Ở Việt Nam hiện nay vấn đề chất lượng điện năng và đặc biệt là vấn đề hạn chế ảnh hưởng của súng hài với chất lượng điện năng hiện đang ngày càng thu hỳt được sự quan tõm của cỏc bờn liờn quan. Tuy nhiờn do tỡnh trạng cơ sở vật chất cũng như năng lực khoa học kỹ thuật cũn đang trong bước đầu phỏt triển nờn sự quan tõm nghiờn cứu cũng như ứng dụng thực tế để cải thiện chất lượng điện năng ở ta so với cỏc nước trờn thế giới cũn một khoảng cỏch.
Phương phỏp giảm thiểu súng hài hiện nay ta đang sử dụng phần lớn là cỏc giải phỏp được tớch hợp ngay trờn sản phẩm của cỏc hóng sản xuất nước ngoài. Vớ dụ trong giới thiệu sản phẩm biến tần của hóng ABB cú đưa vào cỏc ưu điểm của bộ lọc súng hài tớch hợp trong biến tần :
“Bộ biến đổi giảm thiểu súng hài của ABB cung cấp giải phỏp hạ thấp súng hài một cỏch đơn giản hợp nhất trong biến tần. Những biến tần ấy sử dụng cụng nghệ giảm súng hài mà khụng cần dựng tới bộ lọc ngoài hay biến ỏp đa xung. Cỏc biến tần giảm thiểu súng hài sinh ra cỏc thành phần hài bậc thấp ở phớa đầu vào với tổng dũng mộo thấp hơn 5%.
Vỡ vậy, biến tần giảm thiểu súng hài của ABB cung cấp giải phỏp đơn giản, giỏ thành thấp để thoả món cỏc tiờu chuẩn nghiờm ngặt về chất lượng nguồn.“ Hoặc biến tần Altivar cú thụng tin về đặc điểm “sử dụng cụng nghệ “Reduced- Capacitance”: vận hành khụng gõy ảnh hưởng súng hài lờn lưới điện cung cấp THDI < 30%. “
Tuy nhiờn rừ ràng đõy chỉ là giải phỏp cú tớnh tạm thời trong việc đối phú với bài toỏn về súng hài vỡ thực chất việc giải quyết bài toỏn khụng thể dựa vào việc giải quyết riờng cho một vài thiết bị, hơn nữa số tải phi tuyến cú tớch hợp chức năng hạn chế súng hài là rất nhỏ so với tổng thể chung.. Hơn nữa cỏc bộ lọc đi kốm với cỏc thiết bị cú giỏ thành rất cao nờn rất nhiều khỏch hàng thường khụng mua cỏc bộ lọc này. Thiết nghĩ nếu cỏc bộ lọc này được sản xuất trong nước nhằm tận dụng những điều kiện thuận lợi sẵn cú thỡ giỏ thành của chỳng sẽ giảm đi rất nhiều.
Theo “Quyết định về việc ban hành đấu nối vào hệ thống điện quốc gia” của bộ Cụng nghiệp năm 2006 số 37/2006/QĐ-BCN cú đưa ra nhiều điều luật liờn quan đến mức độ súng hài, đặc biệt là trong điều 7 chương II về “súng hài”. Theo đú, Giỏ trị cực đại cho phộp (tớnh theo % điện ỏp danh định) của tổng mức biến dạng điện ỏp gõy ra bởi cỏc thành phần súng hài bậc cao đối với cỏc cấp điện ỏp được quy định trong bảng dưới
Cấp điện ỏp Tổng biến dạng
110, 220, 500 kV 3.0
Trung ỏp 6.5
Cỏc đơn vị quản lý lưới điện cú trỏch nhiệm theo dừi và kiểm soỏt để mức biến dạng điện ỏp do súng hài trong lưới điện thuộc quyền quản lý khụng vượt quỏ cỏc mức quy định trong bảng trờn ở điều kiện vận hành bỡnh thường.
Căn cứ cỏc giỏ trị quy định trong bảng, Cục Điều tiết điện lực chủ trỡ xõy dựng và trỡnh Bộ trưởng Bộ Cụng nghiệp ban hành Quy trỡnh kiểm tra và giỏm sỏt mức độ phỏt súng hài của cỏc thiết bị của đối tỏc khi đấu nối vào hệ thống điện quốc gia.
Chương3
KHẢO SÁT HỆ BIẾN TẦN - ĐỘNG CƠ
1 Lý thuyết chung về hệ biến tần-động cơ .1.1 Sự cần thiết của cỏc bộ điều tốc
Cú rất nhiều lý do cho việc sử dụng cỏc bộ điều tốc ( trong đú cú biến tần ). Thiết bị này khụng thể thiếu trong hệ thống mỏy sản xuất giấy, ngoài ra cỏc mỏy như bơm ly tõm hay quạt giú cú thể tiết kiệm nhiều điện năng khi sử dụng với biến tần.
Cỏc bộ điều tốc được sử dụng với cỏc mục đớch sau:
− Tạo được tốc độ đỏp ứng đỳng yờu cầu của cụng việc
− Tạo ra mụ men đỏp ứng đỳng yờu cầu cụng việc
− Tiết kiệm năng lượng và tăng hiệu suất
.1.2 Nguyờn lý của cỏc bộ điều tốc
Cỏc bộ điều tốc ngoài loại dựa trờn nguyờn lý điện thỡ cũn cú cỏc bộ điều tốc kiểu cơ học và cỏc bộ điều tốc kiểu thủy lực. Ở đõy ta chỉ xột đến cỏc bộ điều tốc dựa trờn nguyờn lý điện .
Trỏi với cỏc bộ điều tốc kiểu cơ học hay thủy lực, bộ điều tốc kiểu điện điều khiển trực tiếp tốc độ của động cơ chứ khụng phải qua một thiết bị trung gian khỏc như hệ thống đai truyền hay dũng chất lỏng.
Hỡnh 39 Những thành phần chớnh của bộ truyền động xoay chiều kiểu PWM
Từ thụng khe hở khụng khớ Φ của động cơ khụng đồng bộ tỉ lệ thuận với điện ỏp cung cấp V và tỉ lệ nghịch với tần số f.
Do đú để duy trỡ mật độ từ thụng B khụng đổi trong quỏ trỡnh điều tốc, điện ỏp stator phải được điều chỉnh tương ứng với tần số. Nếu khụng như vậy cú thể mật độ từ thụng B sẽ lờn quỏ cao gõy bóo hũa nhiều phần trong lừi sắt động cơ. Điều này dẫn đến dũng kớch từ trở nờn quỏ lớn, gõy tăng tổn hao và phỏt nhiệt. Nếu mật độ từ thụng B xuống quỏ thấp, mụ men đầu ra sẽ giảm mạnh ảnh hưởng đến hoạt động của động cơ.
Việc điều khiển tốc độ của động cơ xoay chiều khú khăn chủ yếu do sự phức tạp khi phải điều chỉnh đồng thời cả điện ỏp và tần số.
− Tương tự như động cơ một chiều, động cơ xoay chiều cú mụ men đầu ra phụ
thuộc vào tớch số của mật độ từ thụng B và dũng điện rotor IR. Do đú, để duy trỡ mụ men đầu ra khụng đổi, mật độ từ thụng phải được giữ cố định, tức là tỉ số V/f phải là hằng.
− Chiều quay của động cơ AC thay đổi bằng cỏch thay đổi thứ tự đỏnh xung
mở cỏc van của bộ nghịch lưu.
− Cụng suất đầu ra của động cơ xoay chiều tỉ lệ với tớch của mụ men và tốc độ.
[10]
Cỏc luật điều khiển thường dựng nhất cho động cơ khụng đồng bộ là:
luật V/f (stator)
luật điều khiển vectơ ( điều khiển hướng trường )
luật điều khiển trực tiếp mụ men [19]
Luật điều khiển V/f vũng hở cho động cơ khụng đồng bộ là phương phỏp điều khiển phổ biến nhất hiện nay vỡ nú khỏ đơn giản. [4]
tăng f>fđm từ thụng trong mỏy sẽ giảm, do đú mụ men của mỏy giảm. Nếu mụ men tải giữ khụng đổi hoặc là hàm tăng của tốc độ, thỡ khi đú dũng điện của động cơ phải tăng lờn để làm tăng mụ men cho cõn bằng với mụ men cản. Kết quả là động cơ bị quỏ tải về dũng.
Khi giảm tần số để giảm tốc, từ thụng Φ tăng lờn và mạch từ sẽ bị bóo hũa. Hiện tượng này làm tăng dũng điện từ húa, nghĩa là tăng tổn hao thộp và làm núng mỏy điện.
Do vậy khi điều tần ta phải đồng thời thay đổi điện ỏp trờn stator.
Quy luật điều chỉnh gần đỳng cho cỏc loại tải như bảng sau. Quy luật này chỉ là gần đỳng do đú cú thể sử dụng khi dải điều chỉnh khụng rộng. Nếu dải điều chỉnh lớn thỡ quy luật này sẽ phạm phải sai số đỏng kể ở vựng tần số thấp. [4]
Loại tải Quy luật điều chỉnh điện ỏp
Mỏy tiện V/ f =const
Cần trục V/f=const
Ma sỏt nhớt V/ f = const3
Quạt giú V/f =const2
Bảng 5 Quy luật điều chỉnh [4]
.1.3 Súng hài phỏt sinh từ biến tần
Phớa nguồn cấp ( chủ yếu )
tần số đúng cắt của cầu diode 6 xung là 300 Hz với lưới điện 50 Hz. Súng hài sinh ra bởi bộ chỉnh lưu rơi vào khoảng tần số đến 3 kHz và được dẫn ngược về phớa nguồn cấp. Súng hài phỏt từ bộ chỉnh lưu cú tần số tương đối thấp
Hỡnh 40 Dạng súng phớa nguồn cấp [10]
Vỡ tần số đúng cắt của bộ nghịch lưu là rất lớn ( thường từ 2 kHz đến 20 kHz ), súng hài sinh ra cú tần số lờn đến 10 MHz . Súng hài này truyền dẫn theo cỏp điện nối đến động cơ.
Hài phớa nguồn cấp cú tần số đến 3kHz nhưng chủ yếu là cỏc bậc hài thấp. Hài phớa động cơ cú tần số cao ( trờn 10 kHz ), xếp chồng lờn trờn dạng súng sin bỡnh thường. [5]
Hỡnh 41 Dạng súng phớa động cơ [10]
2 Biến tần Micromaster 420 của Siemens
Micromaster 420 là một họ cỏc biến tần dựng điều khiển tốc độ của động cơ xoay chiều ba pha. Cỏc loại biến tần này khỏ đa dạng từ biến tần 120 W đầu vào một pha tới biến tần 11 kW đầu vào 3 pha. Ở đõy ta sử dụng biến tần 0.75 kW, đầu vào 3 pha.
Biến tần sử dụng vi xử lý để thực hiện việc điều khiển. Van sử dụng là transistor lưỡng cực cổng cỏch ly IGBT.
Micromaster 420 được lập sẵn với hệ thống cỏc tham số mặc định ( gọi là “factory” ) phự hợp với khỏ nhiều cỏc ứng dụng điều khiển động cơ đơn giản thường gặp. Khi cần dựng cho cỏc ứng dụng cao cấp hơn thỡ ta phải sử dụng hệ thống cỏc tham số của biến tần.
3 Mụ phỏng hệ biến tần động cơ
Súng hài phỏt sinh với hệ thống này cú dạng
Hỡnh 44 Dạng súng dũng điện đầu vào theo mụ phỏng
4 Đo đạc với hệ biến tần động cơ thực tế.4.1 Nhiệm vụ thớ nghiệm .4.1 Nhiệm vụ thớ nghiệm
Xõy dựng mụ hỡnh thớ nghiệm với nguồn phỏt điều hũa là biến tần
Tạo tải cho hệ thống để thớ nghiệm ở nhiều mức độ tải khỏc nhau
.4.2 Giới thiệu cỏc thiết bị đo lường dựng trong thớ nghiệm
.4.2.1 Mỏy đo dạng súng và phõn tớch phổ tần Energytest 2020E
Hỡnh 45 Energytest 2020E
Energytest 2020E là một oscilloscope đa năng của hóng Amprobe cho phộp phõn tớch và thử nghiệm với cỏc hệ thống đơn pha, ba pha cú trung tớnh và khụng trung tớnh. Thiết bị sử dụng tần số trớch mẫu là 6400 Hz hiển thị theo thời gian thực cỏc tớn hiệu đo.
Cỏc đặc tớnh kỹ thuật chung như sau:
Cấp điện bằng 6 pin 1.5V hoặc sử dụng nguồn cấp ngoài từ bộ adapter
của Amprobe.
Màn hỡnh hiển thị 128ì128 điểm ảnh
Trao đổi dữ liệu với mỏy tớnh thụng qua cổng truyền thụng RS232
Cú thể cài đặt, vận hành mỏy qua cổng RS232
Hỡnh 46 Cổng truyền thụng RS232
Cổng truyền thụng này được sử dụng để kết nối Energytest 2020E với mỏy tớnh.
Cỏp kết nối C232NG1
Hỡnh 47 Cỏp C232NG1 kết nối cổng RS232 của Energytest 2020E và mỏy tớnh
Que đo Ampe kỡm DMCT-CE
Hỡnh 48 Que đo Ampe kỡm DMCT-CE
Sử dụng ba que đo DMCT-CE để đo cả ba pha của hệ thống
Hỡnh 49 Que đo điện thế KITENERGY2
Cỏc thụng số kỹ thuật chớnh của Energytest 2020E
Thang đo Cấp chớnh xỏc Độ phõn giải Trở khỏng đầu vào Bảo vệ quỏ ỏp
300 V ±0.5% 0.2 V
600 V 0.4 V
Bảng 6 Thụng số kỹ thuật đo điện ỏp
Thang đo Cấp chớnh xỏc Độ phõn giải Trở khỏng đầu
vào Bảo vệ quỏ ỏp
0.26 V ±0.5 % 0.0001 V
1 V 0.0004 V
Bảng 7 Thụng số kỹ thuật đo dũng điện
Thang đo Cấp chớnh xỏc Độ phõn giải
DC-25h 26h-33h 33h-49h ± 5% ± 10% ± 15% 0.1 V /0.1 A
Bảng 8 Thụng số kỹ thuật đo cỏc bậc điều hũa
Toplink là phần mềm thực hiện nhiệm vụ kết nối mỏy tớnh với oscilloscope Energytest 2020E, qua đú thu thập dữ liệu, hiển thị và phõn tớch dữ liệu.
Hỡnh 50 TOPLINK
Sau khi kớch hoạt Toplink sẽ thụng qua dịch vụ quản lý thiết bị để nhận ra cổng kết nối với Energytest 2020E. Sau khi kết nối qua phần mềm Toplink ta cú thể cài đặt cỏc thụng số và điều khiển thiết bị đo. Số liệu cũng như dạng súng và cỏc phõn tớch cú thể được thực hiện dễ dàng qua mỏy tớnh cú cài đặt Toplink.
.4.3 Hệ động cơ-mỏy phỏt
Để cú thể thay đổi tải cho bộ biến tần lỳc làm thớ nghiệm ta sử dụng hệ Động cơ – Mỏy phỏt. Cấu tạo của hệ thống này gồm hai động cơ khụng đồng bộ 0.75 kW nối với nhau qua hệ thống puly và dõy curoa. Động cơ lấy điện trực tiếp từ biến tần cú puly đường kớnh lớn, động cơ kia cú puly đường kớnh nhỏ. Động cơ cú puly đường kớnh nhỏ nối với nguồn cấp là một biến ỏp tự ngẫu. Bằng cỏch điều chỉnh biến ỏp tự ngẫu này ta cú thể điều chỉnh được tải vụ cấp. Lỳc này động cơ nối với biến tần sẽ làm việc ở chế độ động cơ cú tải, cũn động cơ kia sẽ làm việc ở chế độ phỏt điện về lưới.
.4.4 Sơ đồ thớ nghiệm L1 L2 L3 W V U PE Micromaster 420 đen đỏ vàng lục cỏp RS 232 Energytest 2020E OFF ON Aptomat 220/380 A B C N Biến áp tự ngẫu Y Biến áp tự ngẫu Y A B C A B C
Sơ đồ thớ ngiệm gồm hai biến ỏp tự ngẫu 220/380 15kVA, một cấp điện cho biến tần, một cấp điện vào cho động cơ cú puly nhỏ. Hai biến ỏp tự ngẫu này lấy điện vào sơ cấp qua hai aptomat riờng rẽ trong phũng thớ nghiệm. Mắc mạch thiết bị đo như trong hỡnh vẽ và tiến hành đo đạc.
.4.5 Cỏch tiến hành đo đạc số liệu
Sử dụng biến ỏp tự ngẫu đưa điện ỏp đến điện ỏp làm việc của biến tần. Cài đặt cỏc thụng số cho biến tần sao cho phự hợp với tải động cơ 0.75 kW đó chọn, và tần số đầu ra cú thể được điều chỉnh dễ dàng trong quỏ trỡnh làm thớ nghiệm.
Để thay đổi tải cho biến tần ( động cơ ), ta tăng dần điện ỏp ra của biến ỏp tự ngẫu nối với động cơ cú puly nhỏ, quan sỏt trờn Ampe kế đo dũng điện vào động cơ để xỏc định cỏc điểm non tải và đầy tải.
Tiến hành đo đạc và lưu số liệu cho cỏc trường hợp thớ nghiệm
.4.6 Kết quả thớ nghiệm
Sau khi đo đạc trờn Oscilloscope Energytest 2020E ta cú được dạng súng phỏt ra từ tải biến tần cú dạng sau.
Hỡnh 52 Dạng súng dũng điện đo được I1 I2 I3 1 100.00 3 32.20 5 80.40 7 52.91 11 25.79 1 100.00 3 19.19 5 79.84 7 65.09 11 28.61 13 17.10 1 100.00 3 14.76 5 72.42 7 56.30 11 15.29 THD 106.55 THD 111.27 THD 95.46
Bảng 9 THD và cỏc thành phần điều hũa trờn 3 pha khi chưa cú bộ lọc
Biểu diễn tương ứng tỉ lệ cỏc bậc hài trờn biểu đồ hỡnh cột như sau
Chương4
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỘ LỌC SểNG HÀI CHO HỆ THỐNG
1 Lựa chọn kiểu bộ lọc.1.1 Bộ lọc thụng thấp LC .1.1 Bộ lọc thụng thấp LC
Tải biến tần phỏt ra cỏc bậc điều hũa theo một dải rộng 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23, 25 ... Nếu sử dụng bộ lọc điều chỉnh mắc rẽ nhỏnh thỡ phải chế tạo ớt nhất một vài bộ tương ứng với cỏc bậc hài thấp. Điều này làm cho chi phớ của bộ lọc khỏ lớn.
Phương ỏn lựa chọn ở đõy là dựng bộ lọc dải thụng – bộ lọc thụng thấp.Với loại lọc này ta cũng cú thể lựa chọn bộ lọc thụng thấp LC, bộ lọc RC, bộ lọc tụ C ... Ta chọn thiết kế bộ lọc LC.
.1.2 Ưu điểm của bộ lọc LC
Bộ lọc LC cú thể lọc trong một dải tần số rộng
Đơn giản, dễ chế tạo so với bộ lọc tụ C
tổn hao cụng suất trờn bộ lọc thấp hơn so với bộ lọc RC
Phự hợp với điều kiện thớ nghiệm và cú khả năng ỏp dụng vào thực tế cao