Mở Đầu. Cơ Sở Lọc Sóng Hài. Bộ Lọc Tích Cực PWM. Kết quả mô phỏng.Kết quả Mô hình sử dụng phương pháp P-Q.
Mô hình sử dụng phương pháp ID-IQ. Kết quả mô phỏng cho thấy phương pháp đề ra đã làm giảm khối lượng tính toán và đã làm sóng hài tốt.Ý nghĩa khoa học Việc áp dụng phương pháp đề xuất đã làm giảm khối lượng tính toán cho phần cứng. Việc giảm sóng hài trên lưới tốt hơn không làm tăng kích thước của bộ lọc mà cũng góp phần làm giảm kích thước của bộ lọc. Ý nghĩa thực tiễn Mô hình đề xuất có kết cấu mạch đơn giản qua đó dễ thực hiện khi đưa xuống phần cứng.
Việc giảm tính toán cho bộ điều khiển giúp làm tính toán ở phần cứng qua đó có thể sử dụng phần cứng ở giá thành thấp. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 3 do an. Việc giảm sóng hài trên lưới đáng kể là nhờ áp dụng phương pháp tốt hơn và điều khiển dễ dàng qua đó ko làm tăng kích thước của bộ lọc lên làm giảm chi phí giá thành. Việc nghiên cứu cũng giúp người nghiên cứu làm chủ công nghệ trong chuyển giao và chế tạo - vận hành thiết bị.
2 3 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 4 do an .Tổng quan về sóng hài Sóng hài là trường ng hợp h riêng của sóng điều hòa, sóng điềều hòa có thể coi là tổng của các dạng ng sóng sin mà tần t số của nó là bội của tần số cơ bbản, nếu bội số là số nguyên thì gọii là hài (harmonic), bội số khác số nguyên gọii là hi hiện tượng âmhài (interharmonic). Hay nói cách khác một m sóng điều hòa bất kỳ là ttổng của sóng thành phần cơ bảnn và các thành phần ph điều hòa bật cao hơn.Dạng sóng điều hòa bất kì. Các thành phần ph của sóng điều u hòa hòa. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP P 5 do an.
Với điều kiện vận hành cân bằng các sóng điều hòa bậc cao có thể chia thành thành phần thứ tự thuận,thứ tự nghịch,thứ tự không: Thành phần thứ tự thuận: các sóng điều hòa bậc 4,7,11… Thành phần thứ tự nghich: các sóng điều hòa bậc 2,5,8… Thành phần thứ tự không: các sóng điều hòa bậc 3,6,8… Đối với điều kiện không cân bằng trong các pha chẳng hạn như điện áp hệ thống không cân bằng, tải các pha không đối xứng, mỗi sóng điều hòa có thể xảy ra một trong ba thành phần thứ tự nói trên. Sóng điều hòa bậc cao ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng lưới điện và phải chú ý khi tổng sóng điều hòa bậc cao cao hơn mức độ cho phép. Sóng điều hòa bậc cao là dòng điện có tần số bằng bội số nguyên lần tần số cơ bản. Ví dụ dòng điện 250(Hz) là dòng điều hòa bậc 5, dòng 250(Hz) là dòng không sử dụng được với các thiết bị trên lưới.
Vì vậy nó sẽ chuyển sang dạng nhiệt năng và gây tổn hao. Sử dụng chuỗi Fourier với chu kỳ T(s), tần số cơ bản f=1/T (Hz) hay=2πf(rad/s) có thể biểu diễn một sóng điều hòa với biểu thức như sau: ( )= + sin (nωt + Þ ) 2 Trong đó: : là giá trị trung bình : biên độ của sóng điều hòa bậc n trong chuỗi Fourier sin(ωt + Þ ) : là sóng điều hòa ở tần số cơ bản sin( ωt + Þ ): là thành phần sóng điều hòa bậc n Þ : góc pha của sóng điều hòa bậc n Một số tham số quan trọng để đánh giá sóng điều hòa là hệ số méo dạng(Total Harmonic Distortion) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 6 do an. Công thức th tổng của hệ số méo dạ ạng. Trong đó: X1: là thành phần ph cơbản Xn: là biên độ đ thành phần điều hòa bậcn Từ ừ công thức của hình h 1.3 ta có thểể đánh giá độ méo ddòng điện và điện ện áp qua hệ số méo dạng dòng điện và hệ số méo ddạng điện áp.
o Hệệ số méo dạng dòng d điện: Hình 1. Công thức th tính độ méo dạng dòng đi điện. Trong đó: - I1: là biên độ đ dòng điện cơbản - In: là biên độ đ thành phần điều hòa bậcn o Hệ số méo dạng d điện áp: Hình 1. Công thức thức tính độ méo dạng điện áp áp.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP P 7 do an. Trong đó: - U1: là biên độ dòng điện cơbản - Un: là biên độ thành phần điều hòa bậcn 1. Ảnh hưởng củaa sóng hài Sự ự tồn tại sóng điều hòa h bậc cao gây ảnh hưởng ởng tới tất cả các thiết bị và đường ờng dây truyền tải điện. Chúng gây ra quá áp, méo điện ện áp llưới làm giảm ảm chất lượngđiệnnăng.Nóichungchúnggâyratăngnhi ichungchúnggâyratăngnhiệtđộtrongcácthiếtbịv ệtđộtrongcácthiếtbịvàảnh hưởng ởng tới cách điện, làm l tăng tổn hao điện năng, làm giảm ảm tuổi thọ của thiết bị, trong nhiều trư ường hợp thậm chí còn gây hư hỏng ỏng thiết bị.
Ảnh hưởng ởng quan trọng nhất của sóng điều hòa bậc cao đó là việc làm tăng giá trịị hiệu dụng cũng như nh giá trị đỉnh của dòng điện ện vvà điện áp, có thể thấy rõõ qua công thức th sau: Khi giá trịị hiệu dụng và v giá trị biên độ của tín hiệu dòng òng điện ện hay điện áp tăng do sóng điều hòa bậc ậc cao sẽ gây ra một số vấn đề: Làm tăng phát nóng nó của dây dẫn điện, thiết bịđiện. Gây ảnh hưở ởng đến độ bền cách điện của vật liệu, u, làm gi giảm khả năng mang tải t của dây dẫnđiện. Vớii MBA: Các sóng điều hòa bậc cao gây ra tổn thấtt đđồng, tổn thất từ thông tản t và tổn thất sắt làm tăng nhiệt độ MBA do đó làm tăng tổnn thất th điệnnăng. Độngcơđiện:T n:Tổnhaotrêncuộndâyvàlõithépđộngcơtăng,làmm ngcơtăng,làmm ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP P 8 do an.
éodạng momen,giảmhiệusuấtmáy,gâytiếngồn,cácsóngđiềuhòabậcca ocòncó thểsinhramomenxoắntrụcđộngcơhoặcgâyradaođộngcộnghưở ngcơ khílàmhư hỏngcácbộphậncơkhítrongđộngcơ. Gâyảnhhưởngđếnhoạtđộngcủacácthiếtbịbảovệ(tácđộngsai):c ácsóng điềuhòabậccaocó thểlàmmomentácđộngcủarơlebiếndạnggây rahiện tượng nháy, tác động ngược, có thể làm méo dạng điện áp, dòng điện dẫn đếnthờiđiểmtácđộngcủarơlesailệch,gâycảnhbáonhầmcủacác UPS. Với các thiết bị đo: ảnh hưởng đến sai số của các thiết bị đo, làm cho kết quả đo bị sailệch. Vớitụđiện:làmchotụbịquánhiệtvàtrongnhiềutrườnghợpcó thể dẫntới phá hủy chất điệnmôi.
Các sóng điều hòa bậc cao còn làm các thiết bị sử dụng điện và đèn chiếu sáng bị chập chờn ảnh hưởng đến conngười. Gây ảnh hưởng tới các thiết bị viễn thông: các sóng điều hòa bậc cao có thể gâysóngđiệntừlantruyềntrongkhônggianlàmảnhhưởngđếnthi ếtbịthu phátsóng.Nguyên nhân gây ra sóng hài Các nguồn sinh sóng điều hòa trong công nghiệp được tạo ra bởi tất cả các tải phi tuyến. Các phần tử phi tuyến điển hình là lõi thép của MBA, động cơ (đặc tính bão hòa 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, nguồn hàn, các hệ truyền động điện, lò hồ quang điện, lò nấu thép cảm ứng, lò tôi cao tần… Dưới đây là một số nguồn tạo sóng điều hòa phổ biến trong côngnghiệp: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 9 do an. Hiện tượng bão hòa mạch từ của MBA lực có thể sinh ra sóng điều hòa bậc cao.Khibiênđộđiệnápvàtừthôngđủlớnđểrơivàovùngkhôngtuyếntínhtro ng đường cong B-H sẽ dẫn đến dòng điện từ bị méo và có chứa các sóng điều hòa bậc cao.CácMBAcũngsinhrasóngđiềuhòakhivậnhànhởđiệnápcaohơnđiệ náp địnhmức.
Tương tự MBA, động cơ xoay chiều khi hoạt động sinh ra sóng điều hòa dòng điện bậc cao. Các sóng điều hòa bậc cao được phát ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 10 do an. sinh bởi máy điện quay liên quan chủ yếu tới các biến thiên của từ trở gây ra bởi các khe hở giữa rotovà stato.Cácmáyđiệnđồngbộcó thểsảnsinhrasóngđiềuhòabậccaobởivìd ạngtừ trường,sựbãohòatrongcácmạchchính,cácđườngròvàdocácdâyquấnd ùngđể giảm dao động đặt không đốixứng.Các thiết bị hồ quang Hình 1. Các thiết bị thường gặp trong hệ thống điện là các lò hồ quang công nghiệp, các máy hàn… Theo thống kê thì điện áp lò hồ quang cho thấy sóng điều hòa bậc cao đầu ra biến thiên rất lớn ví dụ như sóng điều hòa bậc 5 là 8% khi bắt đầu nóng chảy, 6% ở cuối gian đoạn nóng chảy và 2% của giai đoạn cơ bản trong suốt thời gian tinhluyện.Thiết bị điện tử công suất ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 11 do an.
Mạch điện tử công suất. Bản thân các bộ biến đổi điện tử công suất (chỉnh lưu, nghịch lưu, điều áp xoay chiều…) đều được cấu thành từ các thiết bị bán dẫn như diode, thyristor, MOSFET, IGBT, GTO… là những phần tử phi tuyến là nguồn gốc gây sóng điều hòa bậccao.Tùy thuộc vào cấu trúc của các bộ biến đổi mà sóng điều hòa sinh ra khác nhau.Các biện pháp lọc sóng hài Để nâng cao chất lượng điện năng thì việc áp dụng các tiêu chuẩn giới hạn sóng hài là vấn đề tất yếu, nhưng làm thế nào để chúng ta đưa sóng hài nằm trong giới hạn cho phép đó ?. Đó chính là việc phải sử dụng các bộ lọc sóng hài. Bộ lọc là thiết bị tạo ra đặc tuyến tần số định trước mà chức năng của nó là cho một số tần số đi qua nhất định đồng thời loại bỏ những tần sốkhác.
Các bộ lọc sóng hài được sử dụng phổ biến hiện nay là: Bộ lọc thụ động (PassiveFilter). Bộ lọc chủ động (ActiveFilter). Bộ lọc hỗn hợp cả chủ động và thụđộng.Bộ lọc thụ động BaogồmcácphầntửR,L,Cđượcghépnốivớinhauvàđượclựachọncho mộttầnsốlọcxácđịnh.Nguyênlýlàmviệccủabộlọcloạinàylàngắnmạchđố i với sóng điều hòa cần lọc để sóng điều hòa đó chảy ra khỏi hệ thống.Trong sơ đồ lọc ba pha có hai loại bộ lọc là bộ lọc RC và bộ lọc LC. Trong cả hai loại bộ lọc này đều có tụ điện, tụ điện có thể mắc hình tam giác hoặc hình sao.
Khi mắc tụ điện hình tam giác có ưu điểm là tiết kiệm dung lượng tụ, song không loại trừ được hết sóng điều hòa điện áp dây. Bộ tụ đấu hình sao có dung lượngtụtănglên3lầnnhưngloạiđượcsóngđiềuhòacảđiệnápdâyvàđiệnápp ha và đặc biệt khi tụ đấu sao có trung tính thì cóthể loại luôn cả điện ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 12 do an. áp thứ tự không sinhrabởisựchuyểnmạchvanbándẫn. Bộ lọc RC.
Bộ lọc LC.Bộ lọc chủ động ng Dựa trên nền tảng ng là các bộ b biến đổi điện tử công suất lớn n do đ đó bộ lọc tích cực có nguyên lý làm việcc khác bộ b lọc thụ động cũng như có nhiềều ưu điểmvà tính năng hơn. Mặc dù có nhiều u phương pháp khử kh và hạn chế sóng điều u hòa b bậc cao như dùng bộ lọc thụ động, sử dụ ụng máy biến áp đấu Δ/Y… Nhưng ưng phương pháp ssử dụngbộlọctíchcựclàphươngpháphi clàphươngpháphiệnđạingàycàngchiếmưuthếế,rấtmềmdẻo ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP P 13 do an. trongcấuhìnhphầncứnglẫnphầnmềmđểxửlýphùhợpvớinhữngloạitảivàcác điềukiệnđiệnápnguồncungcấpkhácnhau. Vai trò của bộ lọc tíchcực: Bù sóng điều hòa điệnáp Bù điện áp thường không được chú ý nhiều trong hệ thống điện vì điện áp tiêu thụ tại điểm đấu dây chung thường duy trì trong phạm vi giới hạn cơ bản đối với các sự cố tăng hoặc giảm áp.