2.4.1 Hiện tượng và nguyên nhân gây méo điện áp Hiện tượng:
Sóng điện áp sin được tạo ra tại các nhà máy điện là sóng sin cơ bản với tần số định mức, theo chu kỳ nhất định. Tuy nhiên, càng di chuyển về phía phụ tải (cuối nguồn), đặc biệt khi các phụ tải phi tuyến càng nhiều thì dạng sóng càng bị méo khác sóng sin, ví dụ hình 2.3 mô tả cho hiện tượng méo dạng sóng sin do tồn tại của các sóng điều hòa. Sóng điều hòa (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. Biểu diễn dưới dạng toán học có dạng (2.37):
� � �� � �������sin��� � ��� � �������sin�2�� � ��� � �������sin�3�� �
��� � ⋯ � �������sin ���� � ��� (2.37)
Trong đó:
- ��: thành phần một chiều, ��, là biên độ của thành phần cơ bản và ��, ��, �� lần lượt là biên độ của thành phần sóng điều hòa bậc 2, 3 và n. - φ là góc lệch pha tương đối, ω =2πf là tần số góc, chu kỳ T = 1/f, f tần số cơ
bản.
Phương trình (2.37) được viết lại như sau: � � ��� ∑� ��������� � ���������
��� � ��� ∑� ��������� � ���
Với ��, �� là các hệ số của từng thành phần sóng điều hòa riêng lẽ,
�� ���� ������� ��, �� ���� ������� cos ������, �� ���� ���������� ������ �� � ���� � ��� , �� � �������
�� (3.39)
Nguyên nhân:
Xét trên mạch biểu diễn như hình 2.4 dưới đây, ����� thành phần dòng điều hòa sinh ra bởi nguồn tải phi tuyến kết nối trên đường dây cung cấp, ����� tổng trở mạch, lúc này điện áp rơi trên mạch sẽ là ∆������ ����� . ����� (điện áp rơi ∆����� méo do dòng điều hòa �����). Điện áp rơi này chính là nguyên nhân của méo điện áp tại các điểm kết nối của tải điều hòa nhạy cảm. Độ méo điện áp gia tăng theo chiều dài đường dây khi gia tăng tải phi tuyến.
��� � ��������� ∆������ ∆����� (2.40) Vậy ��� điện áp tại điểm kết nối chung bị méo.
Nguồn phát sinh dòng điều hòa: dòng điều hòa được sinh ra từ các tải phi tuyến, một số thiết bị là nguyên nhân sinh ra dòng điều hòa như:
- Thiết bị lõi sắt từ: Máy biến áp, động cơ điện, máy phát điện, v.v… - Lò hồ quang điện, máy hàn điện, các loại đèn cao áp, v.v…
- Các thiết bị điện tử và điện tử công suất.
Trong hệ thống ba pha đối xứng sự biểu diễn các thành phần thứ tự cũng được áp dụng cho các thành phần điều hòa. Nếu thành phần ��� được biểu diễn dưới dạng chuổi Fourier theo công thức, góc lệch pha ���:
������ � ∑� ��������� � ����
��� (3.41)
Dựa trên mối tương quan;
������ � ����� ��� ��, ������ � ����� ��� �� (3.42) Do đó, ta được; ������ � ∑� ����� ���� ����� � ���� ��� (3.43a) ������ � ∑ ����� ���� ���� � � ���� � ��� (3.43b)
Trong đó: n là bậc điều hòa (n = 1, 2, 3…, h).
Trong một hệ thống đối xứng hoàn toàn, từ công thức (3.41), (3.42) và (3.43), với các thành phần đối xứng của pha luôn biến đổi theo một chu kỳ tuần tự, các bậc điều hòa thứ tự thuận, thứ tự nghịch và thứ tự không đều được xác định và được tóm tắt như bảng 2.5.
Bảng 2.5. Mối liên hệ các thành phần đối xứng và các sóng hài bậc cao
Mối liên hệ thành phần đối xứng và bậc sóng hài
Bậc sóng hài Thành phần đối xứng
1, 4, 7, 10, 13, 16, 19, … , 3k + 1 Thứ tự thuận 2, 5, 8, 11, 14, 17, 20, …, 3k + 2 Thứ tự nghịch 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, …., 3k, với k = 0,1, 2, 3, …, h Thứ tự không
Thành phần bậc ba và bội bậc ba không xuất hiện trong sơ đồ hình sao không có dây trung tính. Thành phần bậc ba là thành phần có biên độ sóng lớn nhất, gây tổn thất công suất và điện năng lớn nhất. Theo lý thuyết các thành phần đối xứng, thành phần bậc ba và bội bậc ba tương tự như thành phần thứ tự không.