivi receiver có độ méo dạng rất lớnTHD =120% như hình 1.13 [2].
Hình 1.13: Điện áp và dòng điện thiết bị thu của tivi - tivi receiver [2]
Bộ biến đổi công suất Six-pulse bridges.
Bộ biến đổi công suất 3 pha Six-pulse bridges (chỉnh lưu, nghịch lưu) được ápdụng rất rộng rãi và trở thành thành phần quan trọng không thể thiếu trong hệ thốngđiện 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 khiển SVC, STACOM, HVDC,
Tùy theo mục đích sử dụng, các van bán dẫn có thể là linh kiện được điềukhiển (GTO, MOSFET, Thyristor, …) hay là các linh kiện không được điều khiển(Diode)
Ví dụ bộ chỉnh lưu cầu diode 3 pha không được điều khiển có mô hình nhưhình 1.14 [2] dưới dây:
Trang 21Hình 1.14: Bộ chỉnh lưu cầu 3 pha không điều khiển [2]
Hình 1.15 [2] biểu diễn dòng điện pha a của bộ chỉnh lưu cầu 3 pha, dễ dàngnhận thấy dòng điện có độ méo dạng rất lớn
Hình 1.15: Dạng sóng dòng điện bộ chỉnh lưu cầu 3 pha [2]
Trang 22CHƯƠNG 2 CÁC BIỆN PHÁP HẠN CHẾ SÓNG HÀI.
Có 5 biện pháp hạn chế sóng hài:
2.1 Dùng cuộn kháng cho đầu vào tải phi tuyến.
Với bộ biến đổi 3 pha 6 xung thì biện pháp đầu tiên để cải thiện là thêm vàophía đầu vào xoay chiều một điện kháng Tác dụng của việc thêm điện kháng này cóthể được đánh giá một cách định lượng theo hình 2.1 và 2.2 dưới đây Ta có thể giảithích một cách định tính như sau, cuộn kháng có tác dụng làm chậm tốc độ tăng củadòng khi dòng điện chuyển từ van này sang van khác (chuyển mạch) Với phươngpháp này thì việc cải thiện được độ méo sóng hài bao nhiêu lại phụ thuộc vào lượngsụt áp cho phép với tải là bao nhiêu [8]
Hình 2.1: Dòng điều hòa sinh ra từ cầu chỉnh lưư ba pha có tụ lọc phía một chiều và
nguồn cấp là SP1 [8]
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10 111
Trang 23Hình 2.2: Dòng điều hòa sinh ra từ cầu chỉnh lưu ba pha có kháng lọc phía một
chiều và nguồn cấp là SP2 [8]
Một cuộn kháng có điện kháng phần trăm là 3% có thể giảm độ méo dòng điệnsinh ra bởi bộ điều chỉnh tốc độ kiểu PWM từ khoảng 80% xuống còn khoảng 40%.Tác dụng giảm méo hài của cuộn kháng được mô tả qua hình 2.3, ta thấy tác dụngcủa cuộn kháng giảm dần đi khi độ lớn của cuộn kháng vượt quá 3% Độ lớn củacuộn kháng ở đây tính theo cơ sở là công suất của bộ truyền động (kVA) [9]
Hình 2.3: Độ giảm méo điều hòa của một ASD loại PWM
theo kháng lọc đầu vào [9]
Hình 2.4 dưới là ảnh chụp của cuộn kháng dùng cho bộ biến tần 480 V sảnxuất bởi tập đoàn MTE [9]
Trang 24Hình 2.4: Kháng lọc ba pha cho ASD (sản phẩm của MTE corp) [9]
Tính toán sụt áp với một bộ biến đổi cầu 6 xung, điện kháng ở phía xoay chiều
có thể được biểu diễn bằng một điện trở tương đương ở phía một chiều có giá trị là
(π/6) X pu [8] và quy ước rằng không có tổn hao công suất trên điện trở này Với mộtloạt các giá trị thử nghiệm thì kết quả là độ sụt áp xấp xỉ bằng một nửa giá trị củađiện kháng phần trăm phía xoay chiều Ví dụ, nếu tăng điện kháng từ 2% lên 10%thì điện áp đầu ra sẽ giảm từ 0.99Vd đến 0.95Vd, và tương ứng hằng số sóng hài sẽgiảm từ 210.6 xuống 137.7, độ méo áp giảm 34% [8] Sự cải thiện này có thể là phùhợp trong nhiều trường hợp Đây dĩ nhiên là một biện pháp đơn giản, thích hợp chocác trường hợp không bị ảnh hưởng quá nhiều bởi yếu tố sụt áp, và đi kèm là dòngđiện tăng lên
Điện kháng phía xoay chiều này có thể là điện kháng tản của máy biến áp,nhưng trừ khi việc sử dụng máy biến áp là bắt buộc còn không thì dùng một cuộnkháng độc lập sẽ tiết kiệm chi phí hơn mà vẫn có hiệu quả tương đương [10]
Trang 25cho lớp sơn mặt ngoài luôn sạch sẽ Nếu mặt ngoài bị bẩn, hơi nước đọng lại sẽgiảm
điện trở bề mặt, gây ra phóng điện mặt ngoài, có hai cho cuộn kháng và dễ dẫn tới
sự cố ngắn mạch giữa các pha
Chi phí đắt chỉ thích hợp trong khu công nghiệp
2.2 Giải pháp chỉnh lưu đa xung.
2.2.1 Mô tả.
Nội dung của phương pháp đa xung là sử dụng nhiều bộ biến đổi theo mộtcách thích hợp sao cho sóng hài sinh ra bởi bộ biến đổi này sẽ bị triệt tiêu bởi bộbiến đổi khác Bằng cách này những sóng hài nhất định, phụ thuộc số bộ biến đổiđược lắp, được loại bỏ khỏi hệ thống Phương pháp này rất đơn giản và hiệu quảtrong việc hạn chế sóng hài của các bộ biến đổi điện tử công suất Phương pháp đaxung được dùng rộng rãi trong các ứng dụng có công suất lớn trong công nghiệp cơđiện tử Việc các bộ biến đổi ngày càng được sử dụng rộng rãi đã đẩy mạnh việcứng dụng phương pháp đa xung trong các ứng dụng công suất nhỏ tới 100 hp hoặchơn [8]
Phương pháp đa xung có hai ưu điểm quan trọng và hai ưu điểm này đạt được đồng thời, đó là:
(1) Giảm dòng hài ở phía đầu vào xoay chiều của bộ biến đổi
(2) Giảm được độ nhấp nhô của áp phía một chiều của bộ biến đổi [8]Phương pháp đa xung được đặc trưng bởi việc sử dụng nhiều bộ biến đổi(hoặc là nhiều van bán dẫn) và một tải chung phía một chiều Máy biến áp dịch phacũng là một thành phần quan trọng để tạo ra cơ chế triệt tiêu các bậc sóng hài theocặp, ví dụ bậc 5 và bậc 7, bậc 11 và bậc 13
Sự dịch pha sinh ra bởi máy biến áp dẫn đến các dòng hài sinh ra bởi bộ biếnđổi này ngược pha với các dòng hài sinh ra từ bộ biến đổi khác Nếu tải của các bộbiến đổi là giống nhau thì sẽ có các bậc hài nhất định bị triệt tiêu hoàn toàn
Mặc dù tải trong thực tế không thể giống nhau hoàn toàn, đây vẫn là mộtphương pháp giúp giảm thiểu sóng hài tới một mức độ khi trong hệ thống có nhiều
bộ biến đổi điện tử công suất
Trang 26Để các bộ biến đổi điện tử công suất có thể hoạt động một cách độc lập và duytrì được trạng thái dẫn của các van tại góc 120o trong sơ đồ nối sẽ sử dụng các máybiến áp liên pha Một ví dụ được đưa ra trong hình 25 dưới đây:
Hình 2.5: Kết hợp hai bộ biến đổi 6 xung cấp cùng cho một tải
tạo hệ thống 12 xung [8]
Trên hình 2.6 là cấu trúc tạo ra mạch biến đổi 18 xung bằng cách sử dụng songsong 3 cầu 6 xung cộng thêm các máy biến áp liên pha Các máy biến áp dịch phatạo ra các góc dịch pha là ±20o
Hình 2.6: Ba mạch chỉnh lưu cầu 6 xung kết hợp cùng cấp cho
một tải tạo hệ thống 18 xung [8]
Trang 27Biên độ các dòng hài luôn tỉ lệ nghịch với bậc hài, hay là tần số hài của nó Dovậy, khi sử dụng phương pháp đa xung làm triệt tiêu các hài bậc thấp thì chỉ còn lạicác hài với biên độ nhỏ.
Xét hình 26 Với mỗi một bộ biến đổi cầu 3 pha 6 xung sẽ sinh ra một áp mộtchiều nhấp nháy 6 xung trong một chu kỹ của điện áp nguồn cấp Các bậc hài đặctính sinh ra bới bộ biến đổi này là (6k ± 1), với k là một số nguyên dương bất kỳ.Khi có 3 bộ biến đổi cầu 3 pha 6 xung được kết hợp như hình vẽ lúc này các bậc hàiđặc tính là (18k ± 1) với biên độ các hài tương ứng là 1/ (18k ± 1) Lúc này bậc hàichủ yếu là bậc 17 với biên độ chỉ là 1/17, tức là 5.88% [8]
Để triệt tiêu được sóng hài thì các bộ biến đổi điện tử công suất phải được cấpnguồn từ các máy biến áp dịch pha Góc dịch pha phải phù hợp với số lượng bộbiến đổi Tổng quát ta có góc dịch pha nhỏ nhất cần để triệt tiêu sóng hài khi sửdụng các bộ biến đổi 6 xung trong phương pháp đa xung là [8]
Góc dịch pha nhỏ nhất = số lượng bộ biếnđổi 60 °
Thông thường các bộ lọc thụ động có kết cấu gồm nhiều loại đường dẫn songsong có trở kháng thấp đối với nhiều bậc hài khác nhau Dòng hài sẽ chảy qua cácđường dẫn có trở kháng thấp này và làm áp hài tại điểm xét giảm đi Xét một hệ
thống điện như trên hình 2.7 [8], nguồn sinh dòng hài được phân bố rải khắp hệ
thống
Trang 28Ta thấy nguồn sinh sóng hài là từ nhiều loại thiết bị khác nhau của các hãngsản xuất khác nhau và để xác định ai là người phải chịu trách nhiệm cho bộ lọc nào
là điều không thể Một bộ lọc cho một thiết bị cụ thể nào đó sẽ được đặt gần ngaythiết bị đó để có thể lợi dụng được điện kháng nguồn tính đến điểm đặt đó Trongnhiều trường hợp khi có đủ điện kháng nguồn tính tại điểm ta xét để giảm sóng hàithì một bộ lọc đặt tại điểm này có thể sẽ hút sóng hài từ nhiều nguồn hài khác nhauchảy đến Điểm đặt này gọi là điểm đổi nối chung (point of common couplingPCC) Tuy nhiên trong mọi trường hợp bộ lọc phải được thiết kế để tránh quá tảikhi phải hứng dòng hài chảy đến từ những phần khác của hệ thống điện, điều nàykhiến việc tính toán trở nên phức tạp
Hình 2.7: Hệ thống điện với các nguồn hài phân tán [8]
Trở kháng của nguồn có thể được thể hiện bằng một điện cảm và cách thức lọcđơn giản nhất là nối song song thêm một tụ vào Tuy vậy cách này thường là khôngđạt yêu cầu do cần những tụ rất lớn để có thể tạo ra trở kháng nhỏ với một bậc hài,
ví dụ bậc 5 Tụ lọc và điện kháng nguồn sẽ có điểm cộng hưởng song song (tạo trởkháng cao) tại một tần số dưới tần số lọc của bộ lọc Cộng hưởng song song tạo trởkháng cao này không được xuất hiện tại các giá trị tần số là bội của tần số nguồncấp đề phòng có những bậc hài tại các tần số bội đó
Độ lớn của tụ lọc có thể được giảm đáng kể bằng cách nối một cuộn kháng nốitiếpvới nó, và bộ cuộn kháng – tụ lọc này được điều chỉnh cộng hưởng nối tiếp tại
vị trí gần với tần số hài cần lọc Cộng hưởng song song vẫn xuất hiện nhưng sẽ tạitần số cao hơn so với cộng hưởng song song khi ta chỉ dùng tụ lọc (hai bộ lọc ta xét
Trang 29tất nhiên làm suy giảm bậc hài đi một lượng như nhau) Hiện tượng cộng hưởngsong song đòi hỏi sự tính toán đánh giá theo từng trường hợp cụ thể Tại tần số lớnhơn tần số chỉnh của bộ lọc (tuned frequency), sự suy giảm dòng hài thu được với
bộ lọc điều chỉnh sẽ thấp hơn so với bộ lọc chỉ dùng tụ
Nếu một bộ lọc được chỉnh chính xác tới một tần số hài nào đó, ví dụ bậc 5,thì bộ lọc sẽ tạo ra một trở kháng rất thấp tại tần số hài đó Điều này có lợi cho quátrình lọc nhưng khi đó bộ lọc điều chỉnh này sẽ nhận dòng hài bậc 5 từ mọi nơitrong hệ thống điện và sẽ bị quá tải Trong nhiều trường hợp, bộ lọc hài bậc 5 phảiđược chỉnh để cộng hưởng tại bậc hài 4.7 hoặc 4.8 Như vậy bộ lọc có thể bị giảmkhả năng lọc hài nhưng lại tránh được khả năng bị quá tải
Cấu trúc lắp các bộ lọc tạo đường dẫn song song được vẽ trên hình 2.8 [8].Đường dẫn trở kháng thấp với những hài xác định tạo bởi các phần tử tụ điện vàcuộn kháng được điều chỉnh cộng hưởng nối tiếp mắc dọc trên lộ dây cấp điện Các
bộ lọc này có thể có thêm thành phần điện trở mắc song song với cuộn kháng đểtăng khả năng làm suy giảm các hài bậc cao Thiết kế các bộ lọc tạo ra trở khángthấp tại một tần số nhất định mà không gây ra trở kháng cao không mong muốn tạimột tần số khác đòi hỏi cần có những thiết kế chi tiết
Hình 2.8: Nhiều bộ lọc điều chỉnh nối tiếp mắc song song
để bẫy các bậc hài [8]
Hình 2.8 thể hiện cách lắp các bộ lọc để lọc các bậc hài đặc tính sinh ra bởi bộbiến đổi điện tử công suất 6 xung Các hài khác cũng được lọc theo cách tương tự.Trong nhiều trường hợp thực tế một bộ lọc chỉnh cho hạn chế hài bậc 5 có thể đã là
đủ
Tác dụng của các bộ lọc nối song song này là tạo những đường dẫn trở khángthấp cho những sóng hài nhất định Một bộ lọc hài 3 pha trong thực tế có thể kếthợp bản tụ 3 pha nối tam giác với các cuộn kháng một pha
Trang 30Thiết kế cuối cùng của một bộ lọc vẫn phải đảm bảo độ dự trữ khi tính đếndung sai của các thành phần trong mạch và sự thay đổi của hệ thống điện Ví dụ giátrị của tụ điện và cuộn kháng có thể thay đổi trong khoảng ±5% giá trị định mức,cũng như vậy phải tính đến cả thay đổi do nhiệt độ và các điều kiện làm việc khác.[8]
Bộ lọc thụ động rẽ nhánh.
Sử dụng bộ lọc kiểu này mang lại tính kinh tế cao và thường khá hiệu quảtrong phần lớn các trường hợp Bộ lọc được điều chỉnh để cộng hưởng nối tiếp tạimột tần số hài nhất định qua đó tạo ra một đường dẫn trở kháng thấp cho dòng hài
đó Bộ lọc này được nối theo kiểu rẽ nhánh với hệ thống điện Ngoài tác dụng hạnchế sóng hài thiết bị này còn có thể cải thiện hệ số công suất Thực tế người tathường tận dụng luôn các tụ bù hệ số công suất để tạo thành bộ lọc này
Hình 2.9: Các bộ lọc thụ động thường gặp [9]
Một điểm cần chú ý với bộ lọc này đó là nó tạo ra một điểm cộng hưởng songsong tại tần số dưới tần số chỉnh Ta phải tránh để tần số cộng hưởng này trùng vớimột tần số điều hòa nào đó Bộ lọc thường được chỉnh để có tần số lọc nhỏ hơn mộtchút so với bậc hài cần lọc qua đó sẽ tạo ra một biên độ an toàn trong trường hợpmột vài thông số thay đổi như hình 2.10 [9]
Trang 31Hình 2.10: Bộ lọc điều hòa bậc 5 và ảnh hưởng của nó với hệ thống [9]
Để tránh sự cố xảy ra với hiện tượng cộng hưởng này các bộ lọc phải đượcthiết kế để lọc ngay từ bậc hài nhỏ nhất Thường các tụ điện hạ áp thường được nốitam giác, do vậy ta có cấu trúc điển hình của một bộ lọc rẽ nhánh ở hạ áp như hình2.11 [9] dưới đây:
Hình 2.11: Cấu trúc bộ lọc và mạch thay thế tương đương [9]
Cấu trúc của bộ lọc như vậy sẽ không thu hút được dòng điện thứ tự không do
tụ được nối tam giác Điều này làm bộ lọc không hiệu quả trong việc lọc các hàitriplen thứ tự không Do đó ở hạ áp để hạn chế các hài này ta phải sử dụng các biệnpháp khác
Ngược lại, các tụ điện trong mạng phân phối thường được nối sao Điều nàytạo thuận lợi cho việc hạn chế hài triplen Lắp một cuộn kháng ở trung tính của bộ
tụ là cách thông thường để bộ tụ lọc đi hài thứ tự không
Bộ lọc thụ động chỉ nên được lắp đặt khi trở kháng ngắn mạch tại điểm lắp đặt
có giá trị không đổi Lý do là vì với bộ lọc này thì tần số điều chỉnh để lọc điều hòa
là không đổi nhưng điểm cộng hưởng song song lại thay đổi tùy vào trở kháng của
hệ thống Đây cũng là lý do để không sử dụng bộ lọc kiểu này với hệ có máy phát
Trang 32điện dự phòng Máy phát điện dự phòng có trở kháng cao hơn rất nhiều so với trởkháng lưới điện dẫn đến điểm cộng hưởng song song lúc này có giá trị thấp hơnnhiều và như vậy sẽ dẫn đến việc khuyếch đại các sóng hài
Bộ lọc này nối nối tiếp với tải Bộ lọc gồm điện dung và điện kháng nối songsong được điều chỉnh để có trở kháng cao với một tần số hài nhất định Trở khángcao này ngăn dòng điều hòa có tần số bằng tần số chỉnh của bộ lọc Tại tần số cơbản bộ lọc có trở kháng thấp và như vậy cho phép dòng cơ bản đi qua
Hình 2.12: Bộ lọc thụ động kiểu nối tiếp [9]
Bộ lọc nối tiếp được sử dụng để ngăn một hài nhất định (ví dụ hài bậc 3) vàthường dùng trong mạch một pha vì khi đó không thể lợi dụng được đặc tính thứ tựkhông
Khi lọc nhiều bậc hài khác nhau thì bộ lọc kiểu này tỏ ra hạn chế Lý do là vìcấu trúc mạch lọc khi đó gồm nhiều bộ lọc nối tiếp, mỗi bộ lọc được điều chỉnh đểlọc một hài nhất định, dẫn đến tổn hao quá lớn
Ngoài ra bộ lọc nối tiếp còn phải mang dòng đầy tải khi làm việc và phải lắpthêm các thiết bị bảo vệ quá dòng
Khi phải lọc một dải nhiều tần số điều hòa, bộ lọc thông thấp là một giảipháp lý tưởng Với bộ lọc này, dòng hài có tần số nhỏ hơn tần số cắt có thể đi quacòn dòng hài có tần số cao hơn tần số cắt sẽ bị lọc đi Cấu trúc điển hình của một bộlọc kiểu này như trên hình 2.13 [9]
Trang 33Hình 2.13: Cấu trúc của bộ lọc thông thấp [9]
Bộ lọc thông thấp ứng dụng trong công nghiệp có cấu trúc như hình 2.14 [9]dưới đây
Hình 2.14: Bộ lọc thông thấp dùng trong công nghiệp [9]
Trong cấu trúc trên sự có mặt của tụ điện làm tăng điện áp tại tại đầu vào củatải, do vậy cần lắp thêm một máy biến áp giảm áp
Bộ lọc tụ C là một giải pháp có thể thay thế được cho bộ lọc thông thấp Bộlọc này có thể làm suy giảm một dải các bậc điều hòa sinh ra từ các bộ biến đổi điện
tử công suất, các lò hồ quang
Cấu trúc của bộ lọc tụ C như hình 2.15 [9] dưới đây
Hình 2.15: Mạch thay thế tương đương khi lắp bộ lọc tụ C [9]
Nguyên lý của bộ lọc như sau:
Trang 34- Tại tần số cơ bản tụ Ca và Lm tạo ra cộng hưởng dẫn đến ngắn mạchđiện trở R Do vậy các tổn hao sinh ra do trở R được loại trừ
- Tại tần số hài bậc cao, dung kháng Ca rất nhỏ trong khi cảm kháng
Lm lớn, và điện kháng của nhánh Lm Ca gần bằng kháng của Lm Lúcnày bộ lọc tụ C lại có dạng giống như bộ lọc thông cao bậc hai Nóicách khác, đáp ứng tần của bộ lọc kiểu tụ C và bộ lọc thông cao bậchai là gần giống nhau ở đoạn tần số cao
Hình 2.16: Bộ lọc tụ C và đáp ứng tần của trở kháng (đường nét liền) [9]
Trang 35với phụ tải, bộ điều khiển của AHF sẽ đo dòng sóng hài sinh ra bởi phụ tải sau đóđiểu khiển tạo ra một dòng sóng hài có cùng độ lớn, cùng pha nhưng ngược chiềuvới dòng sóng hài phụ tải sinh ra Khi đó tổng dòng điện sóng hài sẽ bằng không.
Hình 2.17: Sơ đồ bộ lọc sóng hài tích cực [2]
Việc thực hiện bù công suất đồng thời với chức 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 ứngchậm hơn nhưng giá thành rẻ, ví dụ bù bằng SVC – đóng ngắt bằng thyristor
Bù điện áp không được chú ý nhiều trong hệ thống điện vì nguồn thường cótrở kháng thấp và điện áp tiêu thụ tại điểm đấu dây chung thường duy trì trongphạm vi giới hạn cơ bản đối với các sự cố trồi hoặc giảm áp
Vấn đề bù điện áp chỉ được xem xét đến khi tải nhạy cảm với sự xuất hiệnsóng hài điện áp trong lưới nguồn như các thiết bị bảo vệ hệ thống điện,superconducting magnetic energy storage
Trang 36Bù các thành phần sóng hài dòng điện có ý nghĩa quan trọng đối các tải côngsuất nhỏ và vừa Việc giảm thành phần sóng hài dòng điện trong lưới còn có tácdụng giảm độ méo dạng điện áp lưới tại điểm đấu dây chung.
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 tươngđối phức tạp có đáp ứng động học cao, thời gian đáp ứng nhanh hơn nhiều mạch lọctích cực ở dãy công suất cao hơn thay đổi trong khoảng chục us đến vài ms
Phạm vi công suất hoạt động của các thiết bị này nằm trong khoảng từ100kVA đến 10MVA Ví dụ các mạng cung cấp điện trung và cao áp và các hệthống 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 hàidòng điện
Điều thuận lợi là đối với dãy công suất lớn trên 10MVA, lượng sóng hàibậc cao xuất hiện nhỏ nên các yêu cầu đối với nó không còn nghiêm nhặt nhưdãy công suất nhỏ
Thời gian đáp ứng đòi hỏi trong các trường hợp trên ở mức hàng chụcgiây, đủ để các hệ thống điều khiển relay lựa chọn và tác động một cách phùhợp
Trang 37Căn cứ vào cấu hình của bộ biến đổi công suất được sử dụng trong mạchlọc, ta có 2 loại mạch lọc tích cực: VSI - bộ biến đổi nguồn áp và CSI - bộ biếnđổi nguồn dòng.
Trang 392.5 Sử dụng loại biến tần sóng hài thấp.
2.5.1 Mô tả.
Trong ứng dụng đòi hỏi cao về giảm sóng hài, sử dụng biến tần có sóng hàithấp là giải pháp tối ưu Những biến tần ấy sử dụng công nghệ giảm sóng hài màkhông cần dùng tới bộ lọc ngoài hay biến áp đa xung với tổng độ méo dạng hàidòng điện (THDi) thấp hơn 5%
Một số biến tần giúp giản thiểu sóng hài như: Biến tần Altivar 212, biến tầntrung thế ATV1200, biến tần Alivar 61/71 Pluslow harmonic, …
Sau khi phân tích các phương pháp hạn chế sóng hài ở trên, trong phạm vi của
đề tài là hạn chế sóng hài cho một phụ tải quy mô nhỏ là một phòng máy tính 418 A7 (phòng học CAD) Chúng em chọn phương pháp mạch lọc thụ động dùng loại
sinh ra từ các bộ biến đổi điện tử công suất, các lò hồ quang lắpđặt dễ dàng và giá thành thấp
Trang 40CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ LẮP ĐẶT BỘ LỌC SÓNG HÀI DÙNG CHO
LƯỚI ĐIỆN HẠ ÁP
3.1. Đối tượng của bài toán.
Nghiên cứu thiết kế bộ lọc sóng hài cho một phụ tải quy mô nhỏ, nhạy cảm
như một phòng máy tính Ở đây nghiên cứu cho “phòng máy tính 418 – A7”
(phòng học tin học) gồm: Các máy tính con và máy chủ để điều khiển, lưu giữ dữliệu từ các máy tính con; máy điều hòa; đèn; quạt Và một số phòng thực hành khácnhư đã nói ở phân mở đầu
Tính toán các thông số P, S cho phòng máy tính 418 – A7.
là 0.75 kW Vậy số thiết bị có công suất lớn hơn 0.75 kW và tổng công suất của n1máy: