Như chúng ta đã biết, các hài bậc cao điện áp và dòng điện trong lưới điện có ảnh hưởng xấu đến các thiết bị điện, gây nên tổn thất công suất tác dụng và năng lượng. Tổn thất công suất do hài bậc cao gây ra nhiều nhất đối với máy biến áp và động cơ. Do đó cần phải giảm sóng hài bậc cao trong hệ thống cung cấp điện.
>> Một số giải pháp hạn chế sóng hài bậc cao (P2)
1. Bộ lọc sóng hài đường dây LHF
Các bộ lọc sóng hài đường dây là bộ lọc bị động, chúng hấp thụ chủ yếu các sóng hài bậc 5 và bậc 7 trong thành phần dòng điện đường dây của bộ chỉnh lưu 6-pha và nhờ đó giảm một cách đáng kể ảnh hưởng sóng hài lên hệ thống cung cấp điện.
Các bộ lọc LHF được lắp đặt giữa điểm đấu nối chung và bộ biến đổi.
Các bộ lọc sóng hài đường dây gây ra tổn thất, nhưng làm giảm không đáng kể hiệu suất của bộ biến đổi. Hiệu suất của bộ biến đổi giảm xấp xỉ 0,3% từ 98% xuống 97,7% khi bộ lọc sóng hài đường dây (có uk = 2%) được sử dụng cùng với bộ biến đổi 6-pha. Sự giảm tương đối lớn các thành phần hài cùng với giảm tương đối nhỏ hiệu suất so với bộ biến đổi 6-pha không có bộ lọc sóng hài đường dây LHF.
Các bộ lọc sóng hài đường dây yêu cầu thêm vào các thành phần sau:
- Cầu chì bảo vệ lắp đặt trước bộ lọc;
- Công tắc tơ chính hoặc máy cắt lắp trước bộ biến đổi;
- Cuộn cản đường dây có điện áp ngắn mạch tương đối 2% về phía bộ biến đổi.
![]()
Các điểm sau cần phải ghi nhớ:
Công suất định mức của bộ biến đổi không được ít hơn hai mức thấp hơn bộ lọc sóng hài đường dây LHF, mặt khác sự không thích ứng của các cuộn cản đường dây sẽ ảnh hưởng đến tần số cộng hưởng ở phía bộ biến đổi rất nhiều, do đó làm giảm hiệu quả của bộ lọc. Với lý do đó, các bộ lọc sóng hài đường dây có sẵn để dùng cho các bộ biến đổi có công suất định mức.
Công suất ngắn mạch tương đối của hệ thống cung cấp (RSC) cần phải có giá trị nhỏ nhất là 10. Nếu như công suất ngắn mạch nhỏ hơn một chút nào đó thì tần số cộng hưởng phía lưới sẽ bị ảnh hưởng rất lớn và sóng cơ bản của điện áp lưới có thể tăng rất lớn tới giá trị vượt ra ngoài giới hạn điện áp đường dây cho phép của bộ biến đổi.
Bộ lọc sóng hài LHF cần phải đặt gần với bộ biến đổi. Chiều dài cáp điện giữa bộ lọc sóng hài LHF và đầu vào bộ biến đổi không nên vượt quá 10 mét.
2. Bộ biến đổi có mạch chỉnh lưu 6-pha kết hợp bộ lọc sóng hài đường dây
Bộ lọc hài đường dây LHF yêu cầu cuộn cảm đường dây có điện áp ngắn mạch tương đối uk = 2% lắp vào phía trước bộ biến đổi.
![]()
Bộ chỉnh lưu 6-pha có cuộn cản đường dây và bộ lọc sóng hài LHF trong mạng 3 pha.
Bộ lọc sóng hài LHF chỉ ảnh hưởng đến độ lớn của sóng điều hòa dòng điện mà không ảnh hưởng đến phổ của chúng. Như hệ quả từ trên, các bộ chỉnh lưu 6-pha là căn nguyên gây ra các sóng hài dòng điện và điện áp bậc lẻ không chia hết cho 3, bất kể có sử dụng bộ lọc sóng hài LHF. Số bậc hài h như sau:
h = n * 6 ± 1, ở đây n = 1, 2, 3, ... tức là n = 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23, 25, 29, 31, ...
Thậm chí khi bộ lọc sóng hài được sử dụng, cảm kháng của hệ thống lưới có tác động đôi chút đến độ lớn của dòng điện hài, nhưng điều đó ít hơn nhiều so với bộ chỉnh lưu 6-pha không có sử dụng bộ lọc sóng hài LHF.
Các sóng điều hòa dòng điện điển hình của bộ chỉnh lưu 6-pha có bộ lọc sóng hài LHF được thiết lập dưới đây.
1.1. Hệ thống nguồn có cảm kháng nguồn thấp hoặc công suất ngắn mạch tương đối cao (RSC >> 50).
Công suất ngắn mạch Sk đường dây tại điểm đấu nối PCC cao hơn đáng kể công suất biểu kiến của bộ biến đổi nối vào, có nghĩa là một phần nhỏ tương đối công suất máy biến áp quy cho bộ biến đổi (công suất bộ biến đổi nhỏ hơn nhiều công suất biến áp).
1.2. Hệ thống nguồn cấp có cảm kháng hệ thống trung bình hoặc công suất ngắn mạch tương đối trung bình (RSC = 50). Trường hợp này áp dụng, khi xấp xỉ từ 30%- 50% tải của máy biến áp được cấp cho bộ biến đổi.
1.3. Hệ thống nguồn cấp có cảm kháng hệ thống cao hoặc công suất ngắn mạch tương đối thấp (RSC < 15).
Trường hợp này, khi 100% tải bộ biến đổi nối tới máy biến áp có điện áp ngắn mạch cao, tức là một bộ biến đổi, công suất biểu kiến của nó tương ứng xấp xỉ với công suất biểu kiến máy biến áp.
![]()
Các dòng điện điều hòa bậc cao của bộ chỉnh lưu 6-pha có bộ lọc hài LHF.
![]()
Biểu diễn phổ của các dòng điện điều hòa bậc cao bộ chỉnh lưu 6-pha có bộ lọc hài LHF (tính theo %)
- Thanh bên trái RSC >> 50
- Thanh ở giữa RSC= 50
- Thanh bên phải RSC < 15
![]()
Dòng điện dây điển hình của bộ chỉnh lưu 6-pha có bộ lọc LHF.
Sơ đồ nối dây điển hình của bộ truyền động sử dụng biến tần có mạch chỉnh lưu 6-pha và các bộ lọc, cuộn cản như sau:
![]()
1. Bộ lọc sóng hài đường dây LHF
Các bộ lọc sóng hài đường dây là bộ lọc bị động, chúng hấp thụ chủ yếu các sóng hài bậc 5 và bậc 7 trong thành phần dòng điện đường dây của bộ chỉnh lưu 6-pha và nhờ đó giảm một cách đáng kể ảnh hưởng sóng hài lên hệ thống cung cấp điện.
Các bộ lọc LHF được lắp đặt giữa điểm đấu nối chung và bộ biến đổi.
Các bộ lọc sóng hài đường dây gây ra tổn thất, nhưng làm giảm không đáng kể hiệu suất của bộ biến đổi. Hiệu suất của bộ biến đổi giảm xấp xỉ 0,3% từ 98% xuống 97,7% khi bộ lọc sóng hài đường dây (có uk = 2%) được sử dụng cùng với bộ biến đổi 6-pha. Sự giảm tương đối lớn các thành phần hài cùng với giảm tương đối nhỏ hiệu suất so với bộ biến đổi 6-pha không có bộ lọc sóng hài đường dây LHF.
Các bộ lọc sóng hài đường dây yêu cầu thêm vào các thành phần sau:
- Cầu chì bảo vệ lắp đặt trước bộ lọc;
- Công tắc tơ chính hoặc máy cắt lắp trước bộ biến đổi;
- Cuộn cản đường dây có điện áp ngắn mạch tương đối 2% về phía bộ biến đổi.
Các điểm sau cần phải ghi nhớ:
 |
Mỗi một bộ biến đổi phải có một bộ lọc sóng hài đường dây LHF của chính nó. Không được phép vận hành hơn một bộ biến đổi công suất thấp với một bộ lọc sóng hài đường dây LHF công suất cao.
Công suất định mức của bộ biến đổi không được ít hơn hai mức thấp hơn bộ lọc sóng hài đường dây LHF, mặt khác sự không thích ứng của các cuộn cản đường dây sẽ ảnh hưởng đến tần số cộng hưởng ở phía bộ biến đổi rất nhiều, do đó làm giảm hiệu quả của bộ lọc. Với lý do đó, các bộ lọc sóng hài đường dây có sẵn để dùng cho các bộ biến đổi có công suất định mức.
Công suất ngắn mạch tương đối của hệ thống cung cấp (RSC) cần phải có giá trị nhỏ nhất là 10. Nếu như công suất ngắn mạch nhỏ hơn một chút nào đó thì tần số cộng hưởng phía lưới sẽ bị ảnh hưởng rất lớn và sóng cơ bản của điện áp lưới có thể tăng rất lớn tới giá trị vượt ra ngoài giới hạn điện áp đường dây cho phép của bộ biến đổi.
Bộ lọc sóng hài LHF cần phải đặt gần với bộ biến đổi. Chiều dài cáp điện giữa bộ lọc sóng hài LHF và đầu vào bộ biến đổi không nên vượt quá 10 mét.
2. Bộ biến đổi có mạch chỉnh lưu 6-pha kết hợp bộ lọc sóng hài đường dây
Bộ lọc hài đường dây LHF yêu cầu cuộn cảm đường dây có điện áp ngắn mạch tương đối uk = 2% lắp vào phía trước bộ biến đổi.
Bộ chỉnh lưu 6-pha có cuộn cản đường dây và bộ lọc sóng hài LHF trong mạng 3 pha.
Bộ lọc sóng hài LHF chỉ ảnh hưởng đến độ lớn của sóng điều hòa dòng điện mà không ảnh hưởng đến phổ của chúng. Như hệ quả từ trên, các bộ chỉnh lưu 6-pha là căn nguyên gây ra các sóng hài dòng điện và điện áp bậc lẻ không chia hết cho 3, bất kể có sử dụng bộ lọc sóng hài LHF. Số bậc hài h như sau:
h = n * 6 ± 1, ở đây n = 1, 2, 3, ... tức là n = 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23, 25, 29, 31, ...
Thậm chí khi bộ lọc sóng hài được sử dụng, cảm kháng của hệ thống lưới có tác động đôi chút đến độ lớn của dòng điện hài, nhưng điều đó ít hơn nhiều so với bộ chỉnh lưu 6-pha không có sử dụng bộ lọc sóng hài LHF.
Các sóng điều hòa dòng điện điển hình của bộ chỉnh lưu 6-pha có bộ lọc sóng hài LHF được thiết lập dưới đây.
1.1. Hệ thống nguồn có cảm kháng nguồn thấp hoặc công suất ngắn mạch tương đối cao (RSC >> 50).
Công suất ngắn mạch Sk đường dây tại điểm đấu nối PCC cao hơn đáng kể công suất biểu kiến của bộ biến đổi nối vào, có nghĩa là một phần nhỏ tương đối công suất máy biến áp quy cho bộ biến đổi (công suất bộ biến đổi nhỏ hơn nhiều công suất biến áp).
1.2. Hệ thống nguồn cấp có cảm kháng hệ thống trung bình hoặc công suất ngắn mạch tương đối trung bình (RSC = 50). Trường hợp này áp dụng, khi xấp xỉ từ 30%- 50% tải của máy biến áp được cấp cho bộ biến đổi.
1.3. Hệ thống nguồn cấp có cảm kháng hệ thống cao hoặc công suất ngắn mạch tương đối thấp (RSC < 15).
Trường hợp này, khi 100% tải bộ biến đổi nối tới máy biến áp có điện áp ngắn mạch cao, tức là một bộ biến đổi, công suất biểu kiến của nó tương ứng xấp xỉ với công suất biểu kiến máy biến áp.
Các dòng điện điều hòa bậc cao của bộ chỉnh lưu 6-pha có bộ lọc hài LHF.
Biểu diễn phổ của các dòng điện điều hòa bậc cao bộ chỉnh lưu 6-pha có bộ lọc hài LHF (tính theo %)
- Thanh bên trái RSC >> 50
- Thanh ở giữa RSC= 50
- Thanh bên phải RSC < 15
Dòng điện dây điển hình của bộ chỉnh lưu 6-pha có bộ lọc LHF.
Sơ đồ nối dây điển hình của bộ truyền động sử dụng biến tần có mạch chỉnh lưu 6-pha và các bộ lọc, cuộn cản như sau:
ximang.vn (Theo Tạp chí KHKT xi măng)
