Những giải pháp giảm thiểu sóng hài khi sử dụng biến tần?

1. Sóng hài là gì?

Sóng hài là một dạng nhiễu không mong muốn, ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng lưới điện và cần được chú ý tới khi tổng các dòng điện hài cao hơn mức độ giới hạn cho phép.
 
Sóng hài

Hình 1. Sóng hài

2. Nguyên nhân tạo ra sóng hài

Sóng hài là sản phẩm của các thiết bị máy móc, điện tử hiện đại như là máy tính, hệ thống lưu điện, biến tần, lò hồ quang, bộ chuyển đổi năng lượng tái tạo và nhiều thứ khác. Chúng thường được gọi là tải phi tuyến. Các tải phi tuyến này tạo ra các thành phần sóng hài khác nhau và trả ngược lại lưới điện thông qua mạng dây dẫn, kết hợp với tần số điện cơ bản sẽ tạo ra các biến dạng, méo mó sóng tổng trong hệ thống phân phối năng lượng.

Sóng hài là những sóng tuần hoàn, hình sin và là bội số nguyên của tần số cơ bản (50 hoặc 60 Hz). Các thành phần này khi cộng với sóng sin nguyên bản (50Hz) sẽ gây ra méo mó, biến dạng sóng sin.

Dòng điện và điện áp hài được sinh ra bởi các tải phi tuyến nối với hệ thống phân phối điện. Toàn bộ các bộ biến đổi năng lượng điện sử dụng dưới các dạng khác nhau trong hệ thống điện có thể làm tăng nhiễu sóng hài bằng cách bơm trực tiếp dòng điện hài vào lưới. Các tải phi tuyến thông thường bao gồm khởi động động cơ, các hệ truyền động điện, máy tính và các thiết bị điện tử khác, đèn điện tử, nguồn hàn…

Các biến tần hiện đang được sử dụng rất nhiều trong công nghiệp hiện đại phục vụ điều khiển mô tơ, chạy tàu biển, giàn khoan, máy bơm, máy quạt… và đây chính là nguồn tạo ra sóng hài phổ biến.

Nhiễu sóng hài trên lưới do các tải phi tuyến
 
Biến tần tạo ra sóng hài

Hình 2. Nguyên nhân tạo ra sóng hài

3. Tác hại của sóng hài

Sóng hài xuất hiện khi sử dụng những tải không tuyến tính (biến tần, bộ chuyển điện thế, UPS,…) có tác dụng rất xấu đến những thiết bị, máy móc được sử dụng trong nhà máy như:
- Giảm tuổi thọ động cơ.
- Quá tải CB, quá nhiệt và gây cháy nổ máy biến áp (trong khi lượng điện sử dụng vẫn nhỏ hơn định mức).
- Máy cắt, Aptomat, cầu chì có thể bị tác động mà không rõ nguyên nhân.
- Giảm tuổi thọ tụ bù, thậm chí gây nổ tụ bù bất thường.
- Gây nhiễu ảnh hưởng đến các thiết bị viễn thông, hệ thống tự động hóa như PLC, Rơle,...
- Các thiết bị đo hoạt động không chính xác.
- Lãng phí năng lượng…
 
Tác hại của sóng hài (1)
 
Tác hại của sóng hài (2)
 
Tác hại của sóng hài (3)

 

Hình 3. Tác hại của sóng hài

4. Những giải pháp giảm thiểu sóng hài khi sử dụng biến tần

Việc thay thế các thiết bị tác động bởi sóng hài là một việc làm gây thiệt hại về chi phí nên ta có thể áp dụng một số cách thức sau:

- Dùng cuộn kháng AC hoặc cuộn kháng DC cho biến tần, đây là giải pháp tốt nhất với các ứng dụng cần lọc cho nguồn lưới bị nhiễu nặng và yêu cầu giảm sóng hài không phải là ưu tiên hàng đầu.

Cuộn kháng dùng cho biến tần
 
Dạng sóng dòng điện đầu vào biến tần trong các trường hợp dùng cuộn kháng
 

Hình 4. Dạng sóng dòng điện đầu vào biến tần trong các trường hợp dùng cuộn kháng

 

- Giải pháp chỉnh lưu 12 xung cho hiệu suất cao nhất trong việc làm giảm sóng hài nhưng quy trình lại phức tạp nhất.

Dạng sóng dòng điện của chỉnh lưu 12 xung
 

Hình 5. Dạng sóng dòng điện của chỉnh lưu 12 xung

 

- Sử dụng loại biến tần có sóng hài thấp: Biến tần sử dụng công nghệ giảm sóng hài mà không cần dùng tới bộ lọc ngoài hay biến áp đa xung với tổng độ méo dạng hài dòng điện (THDi) thấp hơn 5%.

Biến tần lọc sóng hài

Hình 6. Biến tần lọc sóng hài

 

- Sử dụng bộ lọc, được áp dụng cho nhiều biến tần gắn song song với nhau trên cùng một đường dây phân phối với nhiệm vụ chính là bù công suất, bù sóng hài điện áp và bù sóng hài dòng điện.

Sử dụng bộ lọc để giảm thiểu sóng hài

Hình 7. Sử dụng bộ lọc để giảm thiểu sóng hài

 
Bài viết bạn nên xem:
  • Sóng hài là gì?
  • Sóng hài và phương pháp lọc sóng hài cho tụ bù
  • Biến tần Yaskawa AC series
  • Bộ hãm tái sinh năng lượng Yaskawa R1000 series
  • Giải pháp thu hồi năng lượng hãm tái sinh Omron
  •  182      15/05/2020
    Trao đổi nội dung về bài viết

     Bảo An Automation

    CÔNG TY CP DỊCH VỤ KỸ THUẬT BẢO AN
    Địa chỉ đăng ký: Số 3A - Lý Tự Trọng - Minh Khai - Hồng Bàng - Hải Phòng
    Địa chỉ giao dịch: Khu dự án Vân Tra B – An Đồng – An Dương – Hải Phòng
    Điện thoại: (84).0225.3797877/78/79 - Fax: (84).0225.3686182
    Số ĐKKD/ MST: 0200682529 - Số TK: 117 0026 73912 tại Ngân hàng ViettinBank Hải Phòng
     Thiết kế bởi Công ty Cổ Phần Dịch Vụ Kỹ Thuật Bảo An
     Email: baoan@baoanjsc.com.vn -  Vừa truy cập: 5 -  Đã truy cập: 13.388.208