>> Một số giải pháp hạn chế sóng hài bậc cao (P1)
3. Bộ biến đổi có mạch chỉnh lưu 12-pha
Dòng điện của bộ biến đổi có mạch chỉnh lưu 6-pha và mạch chỉnh lưu 12-pha.
 Bộ chỉnh lưu 12-pha có máy biến áp 3 cuộn dây riêng rẽ. |
Mạch chỉnh lưu 12-pha được tạo nên bởi 2 mạch chỉnh lưu 6-pha giống hệt nhau được cấp nguồn từ 2 hệ thống khác nhau có điện áp ra của chúng lệch pha nhau 30 độ.
Điều đó đạt được nhờ sử dụng máy biến áp 3 cuộn dây, trong đó một cuộn dây điện áp thấp đấu hình sao, còn cuộn dây điện áp thấp kia đấu tam giác. Tác động của sóng hài giảm đáng kể ở mạch 12-pha so với mạch 6-pha (THDi giảm từ 40% xuống 11%).
Do dịch pha 30 độ giữa 2 vec tơ điện áp thứ cấp, dòng điện hài bậc cao, có bậc hài là h = 5, 7, 17, 19, 29, 31, 41, 43 ... xuất hiện ở dòng điện đầu vào của mạch chỉnh lưu 6-pha, bị bù trừ bởi một dòng điện khác sao cho về mặt lý thuyết chỉ những dòng điện và điện áp có hài bậc lẻ không chia hết cho 3 như số bậc hài dưới đây xuất hiện tại PCC về phía sơ cấp của máy biến áp 3 cuộn dây:
h = n * 12 ± 1, ở đây n = 1, 2, 3, ... tức là
h = 11, 13, 23, 25, 35, 37, 47, 49, ...
Tuy nhiên, trên thực tế không có sự phân bố tải một cách cân đối hoàn hảo giữa 2 bộ chỉnh lưu, cho nên các dòng điện hài có bậc h = 5, 7, 17, 19, 29, 31, 41, 43, ... cũng xuất hiện ở bộ chỉnh lưu 12-pha, nhưng với biên độ lớn nhất là 10% giá trị tương ứng của mạch chỉnh lưu 6-pha.
Các dòng điện hài bậc cao điển hình của bộ chỉnh lưu 12-pha được chỉ ra dưới đây:
Như thông thường chỉ sử dụng ở công suất cao, có thể thừa nhận rằng các bộ biến đổi với mạch chỉnh lưu 12-pha vận hành với máy biến áp 3 cuộn dây cách ly và bỏ qua điện cảm đường dây. Điều này phù hợp với hệ thống nguồn cấp có công suất ngắn mạch tương đối trung bình RSC từ 15 đến 25.
Hệ thống nguồn có công suất ngắn mạch tương đối trung bình (RSC = 15....25): Hệ thống nguồn yếu.
Các dòng điện hài của mạch chỉnh lưu 12-pha với máy biến áp 3 cuộn dây cách ly và không có cuộn cản đường dây.
Phương pháp sử dụng mạch lọc tích cực là phương pháp hiện đại và đang được áp dụng nhiều trong lĩnh vực khử sóng hài nâng cao chất lượng nguồn điện. Phương pháp này lắp thêm thiết bị vào điểm giữa điểm đấu nối chung và bộ biến đổi. Tùy theo cấu hình có mạch lọc tích cực song song và mạch lọc tích cực nối tiếp. Người ta đã chế tạo được thiết bị ngoài chức năng khử sóng hài bậc cao còn có thể hiệu chỉnh hệ số công suất và cân bằng tải các pha.
4.1. Mạch lọc tích cực song song
Bộ lọc tích cực được thiết kế trên cơ sở đo dòng điện tải, lấy được phổ dòng điện và tính toán độ sai lệch so với tiêu chuẩn và bơm vào một lượng chính xác dòng điện để làm cho dòng điện nguồn cấp phù hợp với mức mục tiêu đặt ra về sóng hài, hệ số công suất và về cân bằng tải.
Biểu diễn phổ của các dòng điện hải bậc cao của bộ chỉnh lưu 12-pha không có cuộn cản đường dây (theo tỉ lệ %)
Đối với việc giảm nhẹ sóng hài bậc cao, cần đo dòng điện tải và tính toán phổ dòng điện hài - đó là biên độ và góc pha cho mỗi hài cho đến bậc thứ 50. Tiếp theo là xác định biên độ đưa vào ở góc pha ngược lại cho mỗi bậc sóng hài được lựa chọn để giảm nhẹ. Sau đó kiểm tra tín hiệu phát ra và dụng cụ bán dẫn (IGBT) được định hướng sao chép lại tín hiệu điều khiển đưa dòng điện vào nguồn. Theo cách này, dòng điện hài phía nguồn giảm đi rõ rệt.
Thiết bị AccuSine PCS của Schneider là giải pháp lọc sóng hài tích cực trong công nghiệp. Nó có khả năng tự động thích ứng liên tục với tải thay đổi, phù hợp với tất cả các dạng tải phi tuyến, đáp ứng cực nhanh nhỏ hơn 2 chu kỳ, tuân thủ mọi tiêu chuẩn sóng hài trên thế giới: IEEE 519, G5/4-1, GBT 14549, IEC-61000-3.
4.2. Mạch lọc tích cực nối tiếp
Bộ lọc tích cực nối tiếp được lắp trực tiếp ở mạch đầu vào của bộ biến đổi, phía trước mạch chỉnh lưu 6-pha. Có thể nối một vài tải phi tuyến (cấp điện cho động cơ) song song. Trong trường hợp này, công suất định mức của bộ lọc phù hợp với tổng công suất định mức của các bộ truyền động nối vào. Việc sử dụng các cuộn cản đường dây DC được khuyến nghị cho tất cả các động cơ 45kW trở lên để thực hiện giảm nhẹ sóng hài và bảo vệ tụ điện mạch DC.
Sơ đồ dưới đây sử dụng bộ lọc ECOsineTM của hãng Schaffner trong cấu hình nối tiếp
Các bộ lọc sóng hài ECOsineTM của hãng Schaffner tiêu biểu cho giải pháp kinh tế giảm nhẹ sóng hài do tải trong hệ thống nguồn ba pha. Với ưu thế nhỏ gọn và “gần như đóng điện là chạy”, chúng có thể lắp đặt nhanh, chạy thử dễ. Chúng làm tăng độ ổn định và tuổi thọ thiết bị, giúp làm tăng công suất hệ thống điện và là chìa khóa để đạt tiêu chuẩn chất lượng nguồn theo IEEE519. Các bộ lọc sóng hài ECOsineTM làm giảm bớt các sóng hài và có thể ứng dụng cho hầu như bất kỳ bộ nguồn điện tử có mạch chỉnh lưu 6-pha, mà ở đó độ méo dòng sóng hài cần phải giảm đến giới hạn tiêu chuẩn cho phép. Ứng dụng điển hình 690V, nơi mà các tải phi tuyến như mô tả ở trên chiếm một phần đáng kể, bao gồm: thiết bị có mạch chỉnh lưu 6-pha, truyền động mô tơ, thiết bị tự động nhà máy, các ứng dụng quạt và bơm, nhà máy xi măng, nhà máy hóa chất.
ximang.vn (Theo Tạp chí KHKT xi măng)