Thiết kế bộ lọc sóng hài thông thấp băng rộng

2.3 Kỹ thuật lọc sóng hài thụ động cho hệ ASD Về cơ bản, trong các bộ lọc thụ động , có thể ngăn dòng hài bơm vào lưới bằng cách sử dụng một trở kháng lớn để chặn các dòng hài n

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

-o0o -

Đề tài:

THIẾT KẾ BỘ LỌC SÓNG HÀI THÔNG THẤP BĂNG RỘNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

Người hướng dẫn: TS Nguyễn Duy Cương

Học viên thực hiện: Trần Mạnh Hiếu

Các bộ chuyển đổi công suất theo đó nâng cao hiệu suất, hiệu quả và độ bền của các quá trình sản xuất được áp dụng rộng rãi trong công nghiệp Ứng dụng của các bộ biến đổi điện AC/DC và DC/AC được phát triển không ngừng từ sự ra đời của bộ chỉnh lưu điều khiển Silic (Silicon Controlled Rectifiers - SCR) năm 1957 Tuy nhiên, sự sử dụng rộng rãi của các bộ chỉnh lưu Diot/ Thyristor 1 pha và 3 pha cho các nguồn điện DC, các bộ truyền động tốc độ điều chỉnh được (Adjustable Speed Drives - ASD), các bộ lưu điện (Uninterruptible Power Supplies - UPS), và ứng dụng cho hộ tiêu thụ và các thiết bị công nghiệp, mới diễn ra trong hai thập kỷ gần đây, và ước tính 65% năng lượng điện công nghiệp đã sử dụng bởi các động cơ điện Hộ sử dụng chính trong công nghiệp ngày càng tăng lên, coi sự giảm năng lượng như một chìa khóa để nâng cao lợi nhuận và khả năng cạnh tranh của họ Vì các bộ dẫn động điều tốc giảm mức năng lượng tiêu hao ( tiết kiệm từ 20 – 30% ) và giảm các mức chất thải gây ô nhiễm tới môi trường trong khi năng suất tăng lên khiến sự phát triển của chúng là tất yếu Với các ứng dụng điều tốc, các bộ truyền động tốc độ điều khiển được (ASD) được sử dụng rộng rãi cho các động cơ điện Hiệu suất và chất lượng chuyển động cao, mômen khởi động thấp là ưu điểm của các ASD

Các ASD bao gồm bộ chuyển đổi AC/DC nối với bộ nghịch lưu DC/AC Trong tất cả các bộ chuyển đổi điện tử hiện đại nghịch lưu nguồn điện áp (Voltage Source Inverter - VSI) sử dụng phương pháp điều chế độ rộng xung (Pulse Width Modulation – PWM) là rất phổ biến PWM – VSI bao gồm 6 khóa bán dẫn công suất cùng với các Diot hồi tiếp mắc song song Nó chuyển điện áp một chiều cố định thành xoay chiều 3 pha với tần số và biên độ có thể điều khiển được Trong các ứng dụng bộ điều khiển động cơ xoay chiều, thiết bị chỉnh lưu biến đổi điện áp xoay chiều

3 pha thành điện áp một chiều được sử dụng rộng rãi Bộ chỉnh lưu điện áp kết hợp

bộ lọc thụ động, VSI ghép nối nguồn một chiều với động cơ xoay chiều để điều khiển tốc độ, vị trí, momen trục động cơ Cấu trúc liên kết phía trước cho các ASD là bộ chỉnh lưu 6 Diot hay Thyristor với các ưu điểm như hiệu suất cao, giá thành thấp, chắc chắn và tin cậy Cấu trúc chính của thiết bị PWM – VSI với một bộ chỉnh lưu Diot phía trước được chỉ ra trong Hình 1.1

Các bộ chỉnh lưu Diot và Thyristor kết nối lưới điện với tải và tạo ra các dòng điện không sin từ nguồn cung cấp ngay cả khi lưới là nguồn điện áp hình sin Các dòng điện sóng hài này được đưa ra vào các hệ thống cung cấp và gây ô nhiễm lưới điện, gây ra các vấn đề về chất lượng của nguồn điện Sóng hài dòng điện đã đưa vào gây ra sự biến dạng điện áp đường dây

Hình 1.1: Cấu trúc chính của bộ chỉnh lưu cầu Diot

phía trước bộ truyền động xoay chiều

Các sóng hài dòng điện được đưa vào lưới có thể tương tác với phạm vi rộng của các thiết bị hệ thống điện, đáng chú ý nhất là các tụ điện, máy biến áp và các động cơ gây ra, tổn hao phụ, quá nhiệt và quá tải Chúng cũng có thể gây ra sự giao thoa với các đường dây truyền thông và sai lệch trong việc đo công suất Các sóng hài dòng điện không những không thể sinh ra công suất thực tới tải mà còn gây ra sự cộng hưởng hay khuếch đại không mong muốn trong hệ thống phân phối Méo sóng hài tổng (Total Harmonic Distortion – THD) là chỉ số được sử dụng phổ biến để đo thành phần sóng hài từ sóng và có thể áp dụng đối với điện áp hay dòng điện Méo sóng hài tổng dòng điện được đưa ra bởi:



 (1.1)

In là dòng sóng hài hiệu dụng thành phần, I1 là thành phần dòng cơ bản

Điện áp bị biến dạng thường gây ra trong sự cố hoặc sự đóng cắt của các tải tuyến tính/ phi tuyến khác được nối tới cùng điểm của đầu nối chung (PCC) chỉ ra trong Hình 1.2 Điểm nối chung là điểm mà ở đó các hộ tiêu thụ được nối cùng nhau và nó được định nghĩa một cách nói chung như một điểm mà tại đó gồm các giới hạn sóng hài sẽ được đánh giá Từ phía khách hàng, nó là điểm mà ở đó hệ sử dụng cuối cùng

là năng lượng tiêu thụ và là nơi các hộ tiêu thụ khác được cung cấp với các dịch vụ điện

Hình 1.2: Định nghĩa điểm nối chung ( PCC)

1.2 Các kỹ thuật giảm nhẹ sóng hài

Các kỹ thuật này có thể được phân loại thành 5 loại

Các bộ lọc thụ động nối tiếp có thể là dạng thuần cảm hoặc dạng LC Bộ lọc điện cảm phần xoay chiều AC và bộ lọc phần một chiều DC là hai bộ lọc dạng thuần cảm Các điện cảm phần xoay chiều tạo ra một cảm kháng lớn làm thay đổi đường đi dòng điện được tạo bởi các sóng hài Với mục đích thực hiện cực đại điện kháng đầu vào trong khi làm cực tiểu điện áp rơi xoay chiều, giảm cả điện cảm phần xoay chiều

và điện kháng phần một chiều, giải pháp kết hợp được chỉ ra trong Hình 1.3 Điện

kháng một chiều được đặt sau bộ chỉnh lưu Diot và trước tụ điện và nó được ký hiệu giống với các điện cảm phần xoay chiều

Hình 1.3: Lọc thụ động dựa trên điện cảm đường dây AC và

điện kháng đường dây DC

Hình 1.4: Cấu hình bộ lọc thụ động nối tiếp ( SERISE)

Bộ lọc thụ động nối tiếp cộng hưởng, chỉ ra trong Hình 1.4, được nối nối tiếp với tải Bộ lọc bao gồm cuộn kháng và tụ điện mắc song song mà được cộng hưởng

để cung cấp điện kháng cao tại tần số sóng hài được chọn Điện kháng cao do đó chặn dòng chảy của dòng điện sóng hài chỉ tại tần số cộng hưởng Tại tần số cơ bản, bộ lọc được thiết kế để có điện kháng thấp, do đó cho phép tần số cơ bản đi qua Với nhiều sóng hài bị chặn, nhiều bộ lọc nối tiếp là cần thiết Tuy nhiên, bộ lọc cộng hưởng nối tiếp có thể gây tổn hao đáng kể tại tần số cơ bản Ngược lại, bộ lọc thụ động song song (Shunt) chỉ mang một phần của dòng điện mà bộ lọc nối tiếp phải mang Bộ lọc nối tiếp có giá cao hơn, và thực tế rằng các bộ lọc (Shunt) có thể cung cấp công suất phản kháng tại tần số cơ bản, hầu hết phương pháp thực tế thường sử dụng bộ lọc Shunt

Hình 1.5: Cấu hình bộ lọc Shunt thông thường

Bộ lọc Shunt có điện kháng rất thấp tại tần số mà ở đó nó bị cộng hưởng và nó

để chặn các sóng hài dòng điện không mong muốn (từ dòng chảy thông qua lưới) và một đường điện trở Shunt thấp để làm lệch hướng dòng chảy của chúng thông qua bộ lọc Shunt Chúng có thể có cấu trúc khác nhau, chỉ ra trong Hình 1.6 dạng Lc và LLCL Chúng được hiệu chỉnh tới tần số cắt thấp sao cho chỉ thành phần cơ bản sẽ

đi qua từ đầu vào đến đầu ra Do đó, chúng được gọi là các bộ lọc dải rộng thông thấp Cả hai bộ lọc dải rộng thông thấp đã chỉ ra chỉ sử dụng một bộ lọc Shunt để khử tất cả sóng hài dải rộng

Hình 1.6; Cấu hình bộ lọc dải rộng thông thấp

(a): Kiểu Lc, (b): Kiểu LLCL

Kỹ thuật nhân pha được dựa trên việc tăng số xung của sự biến đổi Điều này làm tăng bậc sóng hài thấp nhất cho bộ biến đổi và giảm kích cỡ của bộ lọc thụ động cần để lọc các sóng hài thụ động Một bộ biến đổi lý tưởng 12 xung có bậc sóng hài thấp nhất là 11 (Các sóng hài dòng điện bậc 5 và bậc 7 về lý thuyết không tồn tại) Một cách tương tự, bộ biến đổi 18 xung có bậc sóng hài nhỏ nhất là 17 Tuy nhiên, một bộ biến đổi 12 xung chỉ ra trong Hình 1.7 cần hai cầu 6 xung và hai bộ tín hiệu vào AC dịch pha 300

và một bộ biến đổi 18 xung cần 3 cầu 6 xung và 3 bộ tín hiệu vào dịch pha 200

Rất nhiều cấu trúc liên kết khác nhau tồn tại cho việc dịch pha Nói chung, kỹ thuật phân pha là có tác dụng để giảm thấp bậc các sóng hài dòng điện Tuy nhiên, kích cỡ rộng, hiệu suất thấp, giá thành cao của nó là nhược điểm

Hình 1.7: Cấu hình hệ thống máy chỉnh lưu 12 mạch Phương pháp bù điều hòa tích cực là một phương pháp mới liên quan đến quá trình khử những hàm điều hòa trong mạch Các máy lọc tích cực cung cấp một hệ thống thực hiện khá tốt và làm giảm cường độ dòng điện của những hàm điều hòa Tuy nhiên, do phụ thuộc vào các thành phần điện năng phức tạp thường đắt hơn so với các máy lọc thụ động Cơ cấu hoạt động cơ bản của máy lọc tích cực là đưa vào

lưới các sóng hài dòng/áp bằng nhau về biên độ nhưng ngược pha với các sóng hài được sinh ra do tải phi tuyến, vì vậy chúng sẽ loại trừ lẫn nhau

Máy lọc tích cực được phân loại căn cứ theo kiểu bộ biến đổi, cấu trúc liên kết

và số lượng các pha Loại bộ biến đổi có thể là Bộ biến đổi nguồn cường độ dòng điện (CSI) hoặc CSI.VSI dựa vào bộ cảm biến mà nó sử dụng để làm thiết bị lưu trữ điện năng Máy lọc tích cực loại VSI sử dụng một tụ điện làm thiết bị lưu trữ điện năng Cấu trúc liên kết có thể được phân chia thành mạch mắc rẽ, mạch mắc nối tiếp hoặc mạch kết hợp cả hai cách mắc Tiêu chí phân loại thứ ba là căn cứ vào số lượng các pha, ví dụ loại 2 dây (một pha) và loại ba hoặc bốn dây (ba pha) Máy lọc tích cực

ba pha sử dụng các lượng tải phi tuyến với một mức năng lượng cao như bộ biến đổi ASD và bộ biến đổi AC/DC Nhiều loại cấu hình khác nhau của các máy lọc tích cực liên tục được giới thiệu và cải tiến Hình 1.8 là những loại cấu hình cơ bản Tất cả các cấu hình của các máy lọc tích cực song song đều sử dụng cấu trúc liên kết bộ biến đổi nguồn điện áp có kèm theo những phương pháp điều chỉnh cường độ dòng điện được thực hiện ở một mức độ cao là những loại được sử dụng nhiều nhất Đối với quá trình

bù hàm điều hòa, máy lọc tích cực có cấu trúc song song sử dụng lý thuyết năng lượng phản kháng tức thời hoặc truyền tải cấu trúc đồng bộ dựa trên phương pháp kỹ thuật mạch bù

Hình 1.8: Cấu hình hệ thống chủ yếu của máy lọc tích cực

a : Máy lọc tích cực cấu trúc mạch mắc rẽ

b : Máy lọc tích cực cấu trúc mạch mắc nối tiếp

Hình 1.9: Cấu hình chung của máy lọc tích cực thể lai

(a) Máy lọc tích cực có mạch mắc rẽ và máy lọc thụ động có mạch

mắc rẽ (b) Máy lọc tích cực có mạch mắc nối tiếp và máy lọc thụ động có

mạch mắc nối tiếp Máy lọc tích cực thể lai như trong Hình 1.9 là sự kết hợp giữa máy lọc tích cực

và máy lọc thụ động theo nhiều dạng cấu hình khác nhau Mục đích chính của loại máy lọc là giảm chi phí ban đầu và nâng cao hiệu quả sử dụng Hiệu quả thực hiện và

Tóm lại, phần lớn các kỹ thuật lọc được đề cập ở trên đều có chung điểm hạn chế là chi phí cao khi so sánh với các kỹ thuật lọc thụ động Vì vậy, kỹ thuật lọc hàm điều hòa thụ động tuy có kích thước lớn song vẫn là loại giải pháp kỹ thuật được sử dụng nhiều nhất trong việc làm giảm thiểu các thành phần điều hòa Kỹ thuật lọc hàm điều hòa thụ động, cấu trúc máy lọc thành phần điều hòa băng thông rộng tần thấp là những vấn đề được đề cập trong bản luận văn này

1.3 Đối tƣợng nghiên cứu và cấu trúc của luận văn

Mục đích của luận văn là đưa ra phương pháp giải tích cho việc thiết kế máy lọc điều hòa thụ động, băng thông rộng, tần thấp cải tiến (Improved lowpass Broadband passive harmonic Filter – IBF) có khả năng hấp thụ các sóng điều hòa dòng điện tạo

ra từ bộ chỉnh lưu cầu ba pha được sử dụng điều khiển động cơ

Các tham số IBF nhận được nhờ phương pháp thiết kế giải tích sẽ được đánh giá qua các phép mô phỏng trên máy tính, đồng thời hiệu quả sẽ được so sánh với các máy lọc thụ động thường hay sử dụng

Luận văn này đề cập đến ba vấn đề chính như sau Thứ nhất, phương pháp thiết

kế giải tích của IBF đối với máy chỉnh lưu điốt ba pha dựa trên miền tần số được phát triển Phương pháp này dựa trên cơ sở sự mô phỏng miền tần số của máy chỉnh lưu

và máy lọc Thứ hai, phương pháp giải tích được đánh giá qua các mô phỏng trên máy tính Kết quả cho thấy, độ chính xác của phương pháp là rất cao Thứ ba, việc so sánh chi tiết với các loại máy lọc thụ động khác được thực hiện thông qua các thiết

kế, các phép mô phỏng

Nói tóm lại, bản luận văn này hướng đến việc phân tích và thiết kế IBF chi tiết Lĩnh vực nghiên cứu liên quan đến việc thiết kế máy lọc trên cơ sở các nguyên tắc về lọc hàm điều hòa thực thi ở mức độ cao

Luận văn gồm 5 chương Chương 1 giới thiệu khái niệm máy lọc hàm điều hòa

và định nghĩa đề tài của luận văn Chương 2 bao quát tổng thể những nội dung liên quan đến các kỹ thuật lọc thụ động dành cho các hệ thống ASD Chương 3 phân tích các máy lọc thụ động băng thông rộng tần thấp và định nghĩa chi tiết phương pháp thiết kế đã cải tiến đối với IBF Trong Chương 4, để lựa chọn các tham số thiết kế, cần phải tiến hành lựa chọn và kiểm tra hệ thống thông qua các mô hình cụ thể và các

mô phỏng trên máy tính Chương 5 cũng là chương cuối cùng nêu lên những đánh giá kết luận tóm tắt đồng thời đưa ra khuyến nghị trong tương lai đối với đề tài nghiên cứu của luận văn

CHƯƠNG 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP LỌC SÓNG HÀI THỤ ĐỘNG 2.1 Giới thiệu

Mặc dù công nghệ lọc tích cực đã khá hoàn thiện và những đặc điểm trong quá trình thực hiện là khá hấp dẫn như đã được trình bày tóm tắt trong Chương 1, kỹ thuật lọc thụ động vẫn là cách tiếp cận phổ biến nhất để làm giảm sóng hài bậc cao trong mạch chỉnh lưu 3 pha nhiều điốt/thyristor Bởi tất cả các thành phần của bộ lọc đều thụ động và bền , hơn nữa phương pháp thiết kế và thực hiện bộ lọc cũng khá đơn giản và quan trọng hơn hết là giá thành thấp , phương pháp lọc thụ động là phương pháp được ưa dùng trong hầu hết các ứng dụng

Khác với bộ nhân pha, bộ lọc tích cực, bộ lọc hỗn tạp và chỉnh lưu PWM, trong

kỹ thuật lọc sóng hài thụ động , không sử dụng mạch điện tử và phần cứng và cũng không có phương điều khiển phức tạp nào cần sử dụng Do vậy lọc thụ động là cách khá kinh tế để lọc sóng hài của dòng điện và cải thiện chất lượng hệ thống Do đó bộ lọc thụ động có những ưu điểm vượt trội so với các loại bộ lọc khác

Trong phương pháp lọc sóng hài thụ động , cuộn kháng nguồn , cuộn cảm trung gian, bộ lọc song song , bộ lọc thông thấp LC sẽ được bàn tới trong chương này Phương pháp thiết kế tổng quát, đặc điểm chất lượng và những ưu nhược điểm cơ bản nhất sẽ được giới thiệu

2.2 Sự méo dòng vào do hài của hệ thống ASD

Hình 2.1 Hệ ASD có mạch chỉnh lưu cầu điốt đầu vào, không có bộ lọc sóng hài

Hệ thống ASD với cầu chỉnh lưu điốt 6 van, thể hiện trong Hình 2.1 có dạng sóng dòng điện vào và phổ của hài được cho trên Hình 2.2 Sóng hài tạo ra có bậc 2p±1, với p là số đập mạch của điện áp một chiều chỉnh lưu Trong số các sóng hài, 4 sóng hài đầu tiên là nổi trội (bậc 5, bậc 7, bậc 11 và bậc 13) Trong trường hợp được minh họa (trở kháng của hệ thống thấp, <2%) tổng số độ biến dạng của dòng đo hài (THD) là rất cao, > 70% và dạng sóng của dòng điện bị bóp méo rất nhiều Hình dạng của hài dòng điện trong mạch chỉnh lưu đi ốt 6 van phụ thuộc rất nhiều vào lưới nơi

mà mạch chỉnh lưu sử dụng Nói chung, độ biến dạng dòng có thể tới cao tới 135% khi nguồn vào chỉnh lưu “khỏe” và có thể thấp tới dưới 30% khi nguồn vào chỉnh lưu

“yếu”

Hình 2.2: Hệ ASD 5.5 kW có chỉnh lưu cầu điot đầu vào (a): Dạng sóng dòng

vào (b): Phổ sóng hài dòng vào

2.3 Kỹ thuật lọc sóng hài thụ động cho hệ ASD

Về cơ bản, trong các bộ lọc thụ động , có thể ngăn dòng hài bơm vào lưới bằng cách sử dụng một trở kháng lớn để chặn các dòng hài này và định hướng chúng đi vào một đường mắc song song với trở khán g thấp Hai phương pháp này giải thích các nguyên lý của các bộ lọc nối tiếp và bộ lọc song song Trong số đó , bộ lọc cảm kháng nối tiếp chỉ chặn được một lượng dòng hài hạn chế , trong khi đó lại giảm đáng kể điện áp ra Các bộ lọc đơn tần chỉ có hiệu quả trong một lân cận nhỏ của tần số ứng với bộ lọc đó Ngược lại, bộ lọc dải thụ động có dải lọc lớn hơn và làm suy giảm hầu hết các sóng hài trong dải tần đó Bộ lọc dải thụ động sử dụng kết hợp cả hai phương pháp, với một trở kháng cao nối tiếp để chặn dòng hài không mong muốn tới lưới và một đường trở kháng nhỏ song song để hướng dòng hài không mong muốn này qua đó Trong các bộ lọc thụ động, loại với cuộn kháng lưới (hay cuộn kháng ), với điện cảm trung gian , các bộ lọc đơn tần song song , và bộ lọc thông thấp LC sẽ được trình bày trong phần này Ba loại bộ lọc đầu được chọn vì chúng khá phổ biến

và sẽ liên quan tới việc so sánh chi tiết sau khi nghiên cứu các loại Bộ lọc dải thông thấp LC là loại cơ bản và là cấu trúc lọc dải thông thấp thương mại đầu tiên, đã được sử dụng ở Bộ lọc này đã được cải tiến thành bộ lọc thông dải cải tiến gần đây để khắc phục vần đề hiệu quả của cấu trúc Vì vậy, bộ lọc dải thông thấp LC sẽ là nền tảng của cấu trúc Chương sau, cấu trúc IBF (Improved lowpass Broadband passive harmonic Filter – IBF) sẽ được nghiên cứu dựa trên nền tảng này

2.3.1 Điện cảm đường dây xoay chiều 3 pha và điện kháng một chiều

Kỹ thuật lọc sóng hài thụ động đơn giản nhất và kinh tế nhất là sử dụng một cuộn kháng L mắ c ở đầu vào của ASD như ở H ình 2.3 Bộ lọc trở kháng nối tiếp (thường được gọi là kháng trên dây ) là một phương pháp được thực hiện khá rõ ràng

và chặt chẽ Trở kháng lọc ωL dược xác định bằng phần trăm của trở kháng của hệ

Zhệ Zhệ được tính bằng:

Zhệ = R

R

V

I (2.1)

Trong đó VR là điện áp pha rms định mức và IR là dòng rms định mức

Cảm kháng phần trăm được tính bằng:

% 100

hê

ac e ac

Với Zhệ, trở kháng của hệ, đã cho ở (2.1) và là tốc độ góc của điện lưới

Điện kháng của điện cảm tăng tỉ lệ với tần số của hệ Vì vậy , cuộn cảm làm dòng điện của bộ biến đổi mềm hơn Với cách lọc này , độ méo dòng do sóng hài THD có thể đạt được một giá trị khá thấp tới 35%, so với THD của một ASD đơn giản THD này có thể giảm được hơn nữa khi kết hợp cuộn kháng với điện cảm trung gian Không giống như cuộn kháng lưới , điện cảm trung gian không gây ra rơi áp khi đóng góp vào tạo ra dạng sóng của dòn g điện Chúng ta biết rằng trở kháng hiệu dụng của điện cảm trung gian , khi tính về phía lưới , có giá trị cỡ một nửa giá trị trở kháng của nó Điện cảm trung gian thường được chọn cỡ 3% đến 5% trong các hệ ASD thương mại

Hình 2.3 Phương pháp lọc thụ động cho hệ ASD sử dụng

cuộn kháng nguồn 3 pha

Khi cho cuộn kháng ba pha vào giữa nguồn và đầu v ào của bộ chỉnh lưu cũng

có thể làm mềm dạng sóng của dòng điện đi bởi vì cuộn kháng ngăn cản sự thay đổi đột của dòng điện Dòng qua tụ sẽ nhỏ hơn và cũng liên tục hơn, do vậy làm tăng tuổi thọ của tụ ở phía tải Tuy vậy, có một hạn chế của cuộn kháng ba pha là làm giảm điện áp một chiều trung gian bởi n ó làm tăng thời gian đáp ứng khi dòng điện truyền từ đầu ra của một điot này tới đầu vào của điot kia trong mạch chỉnh lưu cầu ba pha Trong một số trường hợp , khi sử dụng cuộn kháng lớn , điện áp chỉnh lưu có thể không đủ để cấp cho tải Có thể tính xấp xỉ độ giảm của điện áp một chiều trung gian như sau:

Trong đó Vdây

Độ giảm điện áp ở trung gian cho ứng với một giá trị của L được cho bởi

%

dcra

V V

  v 0.5( ) x (2.7) Với x là cảm kháng phần trăm (ωL %), là độ giảm áp phần trăm của điện áp một chiều trung gian Ví dụ một cuộn kháng 3% sẽ làm giảm điện áp một chiều trung gian đi xấp xỉ 1.5%

Nhược điểm lớn nhất của cấu trúc này là dải THD của dòng cao (>30%) mặc dù sử dụng điện cảm trung gian kết hợp với cuộn kháng Dải THD này không đáp ứng được các tiêu chuẩn về THD trong hầu hết các trường hợp Dạng sóng đặc trưng của dòng qua cuộn kháng và phổ sóng hài của một hệ ASD 5.5 kW sử dụng cuộn k háng

ba pha 4% được cho trên Hình 2.4 Dạng sóng dòng điện nguồn và điện áp pha nguồn được trên H ình 2.5 ứng với THD của dòng ở 36% Thường thì phương pháp lọc này

sẽ cho hệ số công suất chậm sau ở đầy tải cỡ từ 0.80 tới 0.90 với bộ chỉnh lưu điot cầu ba pha

Hình 2.4: Hệ ASD 5.5 kW với cuộn kháng lọc ba pha 4%

(a): Dạng sóng dòng lưới (b): Phổ dòng hài lưới

Hình 2.5: Hệ ASD 5.5kW với cuộn kháng lọc 3 pha 4% Dạng sóng dòng điện nguồn

và điện áp nguồn (đường chấm) ở tải đầy (dòng được khuếch đại 10 lần

2.3.2 Bộ lọc sóng hài hiệu chỉnh thụ động

Bộ lọc sóng hài chỉnh tần thụ động có thể là loại nối tiếp hoặc song song Trong các hệ ASD và các ứng dụng chỉnh lưu khác, đặc biệt khi công suất định mức tăng (trên bài chục kW ), bộ lọc song song thường được sử dụng Bộ lọc song song có th ể

có nhiều cấu hình như ở H ình 1.5 Tuy vậy, trong tất cả các cấu hình đó , loại chỉnh đơn tần và loại thông cao (bậc 2) hay được sử dụng hơn Bộ lọc chỉnh đơn tần có lẽ là loại bộ lọc song song phổ biến nhất Nó có trở kháng rất thấp so với trở kháng của nguồn ở tần số mà nó được chỉnh để lọc Vì vậy, dòng hài chỉnh lưu sẽ chạy qua bộ lọc này Việc làm giảm sóng hài thực hiện được miễn là độ lớn trở kháng của nguồn lớn hơn khá nhiều trở kháng của bộ lọc song song ở cùng tần số hài

Bộ lọc chỉnh đơn tần cũng làm tăng hệ số công suất ở tần số sóng cơ bản bằng việc bơm thành ph ần cảm tới tải Tuy vậy, một bộ lọc chỉnh đơn tần chỉ có thể lọ c một thành phần sóng hài của dòng điện Do đó, một bộ lọc chỉnh đơn tần không đủ để lọc được tất cả các sóng hài có tác hại đáng kể của dòng điện Vì thế, với một dải rộng của các sóng hài sinh ra , mỗi bộ lọc chỉnh đơn tần sẽ được thiết kế để lọc một tần số sóng hài trong đó

Trong việc thiết kế bộ lọc chỉnh đơn tần , thường thường tụ lọc được tính toán cho một giá trị bù điện cảm kháng cần thiết để nâng cao hệ số công suấ t của nguồn Kết quả là cuộn kháng được thiết kế để cung cấp trở kháng cộng hưởng nối tiếp (trở

C L L

f

s

P

)(

Trong thực tế , tần số cộng hưởng nối tiếp của bộ lọc được chọn với một hệ số lệch Hệ số lệch này , kí hiệu là df , cho ở (2.11) xác định phần trăm của độ dịch tần số cần thiết cho giá trị của bộ lọc Tần số cộng hưởng nối tiếp được dịch đi thường được chọn cỡ 3-8% dưới tần số sóng hài có tác dụng lớn nhất cần lọc cho

% h nt 100

h

f f df

f



  (2.11)

Với fh là tần số sóng hài cần lọc, fnt là tần số cộng hưởng nối tiếp của bộ lọc

Việc chọn với hệ số lệch này có vài lý do thực tế Thứ nhất là việc chỉnh tần số cộng hưởng chính xác bằng tần số sóng hài sẽ “hút” các sóng hài nổi trội của các tải phi tuyến ở xung quan h và tạo ra quá dòng bộ lọc và có thể phá hỏng bộ lọc Một lý do khác là các thành phần của bộ lọc , đặc biệt là thông số C của tụ giảm theo thời gian sử dụng và tần số chỉnh sẽ tăng , do đó thiết kế điểm chỉnh bằn h hoặc trên tần số hài cần chỉnh sẽ làm giảm chất lượng của bộ lọc khi thời gian sử dụng tăng Với tần số chỉnh nhỏ hơn một chút , tần số cộng hưởng nối tiếp tăng và sẽ dịch điểm trở kháng nhỏ nhất gần hơn tần số củ a hài Việc này sẽ làm tăng hiệu quả của bộ lọc Thứ ba là tần số chỉnh nhỏ hơn một chút là cần thiết để dị chuyển tần số cộng hưởng song song

ra xa tần số của sóng hài nổi trội cần lọc Tùy thuộc vào trở kháng củ a nguồn, việc này là cần thiết để tránh quá áp trên đầu của bộ chỉnh lưu vì cộng hưởng song song

Do đó, trở kháng nhỏ nhất cung cấp bởi bộ lọc được thiết kế cho bậc 5 và 7, cho trên Hình 2.6 sẽ ở tần số ngay dưới tần số của sóng hài tương ứng Ví dụ, áp dụng hệ số lệch 4% sẽ cho trở kháng nhỏ nhất cho bộ lọc sóng hài bậc 5 và 7 lần lượt là 240Hz và 336Hz

Một thông số thiết kế khác là “độ nét” của bộ lọc Độ nét này phụ thuộc vào hệ số chất lượng (Q) cho bởi:

Do đó , thực tế thì giá trị của R chỉ bao gồm điện trở trong của cuộn cảm Trong trường hợp này điện trở tương đương của bộ lọc thường cho giá trị của Q lớn và lọc

do đó sẽ nét

Hình 2.6: Đặc tính trở kháng đầu ra của một hệ ASD với

bộ lọc chỉnh đơn tần bậc 5 và 7

Trong thực tế các bộ lọc chỉnh được sử dụng cho một số sóng hài nổi trội Việc lọc sẽ bắt đầu với tần số hài cao nhất c ần lọc và sử dụng bộ lọc cho các tần số hài thấp hơn

là cần thiết để tránh quá áp do cộng hưởng song song ở tần số sóng hài thấp hơn Do đó, lọc sóng hài bậc 7 sẽ cần bộ lọc hài bậc 7 cùng với bộ lọc hài bậc 5 Trong hệ ASD dưới cỡ megawoat , lọc hài bậc 5 và 7 là đủ (lọc các tần số cao hơn sẽ rất tốn kém) Trong khi đó với các hệ có công suất lớn hơn , lọc bậc 11 và 13 có thể cần xem xét Hình 2.7 trình bày một hệ lọc thực tế với các bộ lọc song song bậc 5 và 7(nổi trội nhất) được thêm cuộn kháng đầu vào và cuộn kháng đầu ra, tạo ra cấu trúc hình T

Hình 2.7: Cấu trúc một hệ lọc cho ASD với các bộ lọc thụ động song song chỉnh

đơn tần bậc 5 và 7 được thêm vào các cuộn kháng vào và ra

Hình 2.8: Dòng điện vào của một hệ ASD với các bộ lọc thụ động song song

chỉnh đơn tần bậc 5 và 7 (a): Dạng sóng dòng điện vào

(b): Phổ sóng hài dòng điện vào

Điện cảm L0 phía chỉnh lưu sẽ làm tăng độ mềm của dòng chỉnh lưu và giảm áp lực lên các phần của bộ lọc song song Trong khi Li sẽ cho tỉ lệ trở kháng xác định bao nhiêu phần của dòng hài sẽ chạy qua bộ lọc song song THD % sẽ giảm tỉ lệ thuận với phần trăm cảm kháng (nguồn) thêm vào Hình 2.8 biểu thị dạng sóng của dòng điện và phổ hài của nó cho một hệ ASD đặc trưng Hệ số công suất đầu vào gần bằng

1 (>0.97) với dòng chậm sau ở đầy tải do tính dung của tụ ở tần số cơ bản

Hình 2.9: Dạng sóng dòng vào và điện áp nguồn (đường chấm) ở tải đầy (đường

dòng điện được khuếch đại 10 lần)

Chất lượng của bộ lọc phụ thuộc vào giá trị trở kháng nguồn , giá trị này thường không biết chính xác và có thể thay đổi khi hệ thống điện thay đổi Cộng hưởng song song với trở kháng nguồn có thể gây bất ổn định cho hệ Hiệu quả của bộ lọc cũng bị ảnh hưởng lớn bởi trở kháng nguồn Trở kháng nguồn càng lớn , việc lọc sóng hài càng tốt Một khi đã lắp đặt , chúng sẽ rất khó thay đổi , cả tần số chỉnh cũng như độ lớn của bộ lọc Đầu ra của nhánh song song có thể thay đổi tần số cộng hưởng , gây quá áp, quá dòng lên các bộ phận của bộ lọc

2.3.3 Bộ lọc dải sóng hài thông thấp thụ động

Như đã nói ở phần trước , trong các ứng dụng thực tế của ASD , để lọc hiệu quả dòng chỉnh lưu , thường yêu cầu sử dụng các bộ lọc son g song chỉnh đơn tần , nhiều tầng Trong bộ chỉnh lưu 6 van, các sóng hài được sinh là các sóng hài bậc 5, 7, 11,

13, v.v Việc thiết kế các bộ lọc chỉnh đơn tần cho sóng hài của mỗi bậc để từ đó lọc được cả dải sóng hài sẽ không thực tế bởi như thế bộ lọc sẽ rất phức tạp và giá thành cao Vì vậy, cần đưa ra một giải pháp để lọc sóng hài

Phương pháp lọc thông thấp được nói qua ở C hương 1 là một phương pháp lý tưởng

để chặn các dòng hài ở nhiều bậc (dải) Thành phần dòng chỉnh lưu có tần số dưới tần số cắt của bộ lọc thông thấp này sẽ chạy được qua bộ lọc Thành phần dòng có tần số trên tần số cắt sẽ bị lọc Trong thực tế , bộ lọc thông thấp thường được thiết kế sao cho tần số cắt nhỏ hơn tần số của sóng hài nổi trội đầu tiên

Bộ lọc thông thấp sử dụng một cuộn kháng mắc nối tiếp để ngăn các sóng hài không mong muốn chạy lên lưới Một băng tụ điện được mắ c song song với bộ chỉnh lưu (có hoặc không có thêm cuộn kháng ) để chuyển hướng dòng hài không mong muốn khỏi chạy lên lưới và định hướng các sóng hài này với trở kháng đối với các sóng hài này thấp hơn (so với trở khán g của lưới đối với cùng sóng hài ) Bộ lọc song song chỉnh đơn tần không thể lọc được tất cả các sóng hài và tránh hiện tượng dòng hài tăng bằng việc giảm tần số cộng hưởng khỏi tần số của các sóng hài đáng kể loại đi Đây là một ưu điểm chính của việc sử dụng bộ lọc thông thấp

Một bộ lọc thông thấp k iểu LC đơn giản được cho ở H ình 2.10, bao gồm một cuộn kháng Li và tụ điện mắc song song C f Các tụ thường được nối theo hình tam giá c (Cf= CfΎ= 3CfΔ) Một đầu tụ được nối với tải của bộ chỉnh lưu Bộ lọc đơn giản này

có thể được thiết kế để đạt được tới một mức mong muốn độ THD (tổng độ méo do hài) của dòng lưới và có thể , nhưng ít hơn , là hệ số công suất đầu vào Tuy vậy, do hiện tượng quá áp ở tụ và do đó cả ở đầu bộ chỉnh lưu (bởi một dải rộng của tải từ không tải tới đầy tải ), các phần này có thể không chịu đựng được và bị hỏng Dạng sóng đối với bộ lọc LC đơn giản và vấn đề quá áp được cho ở H ình 2.11 và 2.12, với

2 chế độ đầy tải và không tải Điện áp ở đầu chỉnh lưu lớn hơn nhiều điện áp lưới và

do đó điện áp một chiều trung gian có thể khá lớn so với giá tr ị định mức và dẫn tới hỏng các thiết bị Để tránh các vấn đề liên quan tới quá áp , cuộn kháng được thiết kế

đi kèm với một bộ giảm áp (bộ điều áp buck) Cấu trúc của bộ lọc với bộ giảm áp này được cho trên Hình 2.13 Bộ giảm áp có thể được thiết kế theo cách ba bộ biến áp một pha hoặc một bộ biến áp ba pha quấn trên một lõi thép ba pha Bộ biến áp ba pha

có ưu điểm hơn , xét về giá cả và mức độ cồng kềnh Một cách khác , không phải sử dụng sơ đồ có bộ giảm áp là dùng một biến áp tự ngẫu với các vòng dây phù hợp với việc giảm điện áp đầu ra theo mong muốn , hoặc các phương pháp giảm điệ n áp lưới thụ động khác Với việc sử dụng bộ giảm áp , vấn đề quá áp được giải quyết , xong theo đó là việc giá thà nh và độ phức tạp của thiết bị tăng , hiệu suất làm việc giảm Tuy vậy, hệ số công suất đầu vào và độ THD tương đương với cấu trúc LC đơn giản

Hình 2.11: Điện áp dây đầu vào của hệ có bộ lọc thông thấp LC (đường nét đứt)

và các dạng sóng điện áp chỉnh lưu với tải đầy (hệ ASD 5.5 kW)

Hình 2.12: Điện áp dây đầu vào của hệ có bộ lọc thông thấp LC (đường chấm)

và các dạng sóng điện áp chỉnh lưu ở không tải (hệ ASD 5.5 kW)

Hình 2.13: Một bộ lọc thông thấp LC với bộ giảm áp (bộ buck)

Cách thiết kế một bộ lọc thông thấp LC, đầu tiên là mắc cuộn kháng ba pha 25% nối tiếp với nguồn AC cung cấp Các cuộn kháng này tạo ra trở kháng đủ lớn để ngăn cản bất kì dòng hài nào từ lưới Do đó, các tụ lọc sẽ không bị quá tải Ngoài ra, các sóng hài chỉnh lưu cũng bị c hặn và không chạy lên lưới Các cuộn kháng còn có tác dụng như bộ đệm giữa hệ thống điện và thiết bị Các cuộn kháng này tránh hiện tượng cộng hưởng song song tại các tần số cộng hài và do đó tránh hiện tượng

khuếch đại sóng hài Tụ lọc được thiết kế sao cho cộng hưởng song song với cuộn kháng ở tần số thấp, cỡ 80 tới 170 Hz để không cho dòng hài ở dải tần này bơm được vào hệ ASD ba pha Với các tần số cộng hưởng song song thấp như thế, bộ lọc này sẽ không dễ tạo cộng hưởng không mong muốn với các phần khác của hệ Với lựa chọn này, các tụ lọc sẽ có trở kháng nhỏ đối với các tần số hài bơm vào , so với trở kháng lớn của các cuộn kháng (như ở trên Hình 2.14) Các dòng hài chỉnh lưu sẽ chủ yếu đi vào các tụ điện Ở Hình 2.14, trở kháng của lưới Zlưới được xác định như sau:

Zlưới= R iR s jnL iL s (2.13) Với Ri và RS là điện trở tương đương nối tiếp của các cuộn cảm và điện trở tương đương của lưới, Li và LS là điện cảm nối tiếp đầu vào và điện cảm tương đương của nguồn

Ztụ = 1

f

nC (2.14)

Với Cf là điện dung của tụ lọc song song Một tỉ lệ cao giữa trở kháng của lưới

và trở kháng của của tụ ở tất cả các sóng hà i đáng kể tạo ra trong mạch chỉnh lưu cầu

6 van sẽ đủ lớn để định hướng dòng hài đi qua mạch tụ song song Trong khi đó , rõ ràng là thành phần sóng cơ bản sẽ đi từ lưới tới bộ chỉnh lưu bởi tỉ lệ trở kháng này đối với tần số 50 Hz của sóng cơ bản khá thấp

Hình 2.14: Đường trở kháng của nhánh tụ song song và đường trở kháng của nhánh cuộn cảm nối tiếp của bộ lọc thông thấp LC, hệ ASD 5.5 kW

Hình 2.15: Bộ lọc thông thấp LC ở tải đầy (hệ ASD 5.5 kW) (a): Dạng sóng dòng điện lưới (b): Phổ sóng hài dòng điện lưới

Đặc tính THD của dòng lưới với bộ lọc thông thấp LC tốt hơn đáng kể so với trường hợp dùng cuộn kháng đơn giản Dạng sóng của dòng điện lưới và phổ sóng hài của nó với một hệ ASD có bộ lọc LC được cho trên H ình 2.15 Nói chung, bộ lọc có thể giảm tổng độ méo dòng điện lưới do sóng hài từ 50% xuống cỡ 9- 12% ở tải định mức Hệ số công suất của lưới khá cao (≥ 0.9) với mọi điều kiện của tải

Với một hệ ASD 5.5 kW, một cuộn kháng 25% được sử dụng và tụ điện 170 Hz được dùng để tạo tần số cộng hưởng song song 170Hz

Hình 2.16: Dạng sóng của dòng điện lưới và dòng chỉnh lưu

(đường chấm) của hệ ASD 5.5 kW

Hình 2.17: Dạng sóng của dòng điện và điện áp nguồn (đường chấm)

của hệ ASD 5.5 kW

Dạng sóng dòng điện lưới và dòng chỉn h lưu được cho trên H ình 2.16 Dòng điện lưới có giá trị THD 10.3% Điện áp pha và dòng đi ện của nguồn được cho trên Hình 2.17 với hệ số công suất 0.91 lúc đầy tải

Bộ lọc này không gặp hiện tượng cộng hưởng sóng hài với các nguồn sóng hài khác như hiện tượng gặp ở bộ lọc đơn tần truyền thống Tuy vậy, hiện tượng quá áp với tải nhẹ và đầy tải là một vấn đề đối với cấu trúc bộ lọc thông thấp LC đơn giản như thế này Hệ số công suất cần được nâng cao hơn và việc sử dụng bộ biến đổi giả m áp làm

tăng giá thành và độ cồng kềnh của thiết bị

Ở bộ lọc thông thấp LC , việc nâng cao hệ số công suất đòi hỏi phải sử dụng tụ lọc nhỏ đi Việc này cũng giảm được hiện tượng quá áp Tuy vậy, độ THD của dòng lưới sẽ tăng và sẽ không đạt được yêu của tiêu chuẩn về mức độ sóng hài Do đó phải thỏa hiệp giữa hệ số công suất và THD của dòng điện, như trong Bảng 2.1

Li (mH) CfΔ

(µF)

THD lưới (%)

Hs CS lưới (vượt)

Vdc Tb Đầy tải

Vcfđỉnh Đầy tải

Vdc Tb Không tải

Vcfđỉnh Không tải

Bảng 2.1: Đặc tính của bộ lọc LC với các giá trị LC khác nhau Hệ ASD 5.5 kW.Đây cũng là một nhược điểm của bộ lọc LC Xem L và C là các giá trị gốc , tăng và giảm một biến 5% mỗi lần, đặc tính được đánh giá và cho trong bảng Do đó, việc giảm THD cũng đồng nghĩa với việc hệ số công suất sẽ thấp Ngược lại, nâng cao hệ số công suất sẽ làm tăng THD Để khắc phục sự kém hiệu quả này , bộ lọc cải tiến đã được phát triển

2.4 Kết luận

Chương này đã giới thiệu các kiến thức tổng quan về phương pháp lọc sóng hài thụ động phổ biến và các sơ đồ mạch liên quan được sử dụng cho lọc sóng hài của ASD Các phần trình bày gồm cuộn kháng nguồn ba pha , cuộn kháng trung gia n, bộ lọc song song chỉnh đơn tần và bộ lọc thông thấp LC đơn giản Ưu nhược điểm và phương pháp thiết kế cũng như đặc tính của các phương pháp lọc sóng hài đã được trình bày Như đã trình bày ở chương trước và ở các ví dụ của chương này , hệ ASD với chỉnh lưu điot đầu vào , nếu không có phương pháp lọc thích hợp , sẽ bơm một lượng dòng hài lên lưới và làm xấu điện lưới , dẫn tới chất lượng điện giảm Vì vậy việc lọc sóng hài rõ ràng là bắt buộc đối với một hệ ASD Trong số các phương pháp lọc sóng hài thụ động đã trình bày , phương pháp lọc thông thấp được chú ý bởi đặc tính hơn hẳn của nó Tuy vậy, bộ lọc thông thấp LC đơn giản đã trình bày vẫn có một nhược điểm lớn về hiệu quả và đang tiếp tục được cải tiến

đã được đề cập đến Nó có hiệu quả trong việc khử nhiễu của dòng chỉnh lưu đầu vào

Nó đơn giản và độc lập với những vấn đề cộng hưởng sóng hài

3.2 Cấu trúc liên kết bộ lọc dải rộng thông thấp cải tiến và nguyên lý hoạt động của nó

Sơ đồ mạch điện của IBF được chỉ ra ở Hình 3.1

Hình 3.1: Sơ đồ mạch bộ lọc dải rộng cải tiến

Nguồn điện xoay chiều 3 pha được nối với cuộn kháng 3 pha xoay chiều đầu

vào và một điện trở hạn dòng Nhánh giữa bao gồm một cuộn kháng lọc nối tiếp và

một nhóm tụ mà có dạng bộ lọc song song Nhóm tụ thường được mắc hình tam giác Cuối cùng là một cuộn kháng 3 pha xoay chiều đầu ra ( L0) được đặt giữa các đầu bộ

của chỉnh lưu và các đầu nối Li - Lf của bộ lọc Với một cách thiết kế phù hợp tại

những tần số cơ bản Cuộn kháng đầu vào rộng (Li) vùng trở kháng cao đối với trở

kháng mắc song song như đã chỉ ra ở Hình 3.2

Hình 3.2: Trở kháng nhánh song song và đường dây của IBF (Hệ thống 5.5 kW)

Đường thẳng trở kháng Zline được vẽ từ biểu thức (2.13) và trở kháng lọc song song

được đưa ra bởi:

f e f e Lf

shunt

C n L n j R Z





 (3.1)

Trong đó: RLF là nội trở của điện cảm lọc, Lf và Cf là các điện cảm và điện dung lọc

được mắc song song

Li không những cung cấp đủ trở kháng mà sóng hài nhỏ nhất từ sau chỉnh lưu tới

dòng xoay chiều mà nó còn có những tác động nhỏ nhất lên nguồn điện áp ở trên

mạch chỉnh lưu, do đó kết quả là trở kháng ZLR cao được tạo ra các sóng hài chủ yếu

Vì tần số cộng hưởng song song thấp hơn những tấn số sóng hài của dòng chỉnh lưu,

nguy cơ sóng hài cộng hưởng là không thể tránh khỏi Dung kháng lọc Cf cải thiện hệ

số điện năng đầu vào do cung cấp đầy đủ tấn số cơ bản cho sự bù công suất P Công

suất tác dụng P là dòng từ nguồn đến tải Lf được phân chia với Le sao cho không quá

điện áp tại đầu của chỉnh lưu (không giống như lọc LC) và không có tải để điện áp ra

quá tải thay đổi giới hạn đã được thiết lập

Lf và Cf là thành phần của bộ lọc được kết nối nối tiếp để cung cấp trở kháng nối tiếp thấp cho các sóng hài dòng chỉnh lưu và dòng ngắn qua các phần của chúng Hệ số ra

L0 là 1 hệ số san phẳng mà tạo ra từ dạng sóng chỉnh lưu ít gián đoạn Kết quả là thấp hơn các dòng sóng hài Dùng L0 giảm THDI của chỉnh lưu đáng kể (khoảng 50%) Sự giảm sóng hài dòng chỉnh lưu cung cấp ít dòng hài và quá điện áp trên các thành phần nhánh song song Lf và Cf Từ đó cấu trúc nhỏ hơn, giá thành thấp hơn và cấu trúc của

bộ lọc hiệu suất hơn Điện trở Rd được sử dụng để cản trở điện áp hay dòng điện đỉnh trong suốt quá trình quá độ do chuyển mạch

3.3 Thiết kế bộ lọc băng tần rộng cải tiến

Trong quá trình thiết kế bộ lọc, một vài hạn chế thực tế được chú ý cho điều kiện hoạt động có tải và không tải, đó là đầu vào xoay chiều dong THDI, hệ số nguồn vào (PF), độ điều chỉnh điện áp ra của bộ lọc (V0%), tần só cộng hưởng song song (fp),và dòng không tải (INL), giá thành, kích cỡ và hiệu quả phụ thuộc vào các thông

số trên hoặc chúng ta có thể được xem giống như một số ràng buộc thêm trong thiết

kế

* Sự biến dạng toàn phần dòng vào, THDI được đưa ra bởi:

THDI = 2

N n n

I

I I





(3.2)

Trong đó In và Ii là dòng điện hiệu dụng của dòng sóng hài và TP dòng cơ bản

* Hệ số công suất cơ bản được đưa ra:

PF =

S

P

(3.3) Trong đó P là công suất tác dụng và S là công suất biểu diễn

Giả định điện áp không có sóng hài, dòng không hình phải dạng hình sin, sử dụng P và S thì hệ số công suất được tính bằng công thức:

PF = HF x DPF (3.4) Trong đó HF là hệ số sóng hài đưa ra bởi:

HF =

I

I1

(3.5) Với I là giá trị dòng

* Hệ số công suất cos DPF được tính :

DPF = cos  (3.6) Trong đó  là góc

Với VP(NL) và VP(FL) là điện áp chỉnh lưu tại nút P khi đầy tải và non tải Công thức (3.7) có thể được xác định trong các điện áp đường dây

Do đó không có sóng hài thêm vào đường dây lúc không tải, giá trị hiệu dụng tổng INL và gí trị hiệu dụng cơ bản được tính giả định là bằng nhau ở tần số cơ bản, cấu trúc của trở được kháng bởi Li và L f thấp hơn nhiều so với điện trở Rd , do đó Rd

có thể được chú ý với mạch mở cho mục đích tính dòng không tải thì dòng đường dây không tải cơ bản được tính bằng:

INL = 1

i f

V

Z  Z (3.8)

Trong đó V1 là thành phần điện áp pha định mức cơ bản Zf là trở kháng lọc song song (Lf, Cf) và Zi là trở kháng vào, cả hai ở tần số cơ bản Tần số cộng hưởng song song (f P) được tính bởi:

f f i

p

C L L

f

)(

Cho 1 tập hợp những hạn chế khi thiết kế, vấn đề thiết kế là cải thiện hai bước:

Thứ nhất: Phân tích đầy đủ cấu trúc các giá trị biến số của bộ lọc đã tìm được Thứ hai: Những đại lượng được sử dụng trong vùng tần số cơ bản của chỉnh lưu

và hệ thống lọc như các thông số lọc chính xác như một chương trình máy tính Với tần số cơ bản hệ phương trình được tính trong phần mềm Matlab mà các thông số tăng cho đến khi đạt được kết quả tối ưu Ta quan sát thấy rằng bước đầu tiên mà các giá trị thông số của bộ lọc được đưa ra chủ yếu trong việc giảm tổng thời gian tính toán để đưa ra kết quả chính xác Tiếp theo phương pháp thiết kế xấp xỉ sẽ được đề cập và phương pháp thiết kế chính xác sẽ được nói đến

Tuy nhiên trước khi sự cản trở giả thiết rằng sự lựa chọn cuộn cảm xoay chiều

Lo là bước đầu tiên

3.3.1 Phương pháp lựa chọn cuộn cảm Lo đầu ra

Trong các trường hợp, do mục đích của việc giảm THDI và Li, Lf, Cf, 4% L0

được lựa chọn và sử dụng Nếu không, THDI có thể tăng và các thành phần của bộ lọc trở nên cồng kềnh do dòng điện định mức tăng Nếu Lo được chọn lớn hơn, THDI

có thể bị tăng hơn nữa, nhưng bộ lọc sẽ tốt hơn Một giá trị thực nằm giữa từ 3%-4%,

do đó 4% sẽ được giả thiết

3.3.2 Phương pháp thiết kế gần đúng của IBF

Trong phương pháp xấp xỉ, các thông số của bộ lọc Li, Lf và Cf được tính bởi

sự lựa chọn dải xấp xỉ cho tần số cộng hưởng song song, tần số cộng hưởng nối tiếp

và hệ số dòng đường dây lúc từ không tải đến đầy tải Trong phương pháp xấp xỉ sự ảnh hưởng của điện trở cản Rd được xem như không đáng kể và Rd không làm tăng dòng điện chuẩn Trong khi đó tần số cộng hưởng song song được tính ở (3.9)

Tần số cộng hưởng nối tiếp của nhánh song song được đưa ra bởi công thức (3.10)

Trong đó INLlà dòng vào không tải có giá trị hiệu dụng được tính bởi công thức (3.8)

Và IFL là giá trị dòng điện hiệu dụng lúc đầy tải

Giá trị hiệu dụng dòng điện đầu vào bộ chỉnh lưu và giá trị thành phần cơ bản của nó

có thể được tìm thấy từ hệ số đầu vào ASD và các thông số bộ lọc chỉnh lưu Dựa vào các giá trị của độ tự cảm đường dây 1 chiều và hệ số tự cảm đường dây xoay chiều được dùng trong quá trình vận hành, có thể có 2 dạng song song khác nhau của dòng chỉnh lưu Nếu điện cảm đường dây một chiều rất lớn và cuộn cảm đường dây xoay chiều không lớn được dùng, thì dòng điện đầu vào chỉnh lưu trở thành gần như có dạng sóng hình chữ nhật (Hình vẽ 3.3)

Dựa vào phương trình giá trị hiệu dụng và phân tích chuỗi Fourier, giá trị hiệu dụng dòng điện đầu vào chỉnh lưu định mức và giá trị cơ bản có thể được tính

Giá trị dòng điện hiệu dụng cho dạng song hình chữ nhật được tính bởi:



u A

(a)

(b) Hình 3.4 Nguồn dòng mềm DC (a) Sóng dòng chỉnh lưu, (b) Dạng phổ sóng hài Trong một ASD chuẩn, mặt khác có một cuộn cảm một chiều nhỏ hoặc không có cuộn cảm được sử dụng ở tất cả Trên dòng xoay chiều mặt bên của chỉnh lưu thông thường những cuộn cảm đường dây được sử dụng Trong trường hợp này, dạng sóng đầu vào dòng chỉnh lưu là ổn định

Đặc biệt dạng sóng đầu vào chỉnh lưu trong trường hợp này chứa một sóng hài bậc thứ 5 lớn hơn so với trường hợp nguồn dòng chỉ ra ở Hình 3.5

Hình 3.5: Sự so sánh phổ sóng hài dòng bộ chỉnh lưu của

nguồn dòng một chiều cứng và mềm

Thông thường sử dụng 4% điện kháng đường dây xoay chiều, trong thế hệ ASD, những kết quả trong 1 dòng điện chỉnh lưu mà bộ chỉnh lưu có thể được xem giống như nguồn dòng yếu Giá trị sóng hài dòng điện chỉnh lưu số cho nguồn dòng điện yếu được chỉ ra ở Bảng 3.1 và được so sánh với trường hợp dòng điện nguồn mạnh Các hệ số sẽ được sử dụng trong tất cả các giá trị công suất định mức giống như công suất định mức phụ thuộc vào các hệ số nhỏ và không đáng kể (Bảng 3.5)

Bảng 3.1: Các tỉ số sóng hài dòng điện chỉnh lưu cho các trường hợp nguồn dòng mềm và cứng

Dòng điện cơ bản của chỉnh lưu xoay chiều khi đầy IFLR liên quan tới giá trị dòng điện thực một chiều khi tải đầy Idc với hệ số cường độ hiệu dụng 1 được tìm thấy dưới đây

dc

I I

  (3.17)

Cả hệ số1 và rms được khảo sát cho các bộ lọc khác nhau và các loại sóng dòng chỉnh lưu khác nhau bằng công cụ mô phỏng máy tính và so sánh với những giá trị của chúng cho dạng sóng dòng điện chỉnh lưu hình chữ nhật Được chỉ ra trong Bảng 3.2, Hệ số độ cứng cơ bản có một giá trị mà có thể thay đổi trong một khoảng nhỏ (0.78 – 0.79) cho các dạng sóng dòng chỉnh lưu khác nhau trong khi giá tri THDI

biến thiên trong một khoảng rộng (24 - 44%) phụ thuộc vào bộ lọc được dùng Tuy vậy tại giá trị cực đại 135% của THDI, giá trị 1= 0.81

Do đó hệ số độ cứng cơ bản cho cuộn điện cảm đường dây xoay chiều khoảng 4% dựa vào phương pháp lọc được xem là 0.79 mà xấp xỉ bằng giá trị của dạng sóng dòng điện chỉnh lưu hình chữ nhật Tuy nhiên hệ số độ cứng hiệu dụng rms có giá trị thay đổi trong khoảng (0.8-0.9) giống với các dạng sóng dòng điện chỉnh lưu hình chữ nhật với một giá trị cực đại là 1.73 một hệ số độ cứng hiệu dụng là 0.84 được xem xét với việc lựa chọn 4%Lo Kết quả này cũng là hợp lí cho những công suất định mức khác nhau

Bảng 3.2: Các giá trị hệ số độ cứng cho các đồ thị giá trị lọc thay đổi với hệ thống 5.5kw

với đơn vị , giá trị điện áp hiệu dụng ra chỉnh lưu bằng với điện áp đường dây định mức, và điot chỉnh lưu chuyển thành hệ số công suất thì một sự cân bằng công suất chưa các thành phần cơ bản có thể được ghi nhận Với sự thiết kế đầy đủ và những kết quả đã đạt được, nó sẽ chỉ ra rằng tất cả các giả thiết được thừa nhận cho mục đích tính toán thông số ban đầu Kết quả đầu tiên của sự giả thiết là khi bộ chỉnh lưu đầy tải Các thành phần cơ bản bằng với thành phần dòng điện cơ bản trên đường dây:

IFL = IFLR (3.18)

Từ (3.16) và (3.18) thành phần dòng điện cơ bản trên đường dây khi đầy tải được đưa ra bởi công thức dưới đây :

IFL =β1Idc (3.19) Điện áp ra một chiều (Vdc) cho 6 xung chỉnh lưu diode cầu với những cuộn cảm đường dây được tính bằng :

V V







35.12

3

 (3.20)

Do đó VLL là điện áp nguồn từ đường dây đến đường dây

Giá trị thực dòng điện đường dây một chiều khi đầy tải được tính:

LL dc dc

dc dc

V

P V

P I







35

1 (3.21) Trong đó Pdc là công xuất ra định mức một chiều và hệ quả của phương trình (3.19) được viết lại trong biểu thức dưới:

IFL = 1 x

1.35

R LL

R LL

V

P x

Và xác định độ lớn của Zf và Zi trong các công thức tính của Li, Lf và Cf trong

phương trình (3.23) kết quả là :

α =

) 35 1 (

1 ) (

1 1

LL R

f e f i e

V P

C L

L V

Trong đó elà tốc độ góc cơ bản (rad/s), các thông số bộ lọc Li, Lf và Cf được

phân chia và xác định phụ thuộc các điều kiện hoạt động và những ràng buộc thiết

kế Dựa vào (3.9) và (3.10), công thức (3.26) và (3.27) xác định các hệ số cộng

hưởng nối tiếp và song song

1

1 1 35 0 87 1

) (

R LL R

LL f

e f i e

P

V P

V V

C L

L (3.25)

f f i P

C L

L ) (

C L

2 2





S f i

theo (3.27)và (3.29) Lf và Li được xác định trong biểu thức tính Cf cho việc

chọn giá trị S vàP, trong (3.30) và (3.31) tương ứng:

78 ,

e e LL

R f

dòng điện chỉnh lưu cho cả trường hợp không nguồn dòng điện cứng và không cứng

Hình 3.6: Trở kháng nhánh song song và đường dây với sóng hài dòng cho dòng

bộ chỉnh lưu cứng và không cứng (hệ thống 5.5 kW)

Tần số cộng hưởng nối tiếp Fs được lựa chọn trong khoảng lân cận của hai tần

số dòng sóng hài cơ bản thứ 5 và thứ 7 Nếu tải của bộ lọc là một nguồn dòng một chiều cứng, Fs được chọn rằng nó gần giữa khoảng sóng hài bậc 5 và 7 từ trường hợp đường dây một chiều cứng sóng hài bậc 5 là từ 1  5 và bậc 7 là từ 1  7 của thành phần cơ bản, sóng hài bậc 7 không được so sánh từ sóng hài bậc 5 trong các biểu thức của các thiết bị bù, Ví dụ trong trường hợp 300Hz có thể được lựa chọn (với ứng dụng 50Hz).Với trường hợp dạng sóng dòng điện mềm,với một tần số lớn nhất trong trường hợp thực hiện sự điều chỉnh tần số nên chọn mà gần sóng hài bậc 5 mà nó là sóng hài cơ bản nhất Trong trường hợp này, ví dụ ở tần số cộng hưởng nối tiếp là 275Hz có thể được chọn Tần số cộng hưởng song song có thể được chọn trong giải

từ 150  200Hz với giá trị tần số lớn hơn 200Hz có một biên độ cộng hưởng nguy hiểm vì Hp từ sóng cơ bản bậc 5 gần hơn và giải tần số thấp hơn (< 150Hz) những kết quả trong các thông số bộ lọc rất lớn là giá trị cấm khi thiết kế Từ giá trị giới hạn fp, dựa vào phương pháp xấp xỉ sự tính toán thông số bộ lọc và tiếp theo đó cách tiến hành một nghiên cứu đánh giá chất lượng đơn giản được tiến hành Sự đánh giá chất lượng bao gồm sóng hài tương đương với các dòng điện Bộ lọc với L0 được làm mẫu giống như nguồn dòng điện Do đầu vào chất lượng của tính toàn các thông số bộ lọc

có thể được dự đoán Dòng điện tương đương gần như dựa vào dự đoán chất lượng sẽ được đề cập trong phần này Tuy nhiên phương pháp sẽ được sử dụng ở đây cho mục đích trợ giúp việc lựa chọn tần số cộng hưởng song song Được chỉ ra trong Bảng (3.3) các kết quả minh họa liên quan giữa tần số cộng hưởng song song, các thông số

bộ lọc, chất lượng công suất đầu vào A4%L0 được giả thiết và các hệ số sóng hài dòng điện chỉnh lưu được giả thiết giống như được chỉ ra trong Bảng (3.1) với nửa trên của dải tần fp(175÷200Hz) cho tất cả các giá trị α,β THDI của đường dây là cao

(11%) và hệ số công suất đường dây là thấp(< 0.95) do đó, dải thấp hơn( 150÷170Hz) kết quả có thể do chất lượng bên ngoài đường dây (THDI ≤5% và PF> 0,95).Do vậy lân cận 150Hz được chọn giống như dải giá trị ban đầu của tần số cộng hưởng song song vì vậy không có sóng hài dòng điện chỉnh lưu trong dải này và khả năng kích thích cộng hưởng là không tồn tại Dòng điện đường dây không tải nên có nghĩa thấp hơn dòng điện định mức đường dây Tuy nhiên α< 50% kéo theo điện dung lọc (Cf<15µf) và kết quả là Li rất lớn (Li>23%) cho việc chọn giá trị Fs và Fp Do đó α được chọn giá trị 50% (Bảng 3.3)

Bảng 3.3: Các thông số ban đầu của bộ lọc cho hệ thống ASD 5.5kw

Đưa ra công suất định mức của ASD và dữ kiện độ cứng dòng điện của nó, với các tần số cộng hưởng nối tiếp và song song được chọn phía trên và α = 0,5 các thông số

bộ lọc ban đầu có thể được tính từ (3.33), (3.31) và (3.32) ví dụ, với 50Hz ASD ứng dụng với 5,5 kW, 55 kW và 500kW công suất định mức, 275Hz tần số cộng hưởng nối tiếp và tần số cộng hưởng song song là 150Hz, các thông số bộ lọc xấp xỉ được tính toán và được minh họa trong Bảng 3.4: Các thông số lọc IBF cơ bản với các ASD

có hệ số công suất thay đổi

Lưu đồ thuật toán để tính cho Matlab có cấu trúc theo phương pháp xấp xỉ

(3.30) Tính được Lij từ công thức (3.31)

Kết thúc

các kết quả chất lượng đạt được cũng coi như trạng thái bộ lọc Trong phương pháp thiết kế chính xác, các thông số bộ lọc được tính toán từ tần số mẫu cơ bản của tổng

hệ thống chứa đường dây xoay chiều, bộ lọc băng tần rộng và chỉnh lưu Hình 3.8 và Hình 3.9 chỉ ra thành phần mẫu cơ bản và sóng hài cơ bản của hệ thống lúc tải về (công suất định mức) trong Hình 3.10 chỉ ra thành phần cơ bản không tải Chú ý rằng chỉnh lưu và bên cạnh tải một chiều được phản hồi tới xoay chiều do một trở kháng dòng điện R-L do đó dòng điện tương đương trở thành một dòng điện trên đường dây

mà gần với cấu trúc tính toán có thể làm để phân tích trạng thái dòng điện

Hình 3.8: Mô hình tần số cơ bản của hệ thống ASD

Phía xoay chiều tần số cơ bản lúc đầy tải tương đương với dòng điện, chỉ ra trong Hình 3.8 RL miêu tả công suất tiêu thụ bởi động cơ Từ kênh một chiều thông thường,

tụ điện ngắt tần số đóng cắt PWM là động lực học truyền động điện từ bên ngoài chỉnh lưu, động cơ truyền động và bộ biến đổi có thể miêu tả với một điện trở một chiều tương đương khi khảo sát trạng thái tần số thấp Do đó nó có thể được nghiên cứu trạng thái hệ thống ASD bởi sự miêu trong hệ thống bộ biến đổi bằng một điện trở một chiều tương đương Rdc và tính toán Rdc từ phương trình cần bằng công suất giả thiết một hệ thống không có tổn hao, công suất định mức PR của ASD bằng với công suất đường dây một chiều Pdc :

V V

chông suất đơn vị dịch chuyển và chỉnh lưu không có tổn thất, thành phần công suất

cơ bản xoay chiều và một chiều có thể được đưa ra từ phương trình

2

3 23

Để tìm trở kháng xoay chiều tương đương Zac Trong mạch nối hình sao Vab

được dịch chuyển khoảng +30º và chuyển thành giá trị điện áp pha Sử dụng giá trị Ia

điện trở kháng xoay chiều chỉnh lưu được tính

Z ac R ac JX ac  25 , 9 J4 , 57  (3.38) Trong đó Zac là trở kháng chỉnh lưu tương đương tại phía chỉnh lưu xoay chiều,

Rac và Xac là điện chở RL và điện kháng (e LL) xoay chiều tương ứng mà được thực hiện trong dòng điện tương đương cơ bản (Hình 3.8) Trong (3.6) điện trở tương đương có thể tính là 26.3Ω với gần bằng giá trị 25.9Ω trong (3.38) Điện cảm tải LL

có giá trị là 14.5mH, mà là một giá trị gần với tổng của Livà 4%L0 (17.3mH) Tại 50Hz điện kháng tải là 5,4Ω mà gần với 4.57Ω của (3.38) Chính xác lúc tải đầy dòng điện tương đương cơ bản cũng được kiểm tra ở 55 kW và 500 kW định mức và các

rằng các sóng hài điện áp đường dây và sóng hài dòng điện chỉnh lưu trong pha các dòng điện sóng hài trong mạch điện, dẫn đến biến dạng lớn quá tải và gây tổn thất Sự giả thiết này làm bi quan, tuy nhiên nó làm cho quá trình tính toán đơn giản hóa Với cách tiếp cận này, ảnh hưởng riêng lẻ của mỗi nguồn sóng hài được tính toán và kết quả khối lượng là phép cộng vô hướng trong biên độ Do đó, mô tả đơn giản hơn các thành phần cơ bản và sự phân tích là dễ hơn Nếu số lượng giá trị của chúng là thay đổi điện trở cản Rd nên giản trong sóng hài cơ bản vì biên độ của nó có thể so sánh với điện cảm bộ lọc tại các tần số sóng hài cơ bản cao liên quan Điện trở cản không tăng trong thành phần cơ bản bởi vì ở tần số cơ bản, điện cản lọc trong trường hợp song song với điện trở càn nhỏ hơn đang kể và điện trở cản có thể được xem xét ở mạch điện hở Tại bậc này từ sự thiết kế của Rd không được đề cập đến, nó sẽ được giả thiết trong mạch điện mở Loại trừ điện trở từ những kết quả tính toán trong một trạng thái cân bằng nhỏ và không đáng kể có thể bỏ qua, đường đặc tính bị lỗi Trong bậc muộn hơn, khi giá trị điện trở thay đổi nó sẽ bao gồm trong việc tính toán để tăng

độ chính xác Coi như không tính đến Rd và chức năng chính của nó mà để xóa bỏ trạng thái đóng cắt tức thời liên quan đến quá điện áp sẽ được cung cấp tiếp ở phần sau chương này

Hình 3.9: Mô tả tần số sóng hài đầy tải của hệ thống ASD

Hình 3.10: Mô tả tần số sóng hài không tải của hệ thống ASD

Thành phần mẫu cơ bản của hệ thống khi không tải, được chỉ ra trong Hình 3.10

là đơn giản và dễ phân tích Mạch điện tương đương này sẽ dùng trong tinh toán sau này của điện áp không tải tại điểm cuối và dòng điện không tải qua bộ lọc sư dụng hệ thống ASD với các mạch điện tương đương, những phương trình toán học cần thiết

để tính toán chất lượng của hệ thống cho một tập hợp các thông số vì vậy cấc giá trị thông số của bộ lọc có thể tăng hay giảm trong tương ứng để đưa ra chỉ tiêu chất lượng để tìm được thông số bộ lọc chính xác (tối ưu) hơn các thông số gần đúng đã

tìm thấy trong các phần trước Giá trị dòng điện đường dây THDI , được đưa ra trong (3.2) được tìm thấy bằng cách tính toán các giá trị của các sóng hài dòng điện được đưa vào đường dây In với Ifn đã biết giá trị hiệu dụng thành phần cơ bản I1 và các hệ

số các sóng điều hòa dòng điện Việc tính toán tổng đường dây và hệ số điện cảm tương đương của lọc song song tại mỗi tần số cơ bản, các giá trị In và sau đó là dòng điện đường dây tương ứng THDI được tính lúc đầy tải.Việc tính toán hệ số công suất đường dây lúc tải đầy yêu cầu thông số hệ số công suất dịch chuyển đường dậy cos Ф Để đạt được điều này bằng việc sử dụng tần số mẫu cơ bản, chỉ ra ở Hình 3.7, PF của đường dây được tính bởi (3.6) giả thiết bằng tỉ số I1/I gần với giá trị THDI đường dây thấp được thiết kế với chỉ tiêu ≤10% Do đó, hệ số góc công suất Ф bằng với trở kháng đầu vào ZT tại tần số cơ bản Do vậy mà cosФ đã được tính Giá trị dòng điện hiệu dụng thành phần cơ bản I1 được tính bởi (3.39)

Z

V I

Z Z

Z I

f L

Vp( FL )  If1 Zf (3.41) Khi không tải, dựa vào mạch điện tương đương như Hình 3.10 giá trị điện áp hiệu dụng các thành cơ phải tại nút được tính:

dựa vào các mạch điện tương đương được phức hợp và quá trình tối ưu hóa cấu trúc đóng trong các biểu thức của cách trình bày Mắc dù nó có thể sử dụng thuật toán hiệu quả hơn sự tuyến tính hóa thông số, số lượng lập lại thực thấp cần thiết để đạt được thông số tối ưu thiên về sự ưu tiên hướng tiếp cận Sự thành công của phương pháp là do các thông số tính toán xấp xỉ đơn giản phương pháp tính toán chưa thông

số chứa thông số bộ lọc ban đầu xác định bậc Không như quá trình trước, sự tiếp cận việc tuyến tính hóa trực tiếp phải vượt một khoảng rộng không gian 3 chiều tiêu thụ đáng kể số lượng tính toán thêm vào đó, nó phải hội tụ tại điểm tối ưu mà để toàn bộ giá trị tói ưu đã đạt được trong phương pháp chính xác Theo biểu đồ của chương chình Matlab xây dựng cho phương pháp chính xác được chỉ ra trên Hình 3.11 Trong

đồ thị, số liệu đưa ra gồm các thông số bộ lọc ban đầu và sử dụng cả 2 phía và thông tin ngoài của bộ lọc Từ phía có ích, điện áp từ đường dây đến đường dây (Vll), tần

số nguồn, trở kháng nguồn (Zs) và hệ số sóng hài điện áp nguồn (Vn%) được yêu cầu

từ phía chỉnh lưu công suất định mức ASD (Pr) các hệ số sóng hài dòng điện chỉnh lưu khi tải đầy (In%) ,L0% được sử dụng và hệ số độ cứng tương ứng βrms,β1 được đưa

ra trong bước thứ nhất THDI % của đường dây và điện ra ΔV0% chỉ tiêu thiết kế cũng được tìm thấy Trong bước thứ 2, những biến cần thiết khác được tính toán Điện áp

ra định mực một chiều (Vdc) được tính bởi công thức (3.20) Do đó dòng điện tải 1 chiều định mức(Idc) và điện trở (Rdc) được tính bởi (3.21) và (3.34), tương ứng cho giá trị công suất định mức ASD PR Giá trị dòng điện hiệu dụng thành phần cơ bản đường dây lúc đầy tải được tỉnh bằng biểu thức (3.19) và dòng điện hiệu dụng định mức chỉnh lưu được tính từ phương trình (3.17) cho giá trị βrms được đưa ra Tổng trở kháng cơ bản Zb được tính từ phương trình (2.1) và được sử dụng để tìm Lij và Lfj của

bộ lọc ban đầu trong giá trị % (Lij % và LFj%) Điều này được yêu cầu ở bước tiếp theo trong đó Li và Lf bước nhảy cũng được tính trong các giá trị % Nó cũng được sử dụng để định nghĩa cho giá trị thực L0 và xác định điện trở nối tiếp tương đương của điện trở kháng lọc

Giả thiết rằng điện kháng xoay chiều được sử dụng có hiệu quả xấp xỉ 99%, điện trở nối tiếp tương đương có thể được tính giống như công thức sau

LR

LR L

I

V

Rint 1%( ) (3.43) trong đó VLR và ILR là điện áp và dòng điện định mức của cuộn cảm

Biểu diễn tính toán Đường TH 1 được thể hiện qua công thức (3.2) Đường PF được thể hiện

qua công thức (3.6)  V 0 % từ công thức (3.7)  từ công thức (3.11)

THD 1 < THDmax

 V 0 %<  Vmax

L f % < L f min

Kết quả lưu trữ

L i % < L i min

C f >C f max Đúng Hiển thị kết quả

Đúng

Đúng Đúng

Sai Sai

cả hai lượng Ngược lại gồm bước nhảy(giá trị(+)) để giữ giá trị Fs vùng lân cận của khoảng lựa chọn (275Hz) Bước nhảy âm Lij và Lfj được chọn để có một giá trị của 0,5% và 0.2% Tương ứng khi bước nhảy của giá trị điện cảm (+) là 0.2% của giá trị

dụng để tính toán các thành phần sóng hài dòng điện đường dây tại tất cả các tần số sóng hài với IFL đã biết và chứa sóng hài dòng điện chỉnh lưu Với hệ số sóng hài điện

áp nguồn được đưa ra (Vn%) các hệ số sóng hài dòng điện nguồn tương ứng được tính bởi một nguồn sóng hài điện áp với Vn% trong tần số sóng hài lúc đầy tải

Sử dụng định lý xếp chồng các dòng điện sóng hài do tổng độ lớn của các nguồn riêng rẽ Với một kết quả dòng điện đường dây và các thành phần sóng hài của

nó được tính toán Từ đây dòng điện và đường dây THDI được tính

Bước thứ 5 bao gồm tất cả các điều kiện ràng buộc (THDI, PF, V0 %,) cho mỗi bước vòng lặp lồng nhau Hai ràng buộc chỉ tiêu nhất là THDI và V0 % Một sự thay đổi nhỏ trong những kết quả ràng buộc trong một thay đổi thông số bộ lọc lớn Các điều kiện ràng buộc khác ngầm phụ thuộc vào hai điều kiện trên và các thông số tối ưu là kém nhạy so với các điều kiện ràng buộc khác Trong hệ số công suất đường dây liên hệ với THDI từ không tải đến đầy tải hệ số dòng điện  liên hệ với V0 % Chúng ta quan sát thấy rằng giá trị THDI của đường dây hầu hết chính xác với giá trị Cf và Lf và kém chính xác nhất với giá trị Li Mặt khác giá trị V0 % là hầu hết chính xác với giá trị Li Do đó, THDI đường dây và V0 % đầu ra giới hạn chặt chẽ bắt buộc được đặt ra trước và kiểm tra lại ở bước 6 Kết quả là thông số bộ lọc mà ràng buộc được lưu trữ Khi các vòng lặp lồng nhau trong giới hạn ảnh hưởng quá trình tính toán sẽ dừng lại và đưa ra kết quả tối ưu Do đó, tồn tại tập nghiệm, điều đó gần với giá trị thay đổi định mức cơ bản thực hoặc gần với chỉ tiêu chất lượng mong muốn nên được lựa chọn Quyết định cuối cùng dẫn đến thông số tối ưu thực

Phương pháp đã được kiểm nghiệm trên ASD trong một dải cơ sở lớn (5.5 kW đến 500 kW) và các thông số đã được tính toán Mô phỏng hệ thống ASD bao gồm các thông số tính toán đã được kiểm tra trong một chương trình mô phỏng máy tính chi tiết và kết quả chất lượng có chỉ tiêu chất lượng chính xác được lựa chọn trong suốt quá trình thiết kế Do đó, sự chính xác của phương pháp đã được chứng minh thoả đáng Chỉ tiêu chất lượng dựa vào chỉ tiêu chất lượng chuẩn hoặc các sản phẩm công nghiệp gần đây của loại tương ứng Do đó, nó được quan sát từ bảng số liệu của nhà sản xuất của hệ thống IBF mà dòng điện đường dây THD nhỏ hơn 8% hệ số công suất trên 0.97 tức là đầy tải Những thông số của nhà sản xuất mà điện áp vào lớn nhất lúc không tải giới hạn là 104.6% với ngụ ý rằng V0 % nên nhỏ hơn 5% Trong việc xem xét thiết kế chỉ tiêu chất lượng giống như dưới đây V0 = 4%,THDI = 10 %

và điều này giới hạn đáp ứng riêng những giới hạn ràng buộc khác (150< fp < 170,