Nghiên cứu ứng dụng bộ lọc tích cực cho cơ sở sản xuất công nghiệp cụ thể ở khu công nghiệp Trà Đa – Gia Lai

Lý do chọn đề tài Hiện nay, trong các cơ sở sản xuất công nghiệp sử dụng rất nhiều phụ tải có tính phi tuyến như: lò hồ quang, máy hàn hồ quang, lò cảm ứng trung tần, lò cảm ứng cao tần

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Hiện nay, trong các cơ sở sản xuất công nghiệp sử dụng rất nhiều phụ tải có tính phi tuyến như: lò hồ quang, máy hàn hồ quang, lò cảm ứng trung tần, lò cảm ứng cao tần, đèn huỳnh quang, các bộ biến đổi điện áp xoay chiều, các bộ chỉnh lưu, các bộ biến tần, các thiết bị điện tử công suất…

Đây là những nguồn phát sinh ra sóng điều hòa bậc cao (sóng hài bậc cao), các sóng hài này làm tăng giá trị hiệu dụng và giá trị biên độ của dòng điện và điện

áp, làm méo dạng dòng điện và điện áp nguồn Khi đó sẽ gây ra những vấn đề nghiêm trọng như sau:

- Đối với đường dây truyền tải: làm tăng sự phát nhiệt của dây dẫn, gây ra quá áp trên đường dây, làm lão hóa cách điện của dây dẫn…

- Đối với máy biến áp, động cơ điện: làm tăng tổn thất đồng, tổn thất sắt, tổn thất từ thông tản, gây méo mô men, gây ra dao động cộng hưởng làm tổn hại đến các bộ phận cơ khí của động cơ…

- Đối với các thiết bị bảo vệ, thiết bị đo lường: làm nhiễu tín hiệu và méo tín hiệu dòng điện và điện áp gây ra tác động sai lệch của thiết bị bảo vệ, ảnh hưởng đến sai số của thiết bị đo làm cho kết quả đo không được chính xác…

Sóng hài bậc cao còn gây ra tổn hao, giảm hệ số công suất, ảnh hưởng đến các thiết bị tiêu thụ điện trong gia đình, các thiết bị thu phát sóng vô tuyến…

Ngoài ra, các tải này còn tiêu thụ một lượng công suất phản kháng rất lớn, làm cho lượng công suất phản kháng trên đường dây truyền tải giảm đi đáng kể, điều này khiến cho hệ số công suất giảm làm tăng tổn hao, giảm chất lượng điện năng, kết quả là các thiết bị làm việc không đạt được năng suất tối ưu…

Qua những vấn đề được phân tích ở trên, chúng ta thấy rằng việc sử dụng các tải có tính phi tuyến làm cho lượng công suất phản kháng bị hao hụt đi rất nhiều, gây ra méo dạng dòng điện nguồn, làm giảm hệ số công suất, giảm năng suất của thiết bị… Do đó, làm tổn thất một lượng lớn điện năng trong sản xuất công nghiệp

dẫn đến chi phí cho sản phẩm sẽ cao hơn, sản xuất không có lợi nhuận, nhiều chi phí phát sinh và còn ảnh hưởng nghiêm trọng đến lưới điện truyền tải quốc gia Điều cấp thiết là phải tìm ra giải pháp để hạn chế sóng hài và bù một lượng công suất phản kháng thích hợp sẽ tiết kiệm được điện năng trong sản xuất công nghiệp

Những giải pháp thông dụng hiện nay là dùng các thiết bị công nghệ hiện đại

để tiết kiệm điện năng; các bộ lọc thụ động như RC, LC; các thiết bị bù công suất phản kháng, tủ bù điều khiển tự động, máy bù đồng bộ kết hợp với các thiết bị lọc sóng hài…

Tuy nhiên những giải pháp trên còn gặp những khó khăn nhất định như giá thành cao, tốn nhiều không gian để lắp đặt, khó điều khiển và giám sát, không linh hoạt và chưa đạt được hiệu quả như mong muốn

Giải pháp hiệu quả và linh hoạt nhất hiện nay là dùng bộ lọc tích cực APF (Active Power Filter) loại mắc song song với tải, với bộ lọc này chúng ta có thể điều khiển và giám sát bằng máy tính rất thuận tiện, kích cỡ bộ lọc nhỏ, chiếm ít không gian lắp đặt, rất hiệu quả trong việc lọc sóng hài, bù công suất phản kháng và tiết kiệm điện năng

Với mong muốn ứng dụng bộ lọc tích cực cho các cơ sở sản xuất công nghiệp để lọc sóng hài và bù công suất phản kháng, nhằm hạn chế tối đa ảnh hưởng của sóng hài và tiết kiệm điện năng trong sản xuất công nghiệp Tôi đã quyết định

chọn đề tài “Nghiên cứu ứng dụng bộ lọc tích cực cho cơ sở sản xuất công nghiệp

cụ thể ở khu công nghiệp Trà Đa – Gia Lai”

2 Mục đích và nhiệm vụ của đề tài

- Tìm hiểu cấu trúc và nguyên lý hoạt động của bộ lọc tích cực

- Nghiên cứu phương pháp điều khiển tối ưu cho bộ lọc tích cực

- Thiết kế và mô phỏng bộ lọc tích cực cho lò nấu thép cảm ứng trung tần bằng phần mềm Matlab/Simulink

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu là lò nấu thép cảm ứng trung tần của nhà máy luyện cán thép Năm Hoa

- Phạm vi nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu phương pháp điều khiển vector không gian để điều khiển bộ lọc tích cực lọc sóng hài và bù công suất phản kháng cho lò nấu thép của nhà máy

4 Phương pháp nghiên cứu

Kết hợp cả hai phương pháp:

- Nghiên cứu lý thuyết về phương pháp điều khiển vector không gian

- Thiết kế mô hình mô phỏng trên phần mềm Matlab/Simulink

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Kết quả nghiên cứu của đề tài là tìm ra phương pháp tối ưu để điều khiển bộ lọc tích cực lọc sóng hài do lò thải ra nhằm hạn chế tối đa tác hại do sóng hài gây

ra, nâng cao chất lượng điện năng cho lưới điện, bù công suất phản kháng và tiết kiệm điện năng cho nhà máy Đề tài hoàn toàn có thể ứng dụng vào thực tế

6 Cấu trúc luận văn

Mở đầu

Chương 1: Giới thiệu chung về cơ sở sản xuất ở khu công nghiệp

Trà Đa – Gia Lai

Chương 2: Các nguồn phát sinh sóng hài

Giải pháp hạn chế sóng hài và bù công suất phản kháng

Chương 3: Tổng quan về các bộ lọc

Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của bộ lọc tích cực

Chương 4: Thiết kế và mô phỏng bộ lọc tích cực cho lò nấu thép cảm ứng

trung tần bằng phần mềm Matlab/Simulink

Chương 5: Kết luận

Chương 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CƠ SỞ SẢN XUẤT Ở KHU CÔNG

NGHIỆP TRÀ ĐA – GIA LAI

Khu công nghiệp Trà Đa là khu công nghiệp trọng điểm của tỉnh Gia Lai , nằm trên địa bàn thành phố Pleiku, có tổng diện tích 109,3 ha Hiện khu công

nghiệp có hơn 30 doanh nghiệp đang hoạt động, thu hút trên 2.000 lao động đến làm việc

Các lĩnh vực được ưu tiên khuyến khích đầu tư vào khu công nghiệp gồm: công nghiệp chế biến lâm sản, nông sản thực phẩm; công nghiệp vật liệu xây dựng; chế tạo, lắp ráp cơ khí điện tử; sản xuất, gia công hàng tiêu dùng

Hình 1.1 Khu công nghiệp Trà Đa – Gia Lai

Năm 2011, khu công nghiệp Trà Đa đã có 37 nhà đầu tư với trên 40 dự án, lấp đầy 100% diện tích, tổng số vốn đăng ký 1.118,113 tỷ đồng (tăng 241,523 tỷ đồng so với năm 2010) Trong đó, 25 dự án đang hoạt động, 7 dự án trong giai đoạn xây dựng, 6 dự án được Ban quản lý chấp thuận chủ trương đầu tư, có hai dự án nhà đầu tư 100% vốn nước ngoài Tổng doanh thu năm 2011 của toàn khu công nghiệp đạt 1.241,669 tỷ đồng (cao gấp 230,9% so với năm trước), giá trị sản xuất công nghiệp đạt 521,869 tỷ đồng (tăng 160%), chiếm tỷ trọng hơn 12% giá trị sản xuất

công nghiệp của tỉnh Doanh thu công nghiệp đạt 879,563 tỷ đồng, nộp ngân sách nhà nước hơn 40 tỷ đồng (tăng 298%), tạo việc làm cho hơn 1.700 lao động địa phương

Những mặt hàng sản xuất tại khu công nghiệp Trà Đa không chỉ đã có chỗ đứng trong nước mà còn vươn ra thị trường thế giới Năm 2011, tổng kim ngạch xuất khẩu của khu công nghiệp Trà Đa ước đạt 104.090.243 USD (tăng 97%) Điển hình trong tăng kim ngạch xuất khẩu như: Công ty Louis Dreyfus Commoditis Việt Nam, Công ty TNHH Thương mại AQ, Công ty đá Granite Quốc Duy, Công ty cổ phần chế biến gỗ Đức Long… ước đạt từ 286.000 USD đến hơn 100 triệu USD

Sau một thời gian đo đạc thông số điện tại các nhà máy của khu công nghiệp Trà Đa, số liệu thống kê cho thấy dòng điện của nhà máy luyện cán thép Năm Hoa

có độ méo dạng THD = 24.7%, vượt quá mức cho phép của tiêu chuẩn IEEE std 519-1992 là phải nhỏ hơn 5% Vì vậy, tôi đã chọn nhà máy này để nghiên cứu ứng dụng bộ lọc tích cực để lọc sóng hài, nhằm hạn chế những ảnh hưởng xấu do sóng hài gây ra, góp phần nâng cao chất lượng điện năng cho lưới điện và tiết kiệm điện năng cho nhà máy

Hiện nay, nhà máy luyện cán thép Năm Hoa đang sản xuất thép với ba lò nấu thép cảm ứng trung tần và một xưởng cán thép Các lò nấu thép này thường sử dụng hai bộ biến đổi điện tử công suất đó là: một bộ chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển hoàn toàn và một bộ nghịch lưu cộng hưởng nguồn dòng song song một pha sử dụng Thyristor Những thiết bị này là nguyên nhân phát sinh ra rất nhiều sóng hài bậc cao, làm ảnh hưởng xấu đến lưới điện và gây ra tổn hao công suất trên đường dây truyền tải điện Do đó, để đưa ra được giải pháp khắc phục vấn đề này cần phải tìm hiểu về cấu trúc và nguyên lý hoạt động của lò cảm ứng trung tần

Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý lò nấu thép cảm ứng trung tần 1.2.1 Nguyên lý hoạt động của lò cảm ứng trung tần

Nguyên lý làm việc của lò cảm ứng là dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ, khi đưa một khối kim loại vào trong một từ trường biến thiên, trong khối kim loại xuất hiện dòng điện xoáy, nhiệt năng do dòng điện xoáy sẽ đốt nóng khối kim loại

Việc tạo ra nguồn DC (Direct Current) ở mạch lò cộng hưởng nguồn dòng song song có phần phức tạp hơn so với mạch lò cộng hưởng nguồn dòng nối tiếp vì phải cần đến bộ chỉnh lưu có điều khiển, thông qua đó người ta mới có thể thay đổi được công suất cấp cho lò Phần DC, có cuộn kháng làm nhiệm của kho năng lượng

và lọc Bộ biến đổi DC sang AC (Alternating Current) là bộ nghịch lưu cộng hưởng nguồn dòng, là bộ biến đổi đặc biệt, thường sử dụng Thyristor Đặc điểm cơ bản của

bộ nghịch lưu cộng hưởng nguồn dòng đó là có phụ tải là một mạch vòng dao động với dòng hoặc áp dạng hình sin, do đó các Thyristor trên sơ đồ sẽ chuyển mạch tự nhiên

Các bộ nghịch lưu cộng hưởng nguồn dòng được thiết kế với công suất ngày càng lớn đến vài MW, tần số từ 500Hz đến 2000Hz Ngoài ra, để hỗ trợ cho việc khởi động lò, hệ thống cung cấp điện phải có thêm mạch khởi động để tạo ra ít nhất một chu kỳ dao động trên tải, sau đó là việc điều khiển đóng cắt các van ở phần nghịch lưu để dao động trên tải được duy trì Mạch đòn bẩy có tác dụng xả năng lượng trong cuộn dây sau khi quá trình nấu chảy đã hoàn tất

1.2.2 Các bộ phận chính của lò cảm ứng trung tần

cũng có thể đóng ngắt trực tiếp bằng tay Máy cắt được nối với nguồn điện áp xoay chiều ba pha điện áp 380v, cung cấp điện cho mạch chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển hoàn toàn

Hình 1.3 Máy cắt

mạch và hạn chế tốc độ tăng trưởng dòng điện để bảo vệ các Thyristor chỉnh lưu

Hình 1.4 Cuộn kháng xoay chiều

 Bộ chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển hoàn toàn – dùng để biến đổi nguồn

điện xoay chiều ba pha thành nguồn điện một chiều cấp cho bộ nghịch lưu

Hình 1.5 Thyristor chỉnh lưu

một chiều, có giá trị điện cảm rất lớn Mạch từ là mạch từ hở để tránh hiện tượng bão hòa Cuộn kháng một chiều có hai phần lớn , mỗi phần lớn gồm có năm vòng lớn và trong mỗi vòng lớn lại gồm năm vòng nhỏ

Hình 1.6 Cuộn kháng lọc một chiều LD

 Bộ nghịch lưu cộng hưởng nguồn dòng song song – được nối theo sơ đồ cầu

một pha có chức năng biến nguồn điện một chiều thành nguồn điện xoay chiều cấp cho tải lò cảm ứng, điện áp ra trên tải có dạng gần hình sin

Hình 1.7 Thyristor nghịch lưu

vòng cảm ứng cỡ hàng ngàn Ampe nên tổn hao điện chiếm tới 25 ÷ 30% công suất hữu ích của thiết bị, do đó cần phải làm mát vòng cảm ứng Làm mát bằng không khí cho phép mật độ dòng điện 2 ÷ 5 A/mm 2, còn làm mát bằng nước chảy trong ống tiết diện tròn thì cho phép mật độ dòng điện lên tới 10 ÷ 30 A/mm 2

Hình 1.8 Vòng cảm ứng của lò trung tần

động và bù hệ số công suất (cosφ) của lò Các tụ điện này chịu được điện áp cao (tới 1000 V) và chịu được tần số cao (tới 10kHz)

xung nghịch lưu, biến áp nguồn cấp điện cho bảng điều khiển, c ác đồng hồ đo điện

áp, dòng điện, tần số và đo lưu lượng nước…

Chương 2 CÁC NGUỒN PHÁT SINH SÓNG HÀI – GIẢI PHÁP HẠN CHẾ SÓNG HÀI VÀ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG

Sóng hài được sinh ra bởi các tải phi tuyến nối với hệ thống phân phối điện Sóng hài có thể làm cho cáp bị quá nhiệt, phá hỏng cách điện Động cơ cũng có thể

bị quá nhiệt hoặc gây tiếng ồn và sự dao động của mô men xoắn trên rotor dẫn tới

sự cộng hưởng cơ khí và gây rung Tụ điện quá nhiệt và trong phần lớn các trường hợp có thể dẫn tới phá huỷ chất điện môi Các thiết bị hiển thị sử dụng điện và đèn chiếu sáng có thể bị chập chờn, các thiết bị bảo vệ có thể ngắt điện, máy tính bị lỗi

và thiết bị đo cho kết quả sai

Do vậy, để giảm được sóng hài cần phải sử dụng các thiết bị phát sóng hài thấp hoặc sử dụng các phương pháp lọc ngoài Trong đó, muốn giảm dòng điện hài phải tăng điện cảm AC hoặc tăng số van chỉnh lưu trong bộ chỉnh lưu, để giảm điện

áp hài gây ra bởi dòng điện hài phải tăng công suất biến áp, giảm trở kháng biến áp hay tăng khả năng chịu ngắn mạch của nguồn Ngoài ra, các tải phi tuyến còn tiêu thụ một lượng công suất phản kháng rất lớn, làm cho lượng công suất phản kháng trên đường dây truyền tải giảm đi đáng kể, điều này khiến cho hệ số công suất giảm làm tăng tổn hao, giảm chất lượng điện năng Do đó, cần phải bù công suất phản kháng

Trong chương 2, chúng ta sẽ tìm hiểu về các nguồn phát sinh sóng hài, các giải pháp hạn chế sóng hài và bù công suất phản kháng

Công cụ để phân tích mức độ méo của dạng sóng dòng điện có chu kỳ là phân tích Fourier Phương pháp này dựa trên nguyên lý là một dạng sóng méo có chu kỳ (không sin) thì có thể được thay thế bởi tổng của các sóng hài hình sin bao gồm:

- Một sóng hình sin với tần số cơ bản (50 Hz)

- Thành phần không đổi hay còn gọi là thành phần một chiều

- Một số sóng hình sin khác với tần số cao hơn, đó là bội số của tần số cơ bản Dạng sóng méo ở hình dưới đây được phân tích thành một thành phần sóng

cơ bản và một thành phần sóng hài bậc ba Tổng giá trị hiệu dụng của dòng điện méo này được tính bằng căn bậc hai của tổng các bình phương của dòng cơ bản và dòng hài

Hình 2.1 Dạng sóng với thành phần cơ bản và hài bậc ba

Dấu hiệu để xác định một dạng sóng méo có thành phần hài bậc chẵn hay bậc lẻ như sau:

- Hài bậc lẻ xuất hiện khi nửa chu kỳ âm của dạng sóng méo lặp lại y hệt nửa chu kỳ dương, nhưng với chiều âm Nói cách khác, hài bậc lẻ xuất hiện khi phần tư chu kỳ đầu tiên và phần tư chu kỳ thứ ba là giống nhau, tương tự đối với phần tư chu kỳ thứ hai và thứ tư Hài bậc lẻ xuất hiện với chỉnh lưu cầu vì nửa chu kỳ

dương và nửa chu kỳ âm là đối xứng nhau (do đó các hài bậc chẵn bị triệt tiêu)

- Hài bậc chẵn xuất hiện khi nửa chu kỳ âm của dạng sóng méo không lặp lại nửa chu kỳ dương Một đặc điểm khác khi có hài bậc chẵn đó là phần tư chu kỳ đầu tiên và thứ tư là giống nhau, tương tự đối với phần tư chu kỳ thứ hai và thứ ba

Hình 2.2 Thành phần hài bậc chẵn và hài bậc lẻ

Hình 2.3 Dạng sóng với thành phần hài bậc chẵn và hài bậc lẻ

Nguyên nhân chính tại sao bộ biến đổi điện tử công suất sinh ra dòng điện hài là vì dòng điện không liên tục trong mỗi pha Xét về khía cạnh sinh ra sóng hài thì việc cầu chỉnh lưu dùng Diode hay Thyristor đều không quan trọng vì chúng đều hoạt động tương tự nhau Trong một cầu chỉnh lưu, chỉ có hai Thyristor (hoặc Diode) được dẫn tại một thời điểm bất kỳ, và khoảng thời gian được dẫn này sẽ lần lượt đến phiên các Thyristor (hoặc Diode) kế tiếp Trong một chu kỳ của điện áp nguồn cấp, mỗi một pha trong ba pha đều dẫn một xung dương trong 120o

và một xung âm trong 120o Các dòng điện pha gián đoạn này kết hợp lại ở phía một chiều

để tạo ra dòng điện một chiều DC nhấp nháy (ripple), dòng điện này được làm phẳng bằng một tụ điện ở phía một chiều Như vậy, bộ chỉnh lưu có thể được xem như một nguồn phát sóng hài về phía lưới

Các bộ biến đổi điện tử công suất không sinh ra tất cả các bậc hài mà chỉ một

số bậc hài nhất định Bậc và biên độ của một sóng hài dòng điện sinh ra bởi bộ biến đổi điện tử công suất phụ thuộc vào ba yếu tố chính sau:

- Số xung của một bộ biến đổi (p) Số xung của bộ biến đổi là số xung một chiều ở đầu ra của bộ chỉnh lưu trong một chu kỳ của điện áp nguồn cấp Bậc của sóng hài sinh ra được xác định theo công thức:

Trong đó:

n: là bậc của sóng hài k: là số nguyên dương bất kỳ p: là số xung của bộ biến đổi

- Biên độ của dòng tải, dòng điện phía một chiều của bộ chỉnh lưu ảnh hưởng tới biên độ của dòng điện hài

- Biên độ của điện áp tải, điện áp một chiều của bộ chỉnh lưu ảnh hưởng tới dòng tải

Chuỗi phân tích Fourier của một hàm có chu kỳ x(t) được biểu diễn bằng biểu thức sau:

A  φ = a + jb

(2.3) với biên độ:

Hệ số a0 trong biểu thức trên có thể được rút ra bằng cách lấy tích phân cả hai vế của phương trình từ -T/2 tới T/2

 

0 1

Tính hệ số a0 bằng cách nhân cả hai vế phương trình (2.2) với cos(2πmt/T), với m là một số nguyên dương bất kỳ, sau đó lấy tích phân từ -T/2 đến T/2

0 1

/2 0 /2 /2

1 /2

2 cos

Số hạng đầu tiên ở vế phải bằng 0

Ta thấy khi hàm x(t) là đối xứng lẻ, tức là x(t) = - x(- t) thì an bằng không với tất cả các giá trị n Như vậy chuỗi Fourier của một hàm lẻ chỉ có các thành phần sin

Còn khi hàm x(t) đối xứng chẵn, tức là x(t) = x(- t) thì bn bằng không với tất cả các giá trị của n Chuỗi Fourier của một hàm chẵn chỉ có các thành phần cosin Một dạng sóng có thể là chẵn hoặc lẻ tùy thuộc vào khoảng thời gian tham chiếu được lựa chọn

Hàm x(t) gọi là đối xứng nửa sóng khi x(t) = - x(t + T/2) dạng sóng của tín hiệu kiểu này có hình dạng tại thời gian từ (t + T/2) tới (t + T) là dạng âm của dạng sóng từ t tới (t + T/2) Sau một số biến đổi ta có:

0

n

a = b =n 0

Như vậy, dạng sóng đối xứng nửa sóng chỉ chứa các hài bậc lẻ

Ở chế độ vận hành đối xứng các sóng hài bậc cao có thể chia thành các thành phần thứ tự thuận, nghịch, không:

THD là một chỉ số quan trọng để đánh giá sóng hài và được gọi là hệ số méo dạng (Total Harmonic Distortion) được xác định theo công thức:

Từ công thức (2.7) ta có thể đánh giá độ méo dạng dòng điện và điện áp qua

hệ số méo dạng dòng điện và hệ số méo dạng điện áp

2.3 CÁC NGUỒN PHÁT SINH SÓNG HÀI

Các nguồn phát sinh sóng hài được tạo ra bởi tất cả các tải phi tuyến Trước khi có sự xuất hiện của các linh kiện bán dẫn công suất, nguyên nhân chính gây ra méo dạng sóng là các lò hồ quang, đèn huỳnh quang, và ở mức độ thấp hơn là từ máy biến áp và máy điện quay Dưới đây là một số nguồn phát sinh sóng hài phổ biến trong công nghiệp

2.3.1 Máy biến áp

Trong vận hành máy biến áp nếu xuất hiện hiện tượng bão hòa của lõi thép

do quá tải ho ặc máy biến áp phải làm việc với điện áp cao hơn điện áp định mức thì

có thể sinh ra sóng hài bậc cao Các máy biến áp thường được thiết kế để hoạt động

ở dưới điểm bão hòa, mật độ từ cảm của máy biến áp được lựa chọn dựa trên các yếu tố như giá thành thép, các tổn hao không tải, độ ồn và các nhân tố khác Thông thường dòng từ hóa của máy biến áp chứa rất nhiều các thành phần hài, nó có giá trị nhỏ hơn 1% dòng đầy tải Mặc dù thành phần hài sinh ra bởi máy biến áp rõ ràng là nhỏ hơn các thiết bị điện tử công suất nhưng trong hệ thống điện, nhất là hệ thống điện phân phối có đến hàng trăm máy biến áp cho nên thành phần hài gây bởi máy biến áp cũng cần được chú ý

2.3.2 Động cơ điện

Tương tự máy biến áp động cơ xoay chiều khi hoạt động sinh ra sóng hài dòng điện bậc cao Các sóng hài bậc cao được phát sinh bởi máy điện quay liên quan chủ yếu tới các biến thiên của từ trở gây ra bởi các khe hở giữa rotor và stator Các máy điện đồng bộ có thể sản sinh ra sóng hài bậc cao bởi vì dạng từ trường, sự bão hòa trong các mạch chính và các đường dò và do các dây quấn dùng để giảm dao động đặt không đối xứng

2.3.3 Lò hồ quang

Sóng hài sinh ra từ các lò hồ quang sử dụng trong sản xuất thép là không thể

dự đoán được vì tia lửa điện thay đổi liên tục, không tuần hoàn theo chu kỳ Phân tích cho thấy dòng điện hồ quang bao gồm một dải liên tục các bậc sóng hài cả nguyên và không nguyên Tuy nhiên các sóng hài bậc nguyên, đặc biệt là từ bậc hai

đến bậc bảy, có vị trí quan trọng hơn nhiều so với hài bậc không nguyên Biên độ của sóng hài cũng giảm tương ứng theo bậc hài của nó Khi mức kim loại nóng chảy trong bể chứa tăng dần, tia hồ quang trở nên ổn định hơn, dẫn đến mức độ méo dạng sóng giảm Dòng điện trở nên đối xứng ở đoạn gần trục không và như vậy sẽ triệt tiêu các bậc hài chẵn và bậc hài không nguyên Theo thống kê cho thấy sóng hài bậc cao đ ầu ra biến thiên rất lớn ví dụ như sóng hài bậc 5 là 8% khi bắt đ ầu nóng chảy, 6% ở cuối gian đoạn nóng chảy và 2% của giai đoạn cơ bản trong suốt thời gian tinh luyện

2.3.4 Các loại đèn phóng đi ện

Đây là loại tải có tính phi tuyến cao Tác hại của loại tải này cần đặc biệt chú

ý trong trường hợp đèn huỳnh quang Khi đó phải cần thêm các chấn lưu từ để hạn chế dòng điện trong giới hạn của ố ng đèn huỳnh quang và ổ n định tia hồ quang Hình dưới chỉ ra dạng sóng dòng điện và phổ tần sóng hài của loại đèn hiệu suất cao

Hình 2.4 Dạng sóng dòng điện của loại đèn phóng điện hiệu suất cao

Hình 2.5 P hổ dòng điện của loại đèn phóng điện hiệu suất cao 2.3.5 Các thiết bị 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 và là nguồn gốc gây ra sóng hài bậc cao

Tùy thuộc vào cấu trúc của các bộ biến đổi mà sóng hài sinh ra khác nhau Các mạch chỉnh lưu trong biến tần thường là chỉnh lưu cầu ba pha có ưu điểm là đơn giản, rẻ, chắc chắn nhưng thành phần đầu vào chứa nhiều sóng hài Do đó để giảm bớt sóng hài có thể dùng hai mạch chỉnh lưu cầu ba pha ghép lại với nhau tạo thành chỉnh lưu 12 xung hoặc ghép bốn bộ chỉnh lưu cầu ba pha vào tạo thành bộ chỉnh lưu 24 xung sẽ cho ra dòng điện trơn hơn, giảm đựợc các thành phần hài Từ

đó có thể thấy là khi muốn giảm sóng hài dòng điện ta có thể tăng số van trong mạch chỉnh lưu lên, tuy nhiên khi đó gây ra một số bất lợi như: cồng kềnh, nặng, tổn thất điện áp lớn và sinh ra sóng hài dòng điện bậc cao khi tải không đối xứng hoặc điện áp không đối xứng Sau đây ta phân tích dạng sóng hài gây ra bởi một số

bộ biến đổi điện tử công suất

 Cầu chỉnh lưu ba pha không đi ều khiển

- Mô hình cầu chỉnh lưu ba pha không điều khiển với tải R+L

Hình 2.6 Mô hình cầu chỉnh lưu ba pha không điều khiển

- Dạng sóng dòng điện trên pha A của nguồn cấp cho cầu chỉnh lưu

Hình 2.7 Dạng sóng dòng điện trên pha A của nguồn cấp cho cầu chỉnh lưu ba

pha không điều khiển

- Phổ dòng điện pha A của cầu chỉnh lưu ba pha không điều khiển

Hình 2.8 P hổ dòng điện pha A của cầu chỉnh lưu ba pha không điều khiển

Qua phân tích ta thấy cầu chỉnh lưu ba pha không điều khiển gây ra méo dạng dòng điện nguồn với độ méo THD = 19,64%, lớn hơn nhiều so với tiêu chuẩn cho phép Chủ yếu là các thành phần hài bậc 5, 7, 11, 17, 19

 Cầu chỉnh lưu ba pha có điều khiển

- Mô hình cầu chỉnh lưu ba pha có điều khiển với tải R+L

Hình 2.9 Mô hình cầu chỉnh lưu ba pha có điều khiển

- Dạng sóng dòng điện trên pha A của nguồn cấp cho cầu chỉnh lưu

 Trường hợp góc điều khiển α = 300

Hình 2.10 Dạng sóng dòng điện trên pha A của nguồn cấp cho cầu

chỉnh lưu ba pha có điều khiển với góc α = 300

 Trường hợp góc điều khiển α = 600

Hình 2.11 Dạng sóng dòng điện trên pha A của nguồn cấp cho cầu

chỉnh lưu ba pha có điều khiển với góc α = 600

 Trường hợp góc điều khiển α = 900

Hình 2.12 Dạng sóng dòng điện trên pha A của nguồn cấp cho cầu

chỉnh lưu ba pha có điều khiển với góc α = 900

- Phổ dòng điện pha A của cầu chỉnh lưu ba pha có điều khiển

 Trường hợp góc điều khiển α = 300

Hình 2.13 Phổ dòng điện pha A của cầu chỉnh lưu ba pha có điều khiển

 Trường hợp góc điều khiển α = 600

Hình 2.14 Phổ dòng điện pha A của cầu chỉnh lưu ba pha có điều khiển

 Trường hợp góc điều khiển α = 900

Hình 2.15 Phổ dòng điện pha A của cầu chỉnh lưu ba pha có điều khiển

Qua phân tích ta thấy cầu chỉnh lưu ba pha có điều khiển gây ra méo dạng dòng điện nguồn với độ méo THD = 23,23% khi góc α = 300

, THD = 47,33% khi góc α = 600, THD = 76,50% khi góc α = 900, rất lớn so với tiêu chuẩn cho phép Như vậy, khi góc điều khiển tăng lên thì độ méo dạng cũng tăng lên rất nhiều

Ảnh hưởng quan trọng nhất của sóng hài bậc cao đó là việc làm tăng giá trị hiệu dụng cũng như giá trị đỉnh của dòng điện và điện áp Có thể thấy rõ qua công thức sau:

(2.18)

2.4.1 Ảnh hưởng của sóng hài đối với động cơ điện

Ảnh hưởng chủ yếu của sóng hài đối với động cơ không đồng bộ được quan tâm đến hai yếu tố: mô men và tổn hao

- Các tính toán cũng như đo đạc cho thấy rằng thường thì người ta không quan tâm đến méo do dòng điện hài từ 10-20% Nhưng người ta cũng quan sát được rằng chính các méo do dòng hài này lại gây ra các dao động cho mô men của động

cơ kể cả lúc khởi động lẫn lúc hoạt động ổn định Nguyên nhân của sự dao động

này là có sự tương tác giữa các dòng điện hài và trường điện từ chính tạo ra do dòng điện cơ bản Các giá trị biên độ mô men dao động xấp xỉ tỉ lệ thuận với các biên độ dòng hài tương ứng mô men trung bình trong lúc làm việc cũng như trong quá trình khởi động không bị ảnh hưởng nhưng quá trình dao động mô men này cuối cùng tạo

ra sự dao động cơ khí và làm tăng độ mài mòn cho trục của động cơ Các dòng điện hài góp phần làm gia tăng trị trung bình của dòng điện tổng Các hiệu ứng bề mặt chất dẫn điện của máy điện nhỏ có thể bỏ qua nhưng khi tiết diện của chất dẫn điện của cuộn là đáng kể thì tổn hao do hiệu ứng bề mặt do các dòng điện bề mặt là cần xét đến

- Tổn hao lõi sắt do các từ trường của dòng điện hài gây nên, nhưng các từ trường này bị làm giảm đi nhiều nhờ có các dòng điện cảm ứng sinh ra ở phần ứng Các tổn hao này xuất hiện ở tần số cao và do đó các dòng hài góp phần làm tăng tổn hao lõi sắt

Đối với động cơ đồng bộ, các ảnh hưởng tương tự như động cơ không đồng

bộ đã xét ở trên, nhưng các tổn hao sắt và đồng là rất nhỏ có thể bỏ qua Ảnh hưởng của sóng hài chủ yếu tác động lên rotor, trong đó một vài dòng điện hài được sự cảm ứng của cuộn dây triệt tiêu ho ặc giảm bớt

2.4.2 Ảnh hưởng của sóng hài đối với máy biến áp

Dòng điện sóng hài gây ra tổn hao trong các cuộn dây của máy biến áp, cũng dẫn tới sự phát nhiệt của một số linh kiện bắt chặt như vỏ ngoài, tấm tôn silic lớp ngoài, đồng thời còn có khả năng dẫn tới quá nhiệt nghiêm trọng cục bộ Sóng hài làm cho máy biến áp có tiếng ồn lớn Các sóng hài bậc cao gây ra tổn thất đồng, tổn thất từ thông tản và tổn thất sắt làm tăng nhiệt độ máy biến áp do đó làm tăng tổn thất điện năng

2.4.3 Ảnh hưởng của sóng hài đối với tụ điện

Thông thường các tụ bù được nhà sản xuất thiết kế để bù công suất phản kháng nhằm tăng hệ số công suất cho lưới điện, nhưng tần số hoạt động là ở tần số lưới điện 50-60Hz mà không tính đến ảnh hưởng của các nhiễu với các tần số khác

và các sóng hài là nguyên nhân gây hư hại cho tụ bởi vì:

- Các sóng hài làm tăng giá trị công suất phản kháng

- Các sóng hài làm tăng nhiệt và sự tăng nhiệt này kéo theo tổn hao điện môi của tụ điện, đến một giá trị nào đó sẽ làm hỏng điện môi hoặc tăng quá mức công suất phản kháng dẫn đến hỏng tụ bù

- Các sóng hài là một trong những nguyên nhân chính làm cho tuổi thọ của tụ

bù giảm xuống do hiện tượng quá độ điện áp, dẫn tới phát nóng và hỏng cách điện của tụ

- Hiện tượng cộng hưởng có thể xuất hiện nếu tần số của một sóng hài trùng với tần số cộng hưởng của trở kháng đường dây và điện dung của tụ bù Kết quả là biên độ tần số cộng hưởng được khuếch đại lên làm hỏng tụ

2.4.4 Ảnh hưởng của sóng hài đối với cáp điện

Do hiệu ứng bề mặt, dòng điện xoay chiều có tần số cao thì dòng điện được dẫn chủ yếu là trên bề mặt ngoài của vật liệu dẫn điện, làm tăng trở kháng tác dụng của dây dẫn và gây ra tổn hao Như vậy các thành phần só ng hài bậc cao sẽ làm nóng dây dẫn, giảm cách điện dẫn tới giảm tuổi thọ của dây dẫn

2.4.5 Ảnh hưởng của sóng hài đối với rơle bảo vệ và thiết bị tự động

Sóng hài sinh ra nhiễu sóng đối với rơle bảo vệ và thiết bị điều khiển tự động, gây nên tác động nhầm hoặc từ chối tác động, nhất là quá trình trạng thái tạm thời của một số thời gian suy giảm tương đối dài như thành phần sóng hài trong dòng xung kích của máy biến áp khi đóng cắt máy cắt Do trị số biên độ của nó lớn, thành phần hài cũng rất lớn, càng dễ dẫn tới tác động sai của rơle bảo vệ

2.4.6 Ảnh hưởng của sóng hài đối với các thiết bị điện tử

Các sóng hài có thể làm cho máy tính và các bộ vi xử lý hoạt động thiếu tin cậy và gián đoạn, thậm chí có thể làm cho một máy tính bị ngừng hoạt động hoặc xảy ra lỗi khi có sóng hài Với việc chấp nhận sự có mặt của sóng hài trong lưới điện, các nhà sản xuất máy tính đã đưa ra các điều kiện để sản phẩm của họ hoạt động được trong điều kiện đó Ví dụ như tổng méo hài của điện áp đo được lúc

không tải của hãng IBM là 5%, và duy trì giá trị tỉ số quan hệ giá trị điện áp đỉnh và giá trị điện áp tác dụng luôn ở mức 1,41

Ảnh hưởng của sóng hài đến các mặt sau là được chú ý:

- Mật độ thông tin trong băng từ hoặc đĩa compact là rất cao vì thế nó đòi hỏi

độ chính xác và ổn định của động cơ điều khiển đầu đọc Các động cơ này có quán tính thấp để có thể dừng và khởi động trong khoảng thời gian ngắn nhất có thể chấp nhận được Mặt khác, việc có thêm tác động của sóng hài làm cho việc điều khiển động cơ gặp khó khăn hơn

- Các máy tính đòi hỏi điện áp ổn định cao và dao động ít thường khoảng 1% Để đạt được yêu cầu này người ta dùng các bộ điều khiển điện áp cộng hưởng Ferro Nhưng các bộ điều khiển này thường nhạy cảm với sự dao động tần số

 Bộ thu radio

Các bộ thu radio cho phép sự tồn tại của các sóng hài, thực tế nó có thể có ba sóng hài So sánh với các thiết bị như máy tính hay bộ vi xử lý thì chỉ cho phép hai sóng hài cùng tồn tại đồng thời, bộ chỉnh lưu và bộ biến đổi dòng điện cho phép hai hoặc ba sóng hài khác nhau

Các dòng điện hài chạy trên đường dây thông tin hay các thiết bị tiêu thụ điện có thể ảnh hưởng tới các mạch thông tin có cùng đường dẫn, trong đó có các hài tần số 540kHz đến 1200kHz là có tác động đặc biệt hơn cả Các hài bội ba (3-9-15) là vấn đề được quan tâm nhiều nhất trong mạch nối Y0 vì chúng xuất hiện trong tất cả các pha và được cộng vào trong dây trung tính, trong khi đó dây trung tính tác động mạnh nhất đến các mạch truyền thông

2.4.7 Ảnh hưởng của sóng hài đối với các thiết bị đo lường điện

Thông thường các thiết bị đo năng lượng chỉ được thiết kế và sử dụng trong trường hợp điện áp và dòng sinh ra là hình sin, nhưng nếu có sóng hài thì chúng sẽ tác động đến các thiết bị đo dẫn đến kết quả sai lệch Ví dụ công tơ điện truyền thống dựa trên mô tơ c ảm ứng quay Thành phần quay là đĩa quay được thiết kế để quay tỉ lệ với dòng điện, đĩa này sẽ điều khiển các bánh răng nối tiếp để ghi lại

lượng điện năng tiêu thụ Nhưng các thiết bị này có xu hướng tiêu cực với các sóng hài, nếu chúng hoạt động ở tần số cơ bản thì sẽ ghi được giá trị thấp hơn so với khi

có sóng hài xuất hiện Các tải phi tuyến hấp thụ năng lượng của các sóng hài, tuy nhiên các thiết bị đo lại không ghi năng lượng thực tế sử dụng Nếu là động cơ thì năng lượng ấy sẽ làm cho động cơ phát nóng, trong khi đó nếu là tải trở thì năng lượng này sẽ hiệu quả cho việc phát nhiệt Do đó đối với tải phi tuyến hoặc khi có mặt sóng hài trong một số trường hợp cần sự chính xác cao thì ta phải dùng các thiết bị đo có khả năng đo được các sóng hài với giá trị thực (true rms)

Với những tác hại của sóng hài như đã được phân tích ở trên, việc quy định một tiêu chuẩn thống nhất về các thành phần sóng hài bậc cao trên lưới cần được đưa ra để hạn chế ảnh hưởng của chúng tới các thiết bị điện và đảm bảo chất lượng điện năng Trên thế giới đã đưa ra một số tiêu chuẩn như IEEE std 519-1992, IEC 1000-3-4 về giới hạn thành phần sóng hài bậc cao trên lưới điện Dưới đây là một số tiêu chuẩn trên thế giới về giới hạn các thành phần sóng hài trên lưới điện mà Việt Nam được phép áp dụng

Bảng 2.1 Giới hạn nhiễu điện áp theo tiêu chuẩn IEEE std 519-1992

Điện áp tại điểm nối

chung PCC (Point of

Common Couping)

Nhiễu điện áp từng loại sóng hài (%) =

Nhiễu điện áp tổng cộng các loại sóng hài THD (%)

Bảng 2.2 Giới hạn nhiễu dòng điện theo tiêu chuẩn IEEE std 519-1992

* I sc : là dòng điện ngắn mạch tại điểm PCC

Bảng 2.3 Tiêu chuẩn IEC 1000-3-4 cho thiết bị trên 75A ở

dòng đầu vào mỗi pha

2.5.1 Hạn chế công suất các tải phi tuyến

Với một tải phi tuyến luôn có một mức công suất lớn nhất mà tại đó mức độ méo của dòng và áp sinh ra vẫn nằm trong giới hạn cho phép của tiêu chuẩn IEEE std 519-1992 Lượng công suất này là bao nhiêu còn phụ thuộc vào loại tải phi tuyến và nguồn điện

2.5.2 Tăng điện kháng phía nguồn xoay chiều đầu vào tải phi tuyến

Với bộ biến đổi ba pha 6 xung thì biện pháp đầu tiên để cải thiện là thêm vào phía đầu vào xoay chiều một điện kháng Tác dụng của việc thêm điện kháng này có thể được đánh giá một cách định lượng theo hai hình dưới đây Ta có thể giải thích một cách định tính như sau: cuộn kháng có tác dụng làm chậm tốc độ tăng của dòng điện khi dòng điện chuyển từ van này sang van khác (chuyển mạch) Với phương pháp này thì việc cải thiện được độ méo sóng hài phụ thuộc vào lượng sụt áp cho phép đối với tải

Hình 2.16 Dòng hài sinh ra từ cầu chỉnh lưu ba pha có tụ lọc phía một chiều

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10 111

10100

Tæng ®iÖn kh¸ng phÝa xoay chiÒu tÝnh theo %

Hình 2.17 Dòng hài sinh ra từ cầu chỉnh lưu ba pha

có kháng lọc phía một chiều Một cuộn kháng có điện kháng phần trăm là 3% có thể giảm độ méo dòng điện sinh ra bởi bộ điều chỉnh tốc độ kiểu PWM (Pulse Width Modulation) từ 80% xuống còn khoảng 40% Tác dụng giảm méo hài của cuộn kháng được mô tả qua hình trên, ta thấy tác dụng của cuộn kháng giảm dần đi khi độ lớn của cuộn k háng vượt quá 3% Độ lớn của cuộn kháng ở đây tính theo công suất của bộ ASD (Adjustable Speed Drive)

Hình 2.18 Độ giảm méo hài của một ASD loại PWM theo kháng lọc đầu vào

Tæng ®iÖn kh¸ng phÝa xoay chiÒu tÝnh theo %

h30

51015

353025

Hình (2.19) là ảnh chụp cuộn kháng dùng cho bộ biến tần 480V sản xuất bởi tập đoàn MTE

Hình 2.19 Kháng lọc ba pha dành cho ASD (sản phẩm của MTE corp)

Tính toán sụt áp với một bộ biến đổi cầu 6 xung, điện kháng ở phía xoay chiều có thể được biểu diễn bằng một điện trở tương đương ở phía một chiều có giá trị là (π/6)Xpu và quy ước rằng không có tổn hao công suất trên điện trở này Với một loạt các giá trị thử nghiệm thì kết quả là độ sụt áp xấp xỉ bằng một nửa giá trị của điện kháng phần trăm phía xoay chiều Ví dụ, nếu tăng điện kháng từ 2% lên 10% thì điện áp đầu ra sẽ giảm từ 0.99Ud đến 0.95Ud , và tương ứng hằng số sóng hài sẽ giảm từ 210.6 xuống 137.7 , độ méo điện áp giảm 34% Sự cải thiện này có thể là phù hợp trong nhiều trường hợp Đây là một biện pháp đơn giản, thích hợp cho các trường hợp không bị ảnh hưởng quá nhiều bởi yếu tố sụt áp, và đi kèm là dòng điện tăng lên

Điện kháng phía xoay chiều này có thể là điện kháng tản của máy biến áp, trừ khi việc sử dụng máy biến áp là bắt buộc, còn không thì dùng một cuộn kháng độc lập sẽ tiết kiệm chi phí hơn mà vẫn có hiệu quả tương đương

2.5.3 Phương pháp đa xung

Đây là phương pháp sử dụng nhiều bộ biến đổi theo một cách thích hợp sao cho sóng hài sinh ra bởi bộ biến đổi này sẽ bị triệt tiêu bởi bộ biến đổi khác Bằng cách này những sóng hài nhất định, phụ thuộc số bộ biến đổi được lắp, được loại bỏ khỏi hệ thống Phương pháp này rất đơn giản và hiệu quả trong việc hạn chế sóng hài của các bộ biến đổi điện tử công suất Phương pháp đa xung được dùng rộng rãi trong các ứng dụng có công suất lớn trong công nghiệp cơ điện tử Việc các bộ biến đổi ngày càng được sử dụng rộng rãi đã đẩy mạnh việc ứng dụng phương pháp đa xung trong các ứng dụng công suất tới 75KW hoặc hơn

Phương pháp đa xung có hai ưu điểm quan trọng là:

 Giảm dòng hài ở phía đầu vào xoay chiều của bộ biến đổi

 Giảm được độ nhấp nhô của điện áp phía một chiều của bộ biến đổi

Phương pháp đa xung được đặc trưng bởi việc sử dụng nhiều bộ biến đổi (hoặc nhiều van bán dẫn) và một tải chung phía một chiều Máy biến áp dịch pha cũng là một thành phần quan trọng để tạo ra cơ chế triệt tiêu các bậc sóng hài theo cặp, ví dụ bậc 5 và bậc 7; bậc 11 và bậc 13

Sự dịch pha sinh ra bởi máy biến áp dẫn đến các dòng hài sinh ra bởi bộ biến đổi này ngược pha với các dòng hài sinh ra từ bộ biến đổi khác Nếu tải của các bộ biến đổi là giống nhau thì sẽ có các bậc hài nhất định bị triệt tiêu hoàn toàn Mặc dù tải trong thực tế không thể giống nhau hoàn toàn, đây vẫn là một phương pháp giúp giảm thiểu sóng hài tới một mức độ nhất định khi trong hệ thống có nhiều bộ biến đổi điện tử công suất

Để các bộ biến đổi điện tử công suất có thể hoạt động một cách độc lập và duy trì được trạng thái dẫn của các van tại góc 120o

, trong sơ đồ nối sẽ sử dụng các máy biến áp liên pha, một ví dụ được đưa ra trong hình dưới đây:

Hình 2.20 Kết hợp hai bộ biến đổi 6 xung cùng cấp cho một tải tạo hệ thống

12 xung Trên hình (2.21) là cấu trúc tạo ra mạch biến đổi 18 xung bằng cách sử dụng song song ba cầu 6 xung cộng thêm các máy biến áp liên pha Các máy biến áp dịch pha tạo ra các góc dịch pha là ±20o

Hình 2.21 Ba mạch chỉnh lưu cầu 6 xung kết hợp cùng cấp cho một tải tạo hệ

thống 18 xung

Biên độ các dịng hài luơn tỉ lệ nghịch với bậc hài hoặc tần số hài của nĩ Do vậy, khi sử dụng phương pháp đa xung làm triệt tiêu các hài bậc thấp thì chỉ cịn lại các hài với biên độ nhỏ

Xét hình (2.21) với mỗi một bộ biến đổi cầu ba pha 6 xung sẽ sinh ra một áp một chiều nhấp nháy 6 xung trong một chu kỳ của điện áp nguồn cấp Các bậc hài đặc tính sinh ra bởi bộ biến đổi này là (6k ± 1), với k là một số nguyên dương bất

kỳ Khi cĩ ba bộ biến đổi cầu ba pha 6 xung được kết hợp như hình vẽ Lúc này, các bậc hài đặc tính là (18k ± 1) với biên độ các hài tương ứng là 1/(18k ± 1) , bậc hài chủ yếu là bậc 17 với biên độ chỉ là 1/17, tức là 4.88%

Để triệt tiêu được sĩng hài thì các bộ biến đổi điện tử cơng suất phải được cấp nguồn từ các máy biến áp dịch pha Gĩc dịch pha phải phù hợp với số lượng bộ biến đổi Cĩ thể xác định gĩc dịch pha nhỏ nhất cần để triệt tiêu sĩng hài khi sử dụng các bộ biến đổi 6 xung trong phương pháp đa xung theo cơng thức sau:

o60góc dịch pha nhỏ nhất =

2.5.4 Sử dụng các bộ lọc

Một phương pháp khác để hạn chế sĩng hài là sử dụng các bộ lọc cho hệ thống điện Hệ thống điện được tính tốn đánh giá và sau đĩ một thiết bị bù thích hợp ví dụ như một bộ lọc điều chỉnh được lắp thêm vào Phương pháp dùng bộ lọc cho hệ thống, dù là lọc thụ động hay lọc tích cực, đều cĩ ưu điểm là cĩ thể tháo lắp thêm vào hệ thống khá dễ dàng nhưng lại chỉ là những giải pháp cĩ tính chất tạm thời

Khi hệ thống điện thay đổi, ví dụ như cĩ thêm các tải phi tuyến trong hệ, các giả thiết để thiết kế bộ lọc cũng thay đổi Trong trường hợp này các thiết bị bù cĩ thể trở nên quá tải và khơng cịn hiệu quả nữa

2.5.5 Sử dụng máy biến áp nối kiểu zigzag

Hài thứ tự không là các hài có bậc là bội lẻ của 3, ví dụ 3, 9, 15, 21… Đây là các dòng điện hài có thứ tự không Tác hại của hài thứ tự không là chúng sẽ cộng lại với nhau và đi về dây trung tính Điều này có thể khiến dòng điện trong dây trung tính lớn gấp hai, ba lần dòng điện trong dây pha

Máy biến áp kiểu này có tác dụng như một bộ lọc với các dòng điện thứ tự không vì nó tạo ra một đường dẫn trở kháng thấp cho các dòng điện này trở về dây trung tính Trong một máy biến áp kiểu zigzag, tất cả các cuộn dây quấn đều có số vòng bằng nhau, mỗi cặp cuộn dây quấn trên cùng một trụ được quấn ngược chiều nhau Máy biến áp kiểu zigzag có trở kháng thứ tự không bé Mô hình máy biến áp zigzag như hình (2.22)

Hỡnh 2.22 Mỏy biến ỏp kiểu zigzag

Trờn hỡnh (2.23) dưới đõy, ta cú một hệ thống điện ba pha, bốn dõy, trung tớnh nối đất cấp cho một tải phi tuyến một pha Dũng điện trong dõy trung tớnh lỳc này cú hai đường để đi, cả hai đều cú trở khỏng thấp đú là qua trung tớnh nối đất và qua mỏy biến ỏp đấu tam giỏc-sao hoặc mỏy biến ỏp đấu zigzag Điện ỏp dõng ở dõy trung tớnh lỳc này sẽ giảm đi nhiều cho dự vẫn chưa hoàn toàn ổn định

Thụng thường một mỏy biến ỏp kiểu zigzag cú thể rẽ nhỏnh tới 50% dũng hài bậc ba khỏi dõy trung tớnh chớnh Do vậy giải phỏp này hầu như luụn cú thể giảm được dũng hài trong dõy trung tớnh tới mức chấp nhận được Nguồn hài thứ tự khụng lớn nhất luụn là hài bậc ba sinh ra từ hệ thống điện của cỏc tũa nhà cao tầng, nơi sử dụng nhiều đốn huỳnh quang, mỏy tớnh và cỏc thiết bị điện tử khỏc

R

Dòng điện

Sức từ động a1