Bộ biến tần được sử dụng rộng rãi trong ngành hệ thống truyền dẫn tốc độ thay đổi trong sản xuất công nghiệp.Do đặc tính chuyển mạch nguồn của mạch chỉnh lưu biến tần, tải hệ thống riêng biệt điển hình được tạo ra trên nguồn điện chuyển mạch của nó.Bộ biến tần thường hoạt động đồng thời với các thiết bị khác như máy tính, cảm biến tại chỗ.Các thiết bị này hầu hết được lắp đặt gần nhau và có thể ảnh hưởng lẫn nhau.Do đó, thiết bị điện tử công suất được biểu thị bằng bộ biến tần là một trong những nguồn sóng hài quan trọng trong lưới điện công cộng và ô nhiễm sóng hài do thiết bị điện tử công suất tạo ra đã trở thành trở ngại chính cho sự phát triển của chính công nghệ điện tử công suất.
1.1 Sóng hài là gì
Nguyên nhân sâu xa của sóng hài là do tải hệ thống rời rạc.Khi dòng điện chạy qua tải, không có mối quan hệ tuyến tính với điện áp đặt vào và dòng điện không phải là sóng hình sin chạy qua, tạo ra sóng hài cao hơn.Tần số hài là bội số nguyên của tần số cơ bản.Theo nguyên lý phân tích của nhà toán học người Pháp Fourier (M.Fourier), bất kỳ dạng sóng lặp đi lặp lại nào cũng có thể bị phân tách thành các thành phần sóng hình sin bao gồm tần số cơ bản và sóng hài của một chuỗi bội số tần số cơ bản.Sóng hài là dạng sóng hình sin và mỗi dạng sóng hình sin thường có tần số, biên độ và góc pha khác nhau.Hài âm có thể được chia thành hài âm chẵn và lẻ, số thứ ba, thứ năm và thứ bảy là hài âm lẻ, và số thứ hai, mười bốn, thứ sáu và thứ tám là hài âm chẵn.Ví dụ: khi sóng cơ bản là 50Hz, sóng hài thứ hai là 10Hz và sóng hài thứ ba là 150Hz.Nói chung, sóng hài lẻ có hại nhiều hơn sóng hài chẵn.Trong hệ thống ba pha cân bằng, do tính đối xứng nên các hài chẵn bị loại bỏ và chỉ tồn tại các hài lẻ.Đối với tải chỉnh lưu ba pha, dòng điện hài là sóng hài 6n 1, chẳng hạn như 5, 7, 11, 13, 17, 19, v.v. Phím khởi động mềm gây ra sóng hài thứ 5 và thứ 7.
1.2 Các tiêu chuẩn liên quan về điều khiển sóng hài
Điều khiển sóng hài biến tần cần chú ý đến các tiêu chuẩn sau: tiêu chuẩn chống nhiễu: EN50082-1, -2, EN61800-3: tiêu chuẩn bức xạ: EN5008l-1, -2, EN61800-3.Đặc biệt là IEC10003, IEC1800-3 (EN61800-3), IEC555 (EN60555) và IEEE519-1992.
Các tiêu chuẩn chống nhiễu chung EN50081 và EN50082 và tiêu chuẩn bộ biến tần EN61800 (1ECl800-3) xác định mức độ bức xạ và chống nhiễu của thiết bị hoạt động trong các môi trường khác nhau.Các tiêu chuẩn nêu trên xác định mức bức xạ chấp nhận được trong các điều kiện môi trường khác nhau: mức L, không giới hạn bức xạ.Nó phù hợp cho người dùng sử dụng bộ khởi động mềm trong môi trường tự nhiên không bị ảnh hưởng và người dùng tự mình giải quyết các hạn chế về nguồn bức xạ.Lớp h là giới hạn được chỉ định bởi EN61800-3, môi trường thứ nhất: phân phối giới hạn, môi trường thứ hai.Là một tùy chọn cho bộ lọc tần số vô tuyến, việc trang bị bộ lọc tần số vô tuyến có thể làm cho bộ khởi động mềm đáp ứng được mức độ thương mại, thường được sử dụng trong môi trường phi công nghiệp.
2 Biện pháp kiểm soát sóng hài
Các vấn đề hài hòa có thể được quản lý, nhiễu bức xạ và nhiễu hệ thống cung cấp điện có thể được ngăn chặn và có thể áp dụng các biện pháp kỹ thuật như che chắn, cách ly, nối đất và lọc.
(1) Áp dụng bộ lọc thụ động hoặc bộ lọc chủ động;
(2) Nâng máy biến áp, giảm trở kháng đặc tính của mạch và ngắt đường dây điện;
(3) Sử dụng bộ khởi động mềm màu xanh lá cây, không gây ô nhiễm dòng xung.
2.1 Sử dụng bộ lọc thụ động hoặc chủ động
Bộ lọc thụ động thích hợp để thay đổi trở kháng đặc tính của nguồn điện chuyển mạch ở tần số đặc biệt và phù hợp với các hệ thống ổn định và không thay đổi.Bộ lọc hoạt động phù hợp để bù tải hệ thống rời rạc.
Bộ lọc thụ động phù hợp với các phương pháp truyền thống.Bộ lọc thụ động xuất hiện đầu tiên vì cấu trúc đơn giản và rõ ràng, đầu tư dự án thấp, độ tin cậy vận hành cao và chi phí vận hành thấp.Chúng vẫn là phương tiện chính để triệt tiêu dòng điện xung.Bộ lọc LC là một thiết bị triệt tiêu sóng hài bậc cao thụ động truyền thống.Nó là sự kết hợp thích hợp của tụ lọc, cuộn kháng và điện trở và được kết nối song song với nguồn sóng hài bậc cao.Ngoài chức năng lọc, nó còn có chức năng bù không hợp lệ.Các thiết bị như vậy có một số nhược điểm không thể vượt qua.Chìa khóa rất dễ bị quá tải, khi quá tải sẽ bị cháy, khiến hệ số công suất vượt tiêu chuẩn, phải bồi thường, phạt.Ngoài ra, các bộ lọc thụ động nằm ngoài tầm kiểm soát nên theo thời gian, các thay đổi về độ giòn hoặc tải mạng bổ sung sẽ làm thay đổi cộng hưởng nối tiếp và giảm hiệu ứng bộ lọc.Quan trọng hơn, bộ lọc thụ động chỉ có thể lọc một thành phần sóng hài bậc cao (nếu có bộ lọc thì chỉ lọc được sóng hài bậc ba), do đó nếu lọc các tần số sóng hài bậc cao khác nhau thì có thể sử dụng các bộ lọc khác nhau để tăng đầu tư thiết bị.
Trên thế giới có nhiều loại bộ lọc tích cực, có thể theo dõi và bù các dòng xung có tần số và biên độ khác nhau, đồng thời đặc tính bù sẽ không bị ảnh hưởng bởi trở kháng đặc tính của lưới điện.Lý thuyết cơ bản về các bộ lọc kỹ thuật công suất tác dụng ra đời vào những năm 1960, sau đó là sự cải tiến của công nghệ mạch tích hợp điều khiển toàn bộ công suất đầu ra lớn, trung bình và nhỏ, cải tiến hệ thống điều khiển điều chế độ rộng xung và các sóng hài dựa trên Lý thuyết tải phản kháng tốc độ tức thờiĐề xuất rõ ràng về phương pháp giám sát tốc độ tức thời hiện nay đã dẫn đến sự phát triển nhanh chóng của các bộ lọc kỹ thuật công suất tác dụng.Khái niệm cơ bản của nó là giám sát dòng điện hài bắt nguồn từ mục tiêu bù và thiết bị bù tạo ra một dải tần của dòng bù có cùng kích thước và cực tính ngược lại với dòng điện hài, để bù dòng xung do dòng xung gây ra nguồn của đường dây ban đầu, sau đó tạo ra dòng điện của mạng điện. Chỉ bao gồm các phần cơ bản.Bộ phận chính là bộ tạo sóng hài và hệ thống điều khiển tự động, nghĩa là nó hoạt động thông qua công nghệ xử lý hình ảnh kỹ thuật số điều khiển triode lớp cách điện nhanh.
Ở giai đoạn này, trong khía cạnh điều khiển dòng xung đặc biệt, các bộ lọc thụ động và bộ lọc chủ động đã xuất hiện dưới dạng ứng dụng bổ sung và hỗn hợp, tận dụng tối đa các ưu điểm của bộ lọc chủ động như cấu trúc đơn giản và rõ ràng, dễ bảo trì, chi phí thấp. , và hiệu suất bồi thường tốt.Nó loại bỏ các khiếm khuyết về khối lượng lớn và chi phí tăng lên của bộ lọc hoạt động, đồng thời kết hợp cả hai lại với nhau để làm cho toàn bộ phần mềm hệ thống có được hiệu suất tuyệt vời.
2.2 Giảm trở kháng của vòng lặp và phương pháp cắt đường truyền
Nguyên nhân cốt lõi của việc tạo ra sóng hài là do sử dụng tải phi tuyến tính, do đó, giải pháp cơ bản là tách đường dây điện của tải tạo sóng hài khỏi đường dây điện của tải nhạy cảm với sóng hài.Dòng điện bị biến dạng do tải phi tuyến tạo ra tạo ra sự sụt giảm điện áp bị biến dạng trên trở kháng của cáp và dạng sóng điện áp bị biến dạng tổng hợp được áp dụng cho các tải khác được kết nối với cùng một đường dây, nơi có dòng điện hài cao hơn chạy qua.Do đó, các biện pháp giảm hư hỏng dòng điện xung cũng có thể được duy trì bằng cách tăng diện tích mặt cắt của cáp và giảm trở kháng vòng lặp.Hiện nay, các phương pháp như tăng công suất máy biến áp, tăng diện tích mặt cắt của cáp, đặc biệt là tăng diện tích mặt cắt của cáp trung tính và lựa chọn các bộ phận bảo vệ như cầu dao, cầu chì được sử dụng rộng rãi ở Trung Quốc.Tuy nhiên, phương pháp này về cơ bản không thể loại bỏ sóng hài mà làm giảm đặc tính và chức năng bảo vệ, tăng đầu tư và tăng những nguy hiểm tiềm ẩn trong hệ thống cung cấp điện.Kết nối tải tuyến tính và tải phi tuyến tính từ cùng một nguồn điện
Các điểm đầu ra (PCC) bắt đầu cấp nguồn riêng cho mạch, do đó điện áp ngoài khung từ các tải rời rạc không thể được chuyển sang tải tuyến tính.Đây là một giải pháp lý tưởng cho vấn đề hài hòa hiện nay.
2.3 Sử dụng nguồn điện biến tần màu xanh ngọc lục bảo mà không gây ô nhiễm sóng hài
Tiêu chuẩn chất lượng của biến tần xanh là dòng điện đầu vào và đầu ra là sóng hình sin, hệ số công suất đầu vào có thể điều khiển được, hệ số công suất có thể được đặt thành 1 dưới bất kỳ tải nào và tần số đầu ra của tần số nguồn có thể được điều khiển tùy ý.Cuộn kháng AC tích hợp của bộ biến tần có thể triệt tiêu sóng hài tốt và bảo vệ cầu chỉnh lưu khỏi ảnh hưởng của sóng dốc tức thời của điện áp nguồn.Thực tế cho thấy dòng điện hài không có cuộn kháng rõ ràng là cao hơn so với dòng điện có cuộn kháng.Để giảm nhiễu do ô nhiễm sóng hài, một bộ lọc nhiễu được lắp đặt trong mạch đầu ra của bộ biến tần.Khi bộ biến tần cho phép, tần số sóng mang của bộ biến tần sẽ giảm.Ngoài ra, trong các bộ biến tần công suất cao, người ta thường sử dụng chỉnh lưu 12 xung hoặc 18 xung, do đó làm giảm hàm lượng sóng hài trong nguồn điện bằng cách loại bỏ các sóng hài thấp.Ví dụ: 12 xung, sóng hài thấp nhất là sóng hài thứ 11, 13, 23 và 25.Tương tự, đối với 18 xung đơn, một số ít sóng hài là sóng hài thứ 17 và 19.
Công nghệ sóng hài thấp được sử dụng trong bộ khởi động mềm có thể được tóm tắt như sau:
(1) Việc nhân chuỗi mô-đun nguồn điện biến tần chọn 2 hoặc khoảng 2 mô-đun nguồn điện biến tần được kết nối nối tiếp và loại bỏ các thành phần hài theo sự tích lũy dạng sóng.
(2) Mạch chỉnh lưu tăng.Bộ khởi động mềm điều chế độ rộng xung sử dụng bộ chỉnh lưu 121 xung, 18 xung hoặc 24 xung để giảm dòng xung.
(3) Tái sử dụng các mô-đun nguồn biến tần nối tiếp, bằng cách sử dụng 30 mô-đun nguồn biến tần nối tiếp xung đơn và tái sử dụng mạch nguồn, dòng điện xung có thể giảm.
(4) Sử dụng phương pháp điều chế chuyển đổi tần số DC mới, chẳng hạn như điều chế kim cương của vật liệu vectơ điện áp làm việc.Hiện nay, nhiều nhà sản xuất biến tần rất coi trọng vấn đề hài hòa và đảm bảo về mặt kỹ thuật việc phủ xanh biến tần trong quá trình thiết kế và giải quyết cơ bản vấn đề hài hòa.
3. Kết luận
Nói chung, chúng ta có thể hiểu rõ nguyên nhân gây ra sóng hài.Về mặt vận hành thực tế, mọi người có thể chọn các bộ lọc thụ động và bộ lọc chủ động để giảm trở kháng đặc tính của vòng lặp, cắt đường truyền sóng hài tương đối, phát triển và áp dụng bộ khởi động mềm màu xanh lá cây mà không gây ô nhiễm sóng hài và biến các sóng hài mềm được tạo ra bởi bộ khởi động được điều khiển trong phạm vi nhỏ.
Thời gian đăng: 13-04-2023