Arthur Mattuck, một nhà toán học tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT), từng nói: “Phi tuyến tính có nghĩa là nó khó giải quyết.Nhưng vấn đề này cần được giải quyết khi tính phi tuyến tính được áp dụng cho các tải điện, bởi vì nó tạo ra dòng điện hài và ảnh hưởng tiêu cực đến việc phân phối điện năng - đồng thời rất tốn kém.Tại đây, Marek Lukaszczyk, Giám đốc Tiếp thị Châu Âu và Trung Đông của WEG, nhà sản xuất và cung cấp công nghệ truyền động và động cơ toàn cầu, giải thích cách giảm thiểu sóng hài trong các ứng dụng biến tần.
Đèn huỳnh quang, nguồn điện chuyển mạch, lò hồ quang điện, bộ chỉnh lưu và bộ biến tần.Tất cả những điều này là ví dụ về các thiết bị có tải phi tuyến tính, có nghĩa là thiết bị hấp thụ điện áp và dòng điện ở dạng xung ngắn đột ngột.Chúng khác với các thiết bị có tải tuyến tính—chẳng hạn như động cơ, máy sưởi không gian, máy biến thế được cấp điện và bóng đèn sợi đốt.Đối với tải tuyến tính, mối quan hệ giữa dạng sóng điện áp và dòng điện là hình sin và dòng điện tại bất kỳ thời điểm nào cũng tỷ lệ thuận với điện áp được biểu thị bằng định luật Ohm.
Một vấn đề với tất cả các tải phi tuyến tính là chúng tạo ra dòng điện hài.Sóng hài là các thành phần tần số thường cao hơn tần số cơ bản của nguồn điện, trong khoảng 50 hoặc 60 Hertz (Hz) và được thêm vào dòng điện cơ bản.Những dòng điện bổ sung này sẽ gây biến dạng dạng sóng điện áp hệ thống và làm giảm hệ số công suất của nó.
Dòng điện hài chạy trong hệ thống điện có thể tạo ra các hiệu ứng không mong muốn khác, chẳng hạn như biến dạng điện áp tại các điểm kết nối với các phụ tải khác và quá nhiệt của cáp.Trong những trường hợp này, phép đo độ méo hài tổng (THD) có thể cho chúng ta biết mức độ méo của điện áp hoặc dòng điện do sóng hài gây ra.
Trong bài viết này, chúng ta sẽ nghiên cứu cách giảm sóng hài trong các ứng dụng biến tần dựa trên các khuyến nghị của ngành để theo dõi và giải thích chính xác các hiện tượng gây ra các vấn đề về chất lượng năng lượng.
Vương quốc Anh sử dụng Khuyến nghị Kỹ thuật (EREC) G5 của Hiệp hội Mạng lưới Năng lượng (ENA) như một phương pháp hay để quản lý biến dạng điện áp hài trong hệ thống truyền tải và mạng lưới phân phối.Ở Liên minh Châu Âu, các khuyến nghị này thường có trong các chỉ thị về tương thích điện từ (EMC), bao gồm các tiêu chuẩn khác nhau của Ủy ban Kỹ thuật Điện Quốc tế (IEC), chẳng hạn như IEC 60050. IEEE 519 thường là tiêu chuẩn Bắc Mỹ, nhưng đáng chú ý là IEEE 519 tập trung vào các hệ thống phân phối hơn là các thiết bị riêng lẻ.
Khi các mức sóng hài được xác định bằng mô phỏng hoặc phép đo, có nhiều cách để giảm thiểu chúng nhằm giữ chúng trong giới hạn chấp nhận được.Nhưng đâu là giới hạn chấp nhận được?
Vì không khả thi về mặt kinh tế hoặc không thể loại bỏ tất cả các sóng hài, nên có hai tiêu chuẩn quốc tế về EMC hạn chế sự biến dạng của điện áp nguồn điện bằng cách chỉ định giá trị tối đa của dòng điện hài.Chúng là tiêu chuẩn IEC 61000-3-2, phù hợp với thiết bị có dòng điện định mức lên đến 16 A (A) và ≤ 75 A mỗi pha, và tiêu chuẩn IEC 61000-3-12, phù hợp với thiết bị trên 16 A.
Giới hạn về sóng hài điện áp phải là giữ cho THD (V) của điểm ghép nối chung (PCC) ở mức ≤ 5%.PCC là điểm mà dây dẫn điện của hệ thống phân phối điện được kết nối với dây dẫn của khách hàng và bất kỳ sự truyền tải điện năng nào giữa khách hàng và hệ thống phân phối điện.
Khuyến nghị ≤ 5% đã được sử dụng làm yêu cầu duy nhất cho nhiều ứng dụng.Đây là lý do tại sao trong nhiều trường hợp, chỉ cần sử dụng biến tần có bộ chỉnh lưu 6 xung và điện kháng đầu vào hoặc cuộn cảm liên kết dòng điện một chiều (DC) là đủ để đáp ứng khuyến nghị về độ méo điện áp tối đa.Tất nhiên, so với biến tần 6 xung không có cuộn cảm trong liên kết, sử dụng biến tần có cuộn cảm liên kết DC (chẳng hạn như CFW11, CFW700 và CFW500 của WEG) có thể giảm đáng kể bức xạ sóng hài.
Mặt khác, có một số tùy chọn khác để giảm sóng hài hệ thống trong các ứng dụng biến tần mà chúng tôi sẽ giới thiệu ở đây.
Một giải pháp để giảm sóng hài là sử dụng biến tần với bộ chỉnh lưu 12 xung.Tuy nhiên, phương pháp này thường chỉ được sử dụng khi đã lắp đặt máy biến áp;cho nhiều biến tần được kết nối với cùng một liên kết DC;hoặc nếu lắp đặt mới cần có máy biến áp dành riêng cho biến tần.Ngoài ra, giải pháp này phù hợp với công suất thường lớn hơn 500 kilowatt (kW).
Một phương pháp khác là sử dụng biến tần điều khiển dòng điện hoạt động (AC) 6 xung với bộ lọc thụ động ở đầu vào.Phương pháp này có thể phối hợp các mức điện áp khác nhau - điện áp hài giữa trung bình (MV), điện áp cao (HV) và điện áp cực cao (EHV) - đồng thời hỗ trợ khả năng tương thích và loại bỏ các tác động bất lợi lên thiết bị nhạy cảm của khách hàng.Mặc dù đây là giải pháp giảm sóng hài truyền thống nhưng sẽ làm tăng tổn thất nhiệt và giảm hệ số công suất.
Điều này đưa chúng ta đến một cách hiệu quả hơn về chi phí để giảm sóng hài: sử dụng biến tần với bộ chỉnh lưu 18 xung, hoặc đặc biệt là ổ DC-AC được cấp nguồn bởi liên kết DC thông qua bộ chỉnh lưu 18 xung và máy biến áp lệch pha.Bộ chỉnh lưu xung là giải pháp giống nhau cho dù nó là 12 xung hay 18 xung.Mặc dù đây là giải pháp truyền thống để giảm sóng hài nhưng do giá thành cao nên thường chỉ được sử dụng khi đã lắp đặt máy biến áp hoặc khi lắp đặt mới cần có máy biến áp chuyên dụng cho biến tần.Công suất thường lớn hơn 500 kW.
Một số phương pháp triệt tiêu sóng hài làm tăng tổn thất nhiệt và giảm hệ số công suất, trong khi các phương pháp khác có thể cải thiện hiệu suất hệ thống.Một giải pháp tốt mà chúng tôi khuyên dùng là sử dụng bộ lọc tích cực WEG với ổ đĩa AC 6 xung.Đây là một giải pháp tuyệt vời để loại bỏ sóng hài được tạo ra bởi các thiết bị khác nhau
Cuối cùng, khi nguồn điện có thể được tái tạo vào lưới điện hoặc khi nhiều động cơ được điều khiển bởi một liên kết DC duy nhất, thì một giải pháp khác sẽ rất hấp dẫn.Nghĩa là, ổ đĩa tái tạo giao diện người dùng (AFE) đang hoạt động và bộ lọc LCL được sử dụng.Trong trường hợp này, trình điều khiển có bộ chỉnh lưu hoạt động ở đầu vào và tuân thủ các giới hạn được khuyến nghị.
Đối với các bộ biến tần không có liên kết DC - chẳng hạn như các bộ biến tần CFW500, CFW300, CFW100 và MW500 của WEG - chìa khóa để giảm sóng hài là điện trở mạng.Điều này không chỉ giải quyết vấn đề sóng hài mà còn giải quyết vấn đề năng lượng được lưu trữ trong phần phản kháng của biến tần và trở nên không hiệu quả.Với sự trợ giúp của điện kháng mạng, có thể sử dụng biến tần một pha tần số cao được tải bởi mạng cộng hưởng để nhận ra điện kháng có thể điều khiển được.Ưu điểm của phương pháp này là năng lượng tích trữ trong phần tử điện kháng thấp hơn và độ méo hài thấp hơn.
Có nhiều cách thực tế khác để đối phó với sóng hài.Một là tăng số lượng tải tuyến tính so với tải phi tuyến tính.Một phương pháp khác là tách các hệ thống cung cấp điện cho tải tuyến tính và phi tuyến tính để có các giới hạn THD điện áp khác nhau trong khoảng từ 5% đến 10%.Phương pháp này tuân thủ các khuyến nghị kỹ thuật (EREC) G5 và EREC G97 nêu trên, được sử dụng để đánh giá độ méo điện áp hài của các nhà máy và thiết bị cộng hưởng và phi tuyến.
Một phương pháp khác là sử dụng bộ chỉnh lưu có số lượng xung lớn hơn và đưa nó vào một máy biến áp có nhiều tầng thứ cấp.Máy biến áp nhiều cuộn dây với nhiều cuộn dây sơ cấp hoặc thứ cấp có thể được kết nối với nhau theo một kiểu cấu hình đặc biệt để cung cấp mức điện áp đầu ra theo yêu cầu hoặc để truyền tải nhiều tải ở đầu ra, từ đó cung cấp nhiều tùy chọn hơn trong hệ thống phân phối điện và linh hoạt.
Cuối cùng là hoạt động truyền động tái tạo của AFE đã đề cập ở trên.Ổ đĩa AC cơ bản không thể tái tạo, có nghĩa là chúng không thể trả lại năng lượng cho nguồn điện-điều này đặc biệt là không đủ, bởi vì trong một số ứng dụng, việc khôi phục năng lượng được trả lại là một yêu cầu cụ thể.Nếu năng lượng tái tạo cần được đưa trở lại nguồn điện xoay chiều, thì đây là vai trò của truyền động tái tạo.Bộ chỉnh lưu đơn giản được thay thế bằng bộ biến tần AFE và năng lượng có thể được phục hồi theo cách này.
Các phương pháp này cung cấp nhiều tùy chọn để chống lại sóng hài và phù hợp với các loại hệ thống phân phối điện khác nhau.Nhưng chúng cũng có thể tiết kiệm đáng kể năng lượng và chi phí trong các ứng dụng khác nhau và tuân thủ các tiêu chuẩn quốc tế.Những ví dụ này cho thấy miễn là sử dụng đúng công nghệ biến tần, vấn đề phi tuyến tính sẽ không khó giải quyết.
For more information, please contact: WEG (UK) LtdBroad Ground RoadLakesideRedditch WorcestershireB98 8YPT Tel: +44 (0)1527 513800 Email: info-uk@weg.net Website: https://www.weg.net
Quá trình và kiểm soát Hôm nay không chịu trách nhiệm về nội dung của các bài báo và hình ảnh được gửi hoặc sản xuất bên ngoài.Nhấp vào đây để gửi email thông báo cho chúng tôi về bất kỳ lỗi hoặc thiếu sót nào có trong bài viết này.