* Hệ số méo điện áp lưới THD (Total Harmonic Distortion)
Bộ chỉnh lưu trong thực tế là các phần tử phi tuyến, do đó nó gây ra sóng điều hoà trong lưới điện xoay chiều. Sóng điều hoà bậc cao gây ra tổn thất phụ, gây nhiễu cho lưới điện. Nó cũng làm ảnh hưởng đến hoạt động của máy biến áp và van điện nếu công suất phụ tải đủ lớn. Vì vậy hiệp hội kỹ thuật điện châu Âu và quốc tế đưa ra chỉ tiêu độ méo cho phép trình bày trên bảng 3.2.
Trong đó:
THD = *100%
1 2
u uν
Σ (3.55)
- 92 -
Với: uν là sóng điều hoà bậc ν u1 là sóng điều hoà bậc 1
Bảng 3.2. Chỉ tiêu độ méo điện áp lưới Sóng điều
hoà bậc cao được
khảo sát
P / Sk max Bộ
biến đổi
Vùng công suất Pmax [MW]
Độ méo
cho phép σv[p.e]
Tác dụng
lên lưới
m νmin νmax Uk= 0,05 Uk=0,1 Uk=0,15
Điện áp lưới U1[KV]
6 5 13 40 35 30
Rất nhỏ
0,01
tới 0,25 0,04
12 11 13 25 20 15
0,38;
0,5;
0,66
6 5 13 55 50 40
Nhỏ 0,25
tới 1 0,03
12 11 13 35 25 15
6; 10;
22
6 5 25 90 70 60
Trung
bình 1 tới 10 0,02
12 11 25 50 35 25
6; 10;
22; 110
6 5 25 180 140 120
Lớn trên 10 0,01
12 11 25 105 70 50 110
* Hệ số méo dòng điện lưới RF
Độ méo của dòng điện lưới có thể xác định bởi hệ số méo (RF). Nó được định nghĩa như sau:
RF=Giá trị hiệu dụng của dòng cơ bản/Giá trị hiệu dụng dòng điện cấp.
∑∞
=
+
=
...
3 , 2 , 1
2 2
1 1
n sn s
s
I I
RF I (3.56)
Cho dòng dạng sóng vuông:
9 , 2 0 2 ) 2 / 1 ( /
4 = =
= π
π
d d
I
RF I (3.57)
- 93 -
Bảng 3.3. Giới hạn dòng hài theo IEEE 519-192
Bậc sóng hài Tỷ lệ
< 11th 4,0%
< 11th đến < 17th 2,0%
< 17th đến 23th 1,5%
< 23th đến 35th 0,6%
< 35th hoặc cao hơn 0,3%
Tổng (THD) 5,0%
* Hệ số công suất dịch chuyển DPF
Dòng cơ bản lưới trong bộ chuyển đổi điều khiển 3 pha thường trễ so với điện ỏp cơ bản 1 gúc dịch chuyển ứ. hệ số cụng suất dịch chuyển được định nghĩa:
DPF=giá trị công suất trung bình/điện áp cơ bản x dòng điện cơ bản
DPF = φ φ
cos cos
1 1 1
1 = =
s s s s s
s V I
I V I V
P (3.58)
Vs= điện áp cơ bản và Isl là dòng điện cơ bản.
* Hệ số công suất PF
Hệ số công suất PF được định nghĩa
PF= giá trị công suất trung bình/ điện áp cấp x dòng điện cấp
∑∞
=
+
=
...
3 , 2 , 1
2 2
1 1
n n s
s I I
V
PF P (3.59)
Từ công thức 3-56, 3-58, 3-59
DF DPF I
I I I
I V
I PF V
n n s
s
n n sl
s
s = ×
+
= +
=
∑
∑ =
∞
=
2
...
1 2 2
1 1
..
3 , 2 , 1
2 2
1
1 cos cos
φ φ
(3.60)
- 94 -
3.5.2. Kết quả phân tích sóng hài của năng lượng phản hồi
Dựa vào công cụ phân tích sóng hài FFT, ta phân tích được tỷ lệ của các hài bậc cao và tính hệ số méo điện áp lưới theo các kết quả sau:
Hình 3.65. Hình dáng dòng điện trong quá trình khởi động
Hình 3.66. Phân tích hệ số méo dòng điện trong quá trình khởi động
- 95 -
Hình 3.67. Hình dáng dòng điện trong quá trình hoạt động ổn định
Hình 3.68. Phân tích hệ số méo dòng điện trong quá trình hoạt động ổn định
Hình 3.69. Hình dáng dòng điện trong quá trình hãm tái sinh do vận tốc
- 96 -
Hình 3.70. Phân tích hệ số méo dòng điện trong quá trình hãm tái sinh do vận tốc
Hình 3.71. Hình dáng dòng điện trong quá trình hãm tái sinh do mômen
Hình 3.72. Phân tích hệ số méo dòng điện trong quá trình hãm tái sinh do mômen
- 97 -
Nhận xét
Qua các kết quả phân tích thành phần sóng hài và tổng phần trăm của các thành phần sóng hài cho ta thấy:
Trong các trạng thái hãm tái sinh, trả năng lượng về nguồn hệ thống Biến tần chỉnh lưu PWM – Động cơ không đồng bộ chứa các thành phần bậc cao có tỷ lệ phần trăm nhỏ, trong đó chủ yếu là sóng hài bậc 5 và bậc 7 với tỷ lệ lớn nhất là 2,7%, đạt tiêu chuẩn về giới hạn dòng hài theo tiêu chuẩn IEEE 519 – 192.
Trong quá trình hoạt động ổn định, dòng điện cũng chứa tỷ lệ các thành phần sóng hài dưới 6%, nhỏ hơn rất nhiều so với bộ biến tần chỉnh lưu điốt hoặc thyristor thông thường với tỷ lệ sóng hài dòng điện lên đến 30 - 50% biểu hiện rõ qua hình dáng nhấp nhô của dòng chỉnh lưu.
Trong chế độ khởi động động cơ, dòng điện chứa nhiều thành phần sóng hài bậc cao với tỷ lệ lớn (đặc biệt là sóng hài bậc 5 và 7 với tỷ lệ 3.2% và 1,7%) dẫn đến không đạt về quy định về giới hạn sóng hài, tuy nhiên đây là quá trình quá độ ngắn, chiếm thời gian không đáng kể trong quá trình hoạt động của động cơ nên có thể bỏ qua.
Một vấn đề nữa cần quan tâm đã được đề cập đến trong quá trình khảo sát năng lượng trả về nguồn là dải vận tốc làm việc của hãm tái sinh. Về mặt công suất, việc tăng vận tốc làm việc của động cơ đòi hỏi phải hạn chế mômen của động cơ trong khi đó đặc tính tải của cơ cấu nâng hạ là hằng số nên việc hạn chế mômen sẽ gây nguy hiểm cho ổn định hệ thống. Vì vậy, giới hạn trên của dải vận tốc chính là tốc độ định mức của động cơ, động cơ không làm việc ngoài vùng này. Giới hạn dưới của hãm tái sinh động cơ lại phụ thuộc vào chất mà dòng năng lượng này phát trả về lưới, một khi dòng năng lượng không đáng kể và mang nhiều sóng hài gây ảnh hưởng lưới thì nên dừng phát trả năng lượng về lưới chuyển sang chế độ dùng điện trở dập trên cầu DC. Ta tiến hành khảo sát hãm tái sinh ở những vận tốc nhỏ như sau:
- 98 -
Hình 3.73. Chất lượng năng lượng tái sinh ở tốc độ 1000 vòng/phút
Hình 3.74. Chất lượng năng lượng tái sinh ở tốc độ 500 vòng/phút
- 99 -
Hình 3.75. Chất lượng năng lượng tái sinh ở tốc độ 300 vòng/phút
Hình 3.76. Chất lượng năng lượng tái sinh ở tốc độ 200 vòng/phút
Qua các kết quả phân tích cho ta, chất lượng của năng lượng tái sinh ở dải tốc độ thấp đối với các tốc độ trên 300 vòng/phút có tổng hài (Total Harmonic Distortion – THD) luôn nhỏ hơn 24%, đây là giá trị có thể chấp nhận được (vì các
- 100 -
biến tần dùng chỉnh lưu điốt thông thường có THD vào khoảng 20% đến 50%).
Nhưng đến tốc độ 200 vòng/phút, giá trị hài tăng lên đáng kể (THD = 48%) do lúc này dòng năng lượng tái sinh nhỏ, tỷ lệ của chúng so với các hài sinh ra do đóng cắt van bán dẫn trở nên nhỏ. Đây là vùng không nên phát trả năng lượng hãm tái sinh về lưới mà nên để tiêu tán trên điện trở dập ở cầu DC. Vậy, dải làm việc của hãm tái sinh phát trả năng lượng về lưới là khoảng 300 – 1450 vòng/phút.
Qua quá trình phân tích chi tiết chỉnh lưu PWM cũng như chất lượng hoạt động, hệ thống Biến tần chỉnh lưu PWM – Động cơ không đồng bộ đã cho thấy những tính năng vượt trội so với các biến tần dùng chỉnh lưu điốt hoặc thyristor, thoả mãn được các điều kiện đã đặt ra:
- Chứa ít sóng điều hoà bậc cao.
- Hệ số cos φ cao.
- Năng lượng chảy được theo theo hai chiều.
- 101 -
Chương 4