Bộ biến tần được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp hệ thống truyền tốc độ thay đổi trong sản xuất công nghiệp.Do các đặc tính chuyển đổi nguồn của mạch chỉnh lưu biến tần, một tải hệ thống rời rạc điển hình được tạo ra trên nguồn cấp chuyển đổi của nó.Bộ biến tần thường hoạt động đồng thời với các thiết bị khác như máy tính và 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 đại diện bởi 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 gốc rễ của sóng hài là 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 được phân tách thành các thành phần sóng hình sin bao gồm tần số cơ bản và các hài của một loạt các 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.Sóng hài có thể được chia thành hài chẵn và lẻ, số thứ ba, năm và bảy là hài lẻ, và số thứ hai, mười bốn, sáu và tám là hài 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 hơn sóng hài chẵn.Trong một hệ thống ba pha cân bằng, do tính đối xứng, các hài chẵn đã bị loại bỏ và chỉ tồn tại các hài lẻ.Đối với tải chỉnh lưu ba pha, dòng điện hài là 6n 1 sóng hài, 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 kiểm soát sóng hài
Điều khiển điều hòa biến tần cần chú ý 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 chuyển đổi tần số 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 cho phép 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, được trang bị bộ lọc tần số vô tuyến có thể làm cho bộ khởi động mềm đáp ứng mức độ thương mại, thường được sử dụng trong môi trường phi công nghiệp.
2 Biện pháp kiểm soát sóng hài
Các vấn đề về sóng hài có thể được quản lý, nhiễu bức xạ và nhiễu hệ thống cung cấp điện có thể được triệt tiêu 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 tích cực;
(2) Nâng máy biến áp, giảm trở kháng đặc tính của mạch và ngắt kết nối đường dây nguồn;
(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 tích cực
Bộ lọc thụ động phù hợp để thay đổi trở kháng đặc tính của nguồn điện chuyển đổi 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 các dòng 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 giữa tụ lọc, cuộn kháng và điện trở, và được mắc 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 khắc phục.Chìa khóa rất dễ bị quá tải, khi quá tải sẽ bị cháy dẫn đến hệ số công suất vượt quá tiêu chuẩn, phải bồi thường và bị phạt.Ngoài ra, các bộ lọc thụ động nằm ngoài tầm kiểm soát, do đó, theo thời gian, các thay đổi về độ giòn bổ sung hoặc tải mạng sẽ thay đổi sự cộng hưởng của chuỗi và làm giảm hiệu ứng của bộ lọc.Quan trọng hơn, bộ lọc thụ động chỉ lọc được một thành phần hài bậc cao (nếu có lọc thì chỉ lọc được hài thứ ba), do đó nếu lọc các tần số hài bậc cao khác nhau thì có thể sử dụng các bộ lọc khác nhau để tăng đầu tư trang thiết bị.
Có nhiều loại bộ lọc tích cực ở các quốc gia khác nhau trên thế giới, có thể theo dõi và bù các dòng xung có tần số và biên độ khác nhau, và các đặc tính bù sẽ không bị ảnh hưởng bởi trở kháng đặc tính của lưới điện.Lý thuyết cơ bản về bộ lọc kỹ thuật công suất hoạt động ra đời vào những năm 1960, tiếp theo là sự cải tiến của công nghệ mạch tích hợp điều khiển hoàn toàn công suất đầu ra lớn, trung bình và nhỏ, cải tiến hệ thống điều khiển điều chế độ rộng xung và sóng hài dựa trên lý thuyết tải phản kháng tốc độ tức thời.Đề xuất rõ ràng về phương pháp giám sát tốc độ tức thời hiện tại đã dẫn đến sự phát triển nhanh chóng của các bộ lọc kỹ thuật năng lượng tích cực.Khái niệm cơ bản của nó là theo dõi dòng sóng 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 ngược với dòng sóng 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.Phần 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 chóng.
Ở giai đoạn này, ở khía cạnh điều khiển dòng xung đặc biệt, các bộ lọc thụ động và bộ lọc tích cực đã xuất hiện dưới dạng ứng dụng bổ sung và hỗn hợp, tận dụng triệt để các ưu điểm của bộ lọc tích cực như cấu trúc đơn giản và rõ ràng, bảo trì dễ dàng, chi phí thấp , và hiệu suất bồi thường tốt.Nó loại bỏ các khiếm khuyết về khối lượng lớn và tăng chi phí của bộ lọc hoạt động, đồng thời kết hợp cả hai lại với nhau để làm cho toàn bộ phần mềm hệ thống đạt được hiệu suất tuyệt vời.
2.2 Giảm trở kháng của vòng lặp và phương pháp cắt đường truyền
Nguyên nhân sâu xa của việc phát sinh sóng hài là do sử dụng các tải phi tuyến tính nên giải pháp cơ bản là tách đường dây tải phát sinh sóng hài ra khỏi đường dây tải nhạy cảm với sóng hài.Dòng điện bị biến dạng do tải phi tuyến tạo ra sẽ 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, cũng có thể duy trì các biện pháp để giảm hư hỏng dòng điện xung bằng cách tăng diện tích mặt cắt ngang của cáp và giảm trở kháng mạch vòng.Hiện tại, các phương pháp như tăng công suất máy biến áp, tăng diện tích mặt cắt ngang của cáp, đặc biệt là tăng diện tích mặt cắt ngang của cáp trung tính và lựa chọn các bộ phận bảo vệ như cầu dao và cầu chì được sử dụng rộng rãi ở Trung Quốc.Tuy nhiên, phương pháp này không thể loại bỏ cơ bản sóng hài mà làm giảm các đặc tính và chức năng bảo vệ, tăng đầu tư và tăng các mối 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 cung cấp điện cho mạch riêng lẻ, vì vậy 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 sóng hài hiện nay.
2.3 Áp dụng công suất biến tần 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.Lò phản ứng AC tích hợp của bộ biến tần có thể triệt tiêu tốt sóng hài 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 cảm rõ ràng là cao hơn so với dòng có cuộn kháng.Để giảm nhiễu do ô nhiễm sóng hài, 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, chỉnh lưu 12 xung hoặc 18 xung thường được sử dụng, do đó làm giảm hàm lượng sóng hài trong nguồn điện bằng cách loại bỏ các sóng hài thấp.Ví dụ 12 xung thì hài thấp nhất là hài thứ 11, 13, 23, 25.Tương tự, đối với 18 xung đơn, ít sóng hài nhất là sóng hài thứ 17 và 19.
Công nghệ điều hòa thấp được sử dụng trong khởi động mềm có thể được tóm tắt như sau:
(1) Phép nhân chuỗi của 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 sóng 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 chuỗi đơn xung và tái sử dụng mạch nguồn, dòng 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 sóng hài, đảm bảo kỹ thuật phủ xanh biến tần trong quá trình thiết kế, giải quyết cơ bản vấn đề sóng hài.
3. Kết luận
Nói chung, chúng ta có thể hiểu rõ nguyên nhân của sóng hài.Về mặt hoạt động thực tế, mọi người có thể chọn bộ lọc thụ động và bộ lọc tích cực để giảm trở kháng đặc tính của vòng lặp, cắt đứt đường truyền tương đối của sóng hài, phát triển và áp dụng bộ khởi động mềm màu xanh lá cây mà không gây ô nhiễm sóng hài và biến sóng hài được tạo ra bởi bộ khởi động được điều khiển trong một phạm vi nhỏ.
Thời gian đăng: 13-04-2023