L ỜI NểI ĐẦU
2.3.1. Bộ lọc thụ động mắc song song
Loại phổ biến nhất của bộ lọc thụ động là bộ lọc điều chỉnh đơn "notch". Đõy là loại mang lại tớnh kinh tế cao và thƣờng khỏ hiệu quả trong phần lớn cỏc trƣờng hợp. Bộ lọc notch đƣợc điều chỉnh để cộng hƣởng nối tiếp tại một tần số hài nhất định qua đú tạo ra một đƣờng dẫn trở khỏng thấp cho dũng hài đú và đƣợc kết nối song song với hệ thống điện. Nhƣ vậy, dũng hài đƣợc chuyển hƣớng từ đƣờng dẫn dũng chảy chuẩn của chỳng trờn đƣờng dõy qua bộ lọc. Ngoài tỏc dụng hạn chế súng hài thiết bị này cũn cú thể cải thiện hệ số cụng suất. Thực tế ngƣời ta thƣờng tận dụng luụn cỏc tụ bự hệ số cụng suất để tạo thành bộ lọc này.
Một điểm cần chỳ ý với bộ lọc này đú là nú tạo ra một điểm cộng hƣởng song song tại tần số dƣới tần số chỉnh. Ta phải trỏnh để tần số cộng hƣởng này trựng với một tần số điều hũa nào đú. Bộ lọc thƣờng đƣợc chỉnh để cú tần số lọc nhỏ hơn một chỳt so với bậc hài cần lọc qua đú sẽ tạo ra một biờn độ an toàn trong trƣờng hợp một vài thụng số thay đổi trong thụng số hệ thống.
Để trỏnh cỏc vấn đề về cộng hƣởng này, bộ lọc phải lọc đƣợc thiết kế lọc ngay đƣợc cỏc súng điều hũa bậc thấp. Vớ dụ, lắp đặt bộ lọc súng điều hũa bậc 7 thƣờng yờu cầu cũng phải lắp bộ lọc súng điều hũa bậc 5
Hỡnh 2.6. Bộ lọc súng hài ―notch‖ bậc 5 và tỏc động của nú lờn hệ thống [10]
2.3.2. bộ lọc thụ động mắc nối tiếp
Bộ lọc thụ động mắc nối tiếp. Khụng giống nhƣ một bộ lọc notch đƣợc kết nối song song với hệ thống điện, bộ lọc thụ động này mắc nối với tải. Cỏc điện cảm và điện dung đƣợc kết nối song song và đƣợc điều chỉnh để cung cấp một trở khỏng cao tại một tần số súng hài cú lựa chọn. Trở khỏng cao sau đú ngăn chặn dũng chảy của dũng súng hài tại chỉ tần số điều chỉnh. Tại tần số cơ bản, bộ lọc sẽ đƣợc thiết kế để mang lại một trở khỏng thấp, do đú cho phộp dũng cơ bản đi qua. Hỡnh 2.6 biểu diễn sơ đồ bộ lọc thụ động mắc nối tiếp điển hỡnh.
Hỡnh 2.7. Biểu diễn sơ đồ bộ lọc thụ động mắc nối tiếp điển hỡnh [10] Bộ lọc thụ động mắc nối tiếp đƣợc sử dụng để ngăn chặn một dũng đều hũa duy nhất (chẳng hạn nhƣ súng điều bậc ba) và đặc biệt hữu ớch trong một mạch điện một pha, ở đõy nú khụng đũi đặc tớnh thứ tự khụng. Khi lọc nhiều bậc hài khỏc nhau thỡ bộ lọc kiểu này tỏ ra hạn chế. Lý do là vỡ cấu trỳc mạch
lọc khi đú gồm nhiều bộ lọc nối tiếp, mỗi bộ lọc đƣợc điều chỉnh để lọc một súng hài nhất định, dẫn đến tổn hao quỏ lớn.
Hơn nữa, giống nhƣ cỏc thành phần mắc nối tiếp trong hệ thống năng lƣợng, bộ lọc mắc nối tiếp phải đƣợc thiết kế để mang một dũng tại định mức đầy đủ và phải cú một chƣơng trỡnh bảo vệ quỏ dũng. Vỡ vậy, cỏc bộ lọc mắc nối tiếp đƣợc ỏp dụng phổ biến ớt hơn nhiều hơn so với cỏc bộ lọc mắc song song.
Thiết kế bộ lọc thụ động
Bộ lọc điều chỉnh đơn "notch"đƣợc thiết kế cho một bộ phận và ỏp dụng tại đƣờng dõy 480V. Tải tại bộ lọc đƣợc thiết lập là 1200kva với hệ số cụng suất cho 0,75. Tổng dũng súng hài gõy ra bởi tải chiếm 30% của dũng cơ bản và cú súng hài bậc 5 lớn nhất chiếm 25% . Bộ phận này cú mỏy biến ỏp 1500kva với trở khỏng chiếm 6% . Độ mộo hài điện ỏp bậc 5 ở phớa bờn tiện ớch của mỏy biến ỏp chiếm 1,0% số cơ bản khi khụng cú tải.
Bộ lọc súng hài đƣợc thiết kế theo cỏc bƣớc sau: Bƣớc 1: Lựa chọn tần số cộng hƣởng cho bộ lọc:
Việc tần số cộng hƣởng đƣợc lựa chọn dựa trờn đặc tớnh súng hài của tải ở đú cống suất đƣợc ỏp dụng. Theo bản chất của bộ lọc cộng hƣởng đơn, bộ lọc cần phải bắt đầu từ bộ phỏt sinh tần số súng hài thấp bởi tải. Trong thiết kế đú là bộ lọc súng hài bậc 5.
Bộ lọc sẽ ( điều chỉnh) cộng hƣởng nhỏ dƣới tần số súng hài để cho phộp dung sai trong cỏc thành phần bộ lọc và cỏc biến đổi (biến thiờn) trong hệ thống trở khỏng. Điều này bảo vệ bộ lọc từ cỏc hoạt động nhƣ ngắn mạch trực tiếp dũng súng hài vi phạm, giảm cụng suất trờn cỏc thành phần bộ lọc. Nú cũng làm giảm cụng suất trờn cỏc thành phần bộ lọc và giảm thiểu tới mức nhỏ nhất khả năng phỏ hủy sự cộng hƣởng súng hài nếu cỏc thụng số hệ thống thay đổi và gõy ra cỏc tần số cộng hƣởng dịch chuyển. Trong thiết kế này, bộ lọc cộng hƣởng đển súng hài bậc 4.7th.
Núi chung, kớch thƣớc bộ lọc dựa trờn nhu cầu cụng suất phản khỏng tải cho hiệu chỉnh hệ số cụng suất. Trong trƣờng hợp này khi cú sẵn hiệu chỉnh hệ số cụng suất bộ tu điện là điều chỉnh trong bộ lọc súng hài, kớch thƣớc tụ điện đƣợc đƣa ra. Từ đú kớch thƣớc bộ điện khỏng đƣợc chọn để hiệu chỉnh tần số, điện ỏp định mức của bộ tụ điện cần phải đƣợc cao hơn so với điện ỏp hệ thống để cho phộp tăng điện ỏp trờn bộ điện khỏng. Đú là lý do tại sao nú tốt hơn để thay thế cỏc bộ tụ điện thƣờng. Trong thiết kế này, khụng cú bộ tụ điện đƣợc cài đặt và hệ số cụng suất mong muốn là 96%. Đú là cụng suất phản khỏng lƣới điện từ cỏc bộ lọc cần thiết để hiệu chỉnh 75-96 phần trăm hệ số cụng suất.
Cụng suất phản khỏng yờu cầu cho 75 phần trăm hệ số cụng suất sẽ là:
1200 sin[ arccos (0.75)] = 794,73 kvar (2.1) Cụng suất phản khỏng yờu cầu cho 96 phần trăm hệ số cụng suất sẽ là
1200 sin[ arccos (0.96)] = 336,0 kvar (2.2) Yờu cầu bự từ bộ lọc:
794,73 - 336,0 = 457,73 kvar (2.3) Đối với một hệ thống 480V thƣờng, dung khỏng bộ lọc xfilter mắc hỡnh sao đƣợc xỏc định bởi: X filter = kV2. (1000) / kvar = 0,5034 73 , 457 ) 1000 .( 48 , 0 2 (2.4)
Xfilter là sự khỏc biệt giữa dung khỏng và cảm khỏng ở tần số cơ bản
Xfilter = Xcap= XL (2.5)
Điều chỉnh súng hài tại bậc 4.7
Xcap = h2 . X L = 4.72. X L (2.6)
Dung khỏng mong muốn cú thể đƣợc xỏc định bởi
Xcap = X filter. h2/ h2-1 = 0,5272( ) 1 7 , 4 7 , 4 . 5034 , 0 2 2 ohm (2.7)
Ở đõy nú khụng đƣợc biết dự cho cỏc tụ lọc cú thể đƣợc đỏnh giỏ ở 480V tƣơng tự nhƣ hệ thống hoặc sẽ phải đƣợc đỏnh giỏ ở một bƣớc cao hơn 600V. Để tớnh toỏn điện khỏng này tại 480Vđịnh mức, cỏc tụ điện sẽ phải đƣợc đỏnh giỏ
Kvar = kv2. (1000)/ Xcap = 437 var
5272 , 0 ) 1000 ).( 48 , 0 ( 2 k (2.8) Tƣơng tự nhƣ vậy tại 600V, cỏc tụ điện sẽ phải đƣợc đỏnh giỏ 682 kvar. Bõy giờ cỏc bộ lọc sẽ đƣợc thiết kế bằng cỏch sử dụng một tụ điện định mức 480V, 450kvar, khi mà giỏ trị thụng thƣờng cú sẵn gần với giỏ trị mong muốn. Đối với điều này bộ tụ điện định mức
Xcap = 0,5120 ohms (2.9)
Bƣớc 3: Tớnh toỏn dung lƣợng bộ lọc điện phẳng. Dung lƣợng bộ lọc điện khỏng bõy giờ cú thể đƣợc lựa chọn để điều chỉnh cỏc bộ tụ điện đến tần số mong muốn đú là tần số của súng hài bậc 4.7th tƣơng ứng 235Hz.
X L = X cap(wye) / h2= 0,02318 7 , 4 5120 , 0 2 ohms (2.10) Hoặc L= XL (fund)/ 2*pi. 50 (2.11)
Giỏ trị của cuộn cảm cũng cú thể đƣợc tớnh toỏn bằng cỏch tỡm giỏ trị L từ phƣơng trỡnh dƣới đõy:
f h = 1/ 2*pi* Sqrt L.C(wye) (2.12)
Tại
- Vớ dụ mụ phỏng bộ lọc thụ động cho tải phi tuyến.
Khi chƣa cú bộ lọc
Hỡnh 2.8. Sơ đồ mặch chỉnh lƣu khụng cú bộ lọc Kết quả phõn tớch Fourie dũng và điện ỏp
Hỡnh 2.10. Phổ của điện ỏp chỉnh lƣu cầu ba pha Khi cú bộ lọc thụ động:
Cỏc thụng số của mạch lực Điện ỏp lƣới U = 480 v Tần số điện ỏp lƣới = 50 Hz
Điện cảm của dõy ba pha L = 1e-005 H, tải điện trở R = 0.25 ohm Cỏc thụng số của bộ lọc thụ động
L1 = 0.4024e-005 H L2 = 7.0121e-006 H C1 = 0.0289 F C2 = 0.0295 F
Hỡnh 2.12. Kết quả mụ phỏng thu đƣợc dũng và ỏp
Hỡnh 2.13. phổ của nguồn ỏp