Bộ lọc sóng hài tích cực?

1- Sóng hài là gì?

Sóng hài

Sóng hài là sóng không mong muốn, làm quá tải đường dây và biến áp, làm tăng nhiệt độ hệ thống và gây nhiễu lên lưới điện. Nếu không có sự kiểm soát, sóng hài có thể làm quá tải hệ thống, tăng công suất yêu cầu và làm ngừng hệ thống (hỏng). Việc thiết kế các mạch điện có khả năng lọc sóng hài là rất cần thiết để bảo vệ an toàn cho thiết bị, hệ thống sử dụng nguồn điện. Trong bài báo này giới thiệu mạch lọc tích cực để loại bỏ sóng hài do tải phi tuyến gây ra và được mô phỏng trên phần mềm Matlab.

2- Bộ lọc sóng hài tích cực là gì?

Bộ lọc sóng hài tích cực

Bộ lọc sóng hài tích cực được sản xuất để khử sóng hài trong hệ thống điện, bộ lọc được sử dụng rộng rãi ở các nước tiên tiến, và tại Việt Nam đây là dòng sản phẩm mới để đáp ứng tiêu chuẩn ngày càng cao của ngành điện.

- Sóng hài được phát hiện từ năm 1890. Nguồn điện phát ra từ các nhà máy do cuộc dây stator của máy phát là dạng hình sin chuẩn theo hàm u(t)=Usin(Ωt+β), trong quá trình truyền tải từ nhà máy về nơi sử dụng thì dạng sóng không còn là hình sine nữa mà bị méo dạng (sóng hài), do quá trình vật lý xảy ra của các phụ tải phi tuyến trên lưới. Khi phân tích đồ thị méo dạng này theo phương trình toán học chuỗi Fourier – Chu kỳ T, thì ta có:

Với :Uo là giá trị DC của hàm sóng hài f(t)
Un là giá trị đỉnh của thành phần hài bậc n và αn là giá trị góc pha tương ứng với bậc hài n

Qua đó, sóng hài có thể coi như là tổng của thành phần cố định DC và dãy sóng sine mà tần số của nó là bội số nguyên của tần số cơ bản, với n>=2 là các bội nguyên tần số cơ bản tương ứng với bậc sóng hài 2, 3, 4…… *n=1 là bậc ở tần số cơ bản (với hệ thống điện Việt Nam, Châu Âu tần số cơ bản là f=50Hz; Bắc Mỹ, miền Tây Nhật là f=60Hz)

3- Cấu tạo bộ lọc sóng hài tích cực

Cấu tạo bộ lọc sóng hài tích cực

Bộ lọc tích cực song song 3 pha 4 dây gồm các khâu chính như sau :

- Nguồn: Hệ thống nguồn 3 pha 4 dây cung cấp cho tải không cân bằng.
Tải không cân bằng: Tải gồm bộ chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển hoàn toàn đối xứng, kết hợp với bộ chỉnh lưu cầu 1 pha Diode được nối vào pha a.

- Bộ nghịch lưu 3 pha được điều khiển theo quy tắc kích đóng đối nghịch, được nối với hệ thống thông qua cuộn cảm L.

- Nguồn DC cấp áp cho bộ nghịch lưu.

- Khâu tạo xung bộ nghịch lưu – Pulse, tạo xung dóng cắt cho bộ nghịch lưu.
Bộ điều khiển bộ nghịch lưu : Điều khiển thời điểm bộ nghịch lưu tác động vào lưới thông qua CB 3 pha . Đồng thời cũng điều khiển thời điểm tác động của xung điều khiển đóng cắt các van ban dẫn cho bộ nghịch lưu.

4- Các nguồn gây ra sóng hài

Bộ lọc sóng hài tích cực lọc được nguồn sóng hài gây ra từ phụ tải cũng như từ nguồn cung cấp. Có rất nhiều nguyên nhân tạo ra nguồn sóng hài trong hệ thống điện công nghiệp, chúng đều có một đặc điểm chung là quan hệ phi tuyến giữa dòng điện và điện áp hoạt động. Tải phi tuyến có dòng không liên tục và không tương ứng với dạng sóng điện áp giáng lên nó. Tất cả các thiết bị biến đổi dạng sóng sin của điện áp hay dòng điện đều là nguồn gây ra hài.

Bộ lọc sóng hài tích cực đáp ứng tốt với các nguồn sóng hài:
Nguồn phi tuyến, chủ yếu từ các thiết bị điện tử công suất:
- Diode (Chỉnh lưu dạng đơn giản), transistor
- SCR hay thyristor được sử dụng rộng rãi trong nhiều các ứng dụng điều khiển hay điều tiết.
- Điều khiển đầu ra chỉnh lưu, UPS, STARCOM,
- Bộ biến đổi tần số, điều tốc DC-AC.
- Lò luyện hồ quang, máy hàn hồ quang…
Nguồn phi tuyến từ các thiết bị truyền tải trên lưới điện 500kV, 220kV, 110kV:
- Đóng cắt thiết bị tự cảm (máy biến áp quá tải hoạt động ở vùng bão hòa từ, máy biến điện áp, biến dòng, máy phát điện, bộ điều tốc turbine…).
- Từ các động cơ xoay chiều trên lưới, nguồn từ máy biến áp phân phối sử dụng sơ đồ đấu dây ∆⁄Y thì khi cấp nguồn cho động cơ 1 pha hay 3 pha thì sóng hài bậc 3 gây ra THD khoảng 10% đến 30%.
5- Ưu điểm vượt trội bộ lọc sóng hài tích cực( Active Harmonic Filter)

- Lọc đến bậc sóng hài 50 và giảm đến 97% sóng hài sinh ra.

- Đáp ứng tức thời với sự thay đổi hệ thống.
- Điện áp từ 380V đến 1140V.
- Có khả năng dễ dàng mở rộng trong tương lai vì thiết kế theo dạng module (60A, 360A, 540A, 720A, 960A).
- Giao diện đơn giản dễ sử dụng với màn hình cảm ứng.
- Đặc tính của thiết bị lọc không ảnh hưởng bởi nguồn và không công hưởng với hệ thống nên hoạt động an toàn.
- Thi công đấu nối với nguồn dễ dàng.
6- Ứng dụng của bộ lọc sóng hài tích cực trong các ngành công nhiệp
Hình ảnh minh họa Sóng hài

- Nhà máy thép luyện thép, nhà máy cán thép
- Nhà máy sản xuất cement.
- Nhà máy sản xuất oto.
- Khách sạn, khu nghỉ mát Resort
- Đường sắt chạy điện
- Tuyến tàu điện Metro
- Hệ thống cáp treo
- Khu thương mại, building
- Khu công nghệ cao sản xuất thiết bị điện tử.
- Nhà máy sản xuất giấy và bột giấy
- Hệ thống làm lạnh Chiller.
- Xưởng in ấn
- Nhà máy dệt may.
- Các phòng thí nghiệm điện, xưởng bảo
- Và tất cả các nhà máy sản xuất công nghiệp loại khác

Nếu bạn có nhu cầu về hệ thống tự động hóa, hãy liên hệ với chúng tôi. Với phương châm làm việc chuyên nghiệp, tận tâm Bảo An Automation luôn cam kết mang tới cho khách hàng sản phẩm với chất lượng tốt, giá thành hợp lý và thời gian cấp hàng nhanh.

8.156 29/04/2020