Tài liệu Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật thiết kế bộ lọc sóng hài thông thấp băng rộng

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP Tóm tắt đề tài: THIẾT KẾ BỘ LỌC SÓNG HÀI THÔNG THẤP BĂNG RỘNG Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Duy Cương Học viên thực hiện: Trần Mạnh Hiếu Thái Nguyên: 2010 NỘI DUNG: • Sóng hài: Khái niệm, nguyên nhân, hiệu ứng. • Các bộ lọc sóng hài • Các bộ lọc sóng hài thụ động truyền thống • Bộ lọc sóng hài thông thấp, băng rộng đề xuất. • So sánh bộ lọc truyền thống và đề xuất dựa theo kết quả mô phỏng. • Kết luận SÓNG HÀI VÀ BẬC CỦA SÓNG HÀI : • Trong hệ thống lưới điện lý tưởng thì chúng ta coi chỉ có điện áp và dòng điện hình sin với tần số cơ bản (ở Việt nam là 50Hz). • Tuy nhiên trong thực tế do ảnh hưởng của một số nguyên nhân làm phát sinh ra các sóng dòng điện hình sin có tần số là k50Hz trong đó k là các số lẻ 3, 5 ,7 ,9,… • Thường thì ta hay gọi tắt các hàm so tuần hoàn hình sin là sóng hài, thí dụ sóng hài bậc 5 là các hàm số đó có tần số dao động gấp 5 lần tần số cơ bản. NGUYÊN NHÂN GÂY SÓNG HÀI: • Một cách tổng quát thành phần điện áp và dòng điện hài được sinh ra bởi các tải phi tuyến nối với hệ thống phân phối điện. • Các tải phi tuyến thông thường bao gồm các thiết bị điện tử công nghiệp, các lò điện, quá trình khởi động động cơ, máy hàn, ... • Hình bên là bộ biến tần được sử dụng điều khiển tốc độ động cơ điện không đồng bộ - đây là một dạng tải phi tuyến điển hình trong thực tế. HIỆU ỨNG CỦA SÓNG HÀI Tải phi tuyến làm phát sinh ra các sóng sin có tần số là k50Hz trong đó k là các số lẻ 3, 5 ,7 , 9, ... điều này làm dòng điện lưới không phải là hình sin nữa mà biến thiên theo dạng hàm tuần hoàn • Đối với động cơ điện sóng hài sẽ sinh ra các mômen không sinh công gây ra tổn hao về mặt công suất. • Với máy biến áp sóng hài sẽ gây tổn hao công suất dưới dạng nhiệt. • Với các thiết bị đo, các hệ thống máy tính, các tải đòi hỏi chất lượng điện áp cao nếu có sóng hài bậc cao có thể sẽ làm chúng hoạt động không chính xác. • sóng hài bậc cao còn làm giảm hệ số công suất hệ thống • Thành phần điện áp và dòng điện hài được sinh ra bởi các tải phi tuyến nối với hệ thống phân phối điện. • Các bộ biến đổi năng lượng điện sử dụng dưới các dạng khác nhau trong hệ thống điện làm tăng nhiễu sóng hài bằng cách bơm trực tiếp dòng điện hài vào lưới. • Sóng hài là một dạng nhiễu không mong muốn, ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng lưới điện BỘ LỌC SÓNG HÀI THỤ ĐỘNG • Về cơ bản, trong các bộ lọc thụ động, việc ngăn dòng hài bơm vào lưới bằng cách sử dụng cuộn cảm có giá trị cảm kháng lớn đồng thời định hướng chúng đi vào một đường mắc song song với trở kháng thấp. • Các bộ lọc đơn tần chỉ có hiệu quả trong một lân cận nhỏ của tần số tính toán ứng với bộ lọc đó. • Ngược lại, bộ lọc dải thụ động có băng thông rộng làm suy giảm hầu hết các sóng hài trong dải tần. BỘ LỌC SÓNG HÀI THỤ ĐỘNG TRUYỀN THỐNG Cấu trúc bộ lọc sóng hài thông thấp, định hướng bậc 5 kết hợp bậc 7. Mỗi nhánh lọc riêng rẽ được dùng các sóng hài tương ứng. +Bộ lọc sóng hài thông thấp, định hướng bậc 5 kết hợp bậc 7 Trở kháng của nhánh song song nhìn từ phía phụ tải về phía lưới điện Bộ lọc sóng hài thông thấp, định hướng bậc 5 kết hợp bậc 7 Dòng điện vào bộ biến đổi (trái) và phổ của nó (phải) BỘ LỌC SÓNG HÀI THỤ ĐỘNG TRUYỀN THỐNG Bộ lọc sóng hài thông thấp dải rộng đơn giản BỘ LỌC SÓNG HÀI THỤ ĐỘNG TRUYỀN THỐNG Trở kháng của bộ lọc nhìn từ phía phụ tải về phía lưới điện Bộ lọc sóng hài thông thấp dải rộng đơn giản Dòng điện vào bộ biến đổi (trái) và phổ của nó (phải) ĐỀ XUẤT BỘ LỌC SÓNG HÀI THÔNG THẤP BĂNG RỘNG Ln Li V1 P1 V2 BỘ BIẾN ĐỔI P2 P3 V3 Lf Hướng đi chính của sóng hài Rd Cf SO SÁNH CẤU TRÚC CÁC BỘ LỌC Ln Li V1 P1 V2 BỘ BIẾN ĐỔI P2 P3 V3 Lf Hướng đi chính của sóng hài Rd Cf _ Điều khác biệt về cấu trúc của bộ lọc đề xuất so với cấu trúc kết hợp bộ lọc bậc 5 và bậc 7 ở chỗ: - Thứ nhất thay vì dùng 02 mạch lọc LC rẽ nhánh song song, bộ lọc đề xuất chỉ dùng 01. - Thứ hai ta đưa thêm điện trở Rd mắc giữa đầu vào bộ lọc với các tụ điện C của mạch rẽ song song. Ý TƯỞNG THIẾT KẾ BỘ LỌC THÔNG THẤP BĂNG RỘNG THÔNG THẤP ĐỀ XUẤT • Ý tưởng sâu xa đằng sau thiết kế đề xuất này là sự kết hợp hài hòa các ưu điểm đồng thời khắc phục được nhược điểm của các bộ lọc thụ động truyền thống. • Cấu trúc đề xuất với hy vọng đạt được hiệu quả lọc cao, giá thành hạ so với cấu trúc kết hợp bộ lọc bậc 5 và bậc 7, điện áp đầu ra của bộ lọc không tăng khi bộ biến đổi làm việc ở chế độ không tải hay non tải, đặc biệt là loại bỏ hoàn toàn sự cộng hưởng điện áp không mong muốn. THIẾT KẾ BỘ LỌC SÓNG HÀI THÔNG THẤP BĂNG RỘNG ĐỀ XUẤT - Các phần tử cần tính chọn thông số bao gồm các điện cảm, tụ điện, điện trở được chỉ ra trên sơ đồ cấu trúc. - Các số liệu của nguồn điện cần thiết cho việc tính toán bao gồm: Điện áp nguồn, tần số, hệ số công suất, trở kháng nguồn, hệ số sóng hài điện áp nguồn được yêu cầu, …. - Đối với bộ biến đổi cần biết: Cấu trúc của bộ biến đổi, công suất định mức của tải, hệ số sóng hài dòng điện chỉnh lưu khi tải đầy, … - Và thông số quan trọng không thể thiếu được đó là độ méo dòng sóng hài tổng yêu cầu cần đạt được. • Dựa trên các kết quả phân tích, tính toán đã thực hiện, thông qua máy tính và phần mềm mô phỏng đánh giá các chỉ tiêu kỹ thuật của các bộ lọc sóng hài tần thấp băng rộng truyền thống cũng như bộ lọc đề xuất ứng với các trường hợp không tải, non tải, và tải định mức, đồng thời hiệu chỉnh các thông số các phần tử của bộ lọc. • Việc mô phỏng được thực hiện với bộ biến đổi cùng các phụ tải lần lượt 5.5kw, 55kw, và 500kw. • Tại bước này ưu điểm nổi bật của thiết kế mới được khảng định so với các thiết kế truyền thống. THIẾT KẾ BỘ LỌC – CÁC BƯỚC PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ THIẾT KẾ BỘ LỌC – THIẾT KẾ, TÍNH CHỌN THÔNG SỐ Bắt đầu Dữ liệu đưa ra PR, VLL, fe, Zs, nguồn Vn%,  rms ,  1 ,dòng chỉnh lưu In%, L0%, Lij, Lfj, Cfj, đường dây THDI, và tiêu chuẩn V0 %. Tìm giá trị định mức Vdc, Idc, IFL, IR, và Zb. Xác định Lij trong tỉ lệ phần trăm sử dụng Zb. Cf = Cf +[  Cf = +0,2%  Cij] Li % = Li % + [  Li = - 0,5 % ] Lf % = Lf % + [  Lf = - 0,2 % ] Ckt. Phân tích @ fe ( Hình 3.7 ) Ckt. Phân tích @ nfe ( Hình 3.8 ) Ckt. Phân tích @ fe ( Hình 3.9 ) Biểu diễn tính toán Đường TH1 được thể hiện qua công thức (3.2). Đường PF được thể hiện qua công thức (3.6).  V0 % từ công thức (3.7).  từ công thức (3.11). Đúng THD1< THDmax  V0%<  Vmax Kết quả lưu trữ Sai Sai Lf % < Lf min Đúng Sai Li % < Li min Đúng Sai Cf >Cfmax Đúng Hiển thị kết quả So sánh kết quả mô phỏng của bộ lọc truyền thống và bộ lọc đề xuất - Kết quả mô phỏng trở kháng ra (nhìn từ bộ điều chỉnh về lưới điện) của bộ lọc truyền thống (TF), và bộ lọc đề xuất (IBF). - Kết quả ưu việt thể hiện tại tần số 250 Hz (tương ứng với sóng hài bậc 5), trở kháng ra của bộ lọc đề xuất nhỏ hơn đáng kể so với trở kháng của bộ lọc truyền thống, và tại tần số 350 Hz (bậc 7) có giá trị nhỏ hơn một chút. + So sánh kết quả mô phỏng của bộ lọc truyền thống và bộ lọc đề xuất Trở kháng của bộ lọc nhìn từ lưới điện về phía phụ tải