Khắc Phục: sự cố sóng hài và nhiễu điện từ do sử dụng biến tần (P2)

Trần Lân

Thành Viên [LV 0]
Link bài viết trước: https://hvacr.vn/diendan/threads/kh...-nhieu-dien-tu-do-su-dung-bien-tan-p1.156051/

5. Các giải pháp giảm thiểu sóng hài của MES-Engineering

Đối với hệ thống đang được thiết kế:

Ngay từ đầu, khi thiết kế hệ thống điện cho nhà máy, các kỹ sư điện phải xác định loại tải tuyến tính, tải phi tuyến tính và công suất mỗi loại. Căn cứ vào công suất mỗi loại tải và yêu cầu độ biến dạng sóng hài để tính toán máy biến áp và các thiết bị khác kèm theo.

Đối với các hệ thống hiện hữu: Tùy vào các mức cường độ, bậc hài mà chúng ta sẽ có các giải pháp tương ứng:
  • Với mức THDi thấp tương ứng THDi < 5%, Không cần khắc phục, xử lý
  • Với mức THDi từ 5% … ≤ 10%. Với mức sóng hài này thường chưa ảnh hưởng nhiều đến thiết bị trừ Tụ bù công suất phản kháng. Biện pháp ưu tiên là sử dụng Tụ điện dùng film với màng Polypropylene được kim loại hóa bằng hợp kim Zn / Al.
Picture8.png
  • Với mức THDi trung bình: tương ứng THDi 10% … ≤ 20%. Với mức sóng hài này sẽ ảnh hưởng lớn hệ thống tụ bù công suất và các nhà máy sản xuất công nghệ cao, chính xác. Với mức sóng hài này cần phải: lắp bổ sung kháng điện cho biến tần 6 xung hoặc thay thế bằng các biến tần 12 xung trở lên; lắp bổ sung cuộn kháng cho hệ thống tụ bù công suất.
Picture10.jpg
  • Với mức THDi : Sử dụng bộ lọc bị động hoặc chủ động. Với mức THDi > 20% trên hệ thống thường gây nên các MCB tác động sai, máy biến áp quả tải, động cơ rung lắc, PLC thay đổi trạng thái bất thường, tổn thất điện năng và đặc biệt các tụ bù bị phồng, nổ. Để giải quyết triệt để trong trường hợp này cần phải dùng bộ lọc hài tích cực. Bộ lọc sóng hài tích cực AHF là giải pháp hoàn chỉnh nhất để giải quyết những vấn đề chất lượng điện. Với nguyên lý hoạt động phân tích bậc dòng hài, tạo dòng hài có cường độ tương đương nhưng ngược cực tính để triệt tiêu dòng hài, hiệu quả lên đến 97%.
Picture11.jpg

Bộ lọc bị động REVCON​

Ngoài ra chúng ta cũng có thể sử dụng các bộ lọc bị động. Phân tích dòng điện đầu vào của các bộ chỉnh lưu kiểu 6 xung lắp cho các biến tần ta thấy có các thành phần sóng hài bậc 5, bậc 7 và bậc 11 là lớn nhất. Do vậy có thể thiết kế các bộ lọc lọc riêng từng thành phần sóng hài này và phương án được lựa chọn là sử dụng ba mạch lọc cộng hưởng kiểu L-C có tần số cộng hưởng tương ứng bằng 5 lần, 7 lần và 11 lần tần số lưới. Ưu điểm của phương án này là đơn giản và có độ tin cậy cao, đảm bảo lọc được các thành phần sóng hài đã thiết kế. Nhược điểm của phương án này là hiệu quả lọc giảm khi tần số lưới thay đổi, các phần tử có kích thước lớn, cồng kềnh nên giá thành cũng không nhỏ và nó chỉ được lựa chọn cho các ứng dụng có công suất rất lớn như các lò nấu, luyện thép,…

Đối với biến tần ta có các phương pháp giảm thiểu sóng hài như:

Sử dụng biến tần với bộ chỉnh lưu tích cực

Bộ chỉnh lưu tích cực với nhiều ưu điểm nổi trội là dòng điện đầu vào với mức độ sóng hài thấp, cho phép biến đổi năng lượng theo cả hai chiều và điều chỉnh được công suất phản kháng hiện nay là lựa chọn ưa thích cho nhiều ứng dụng sử dụng biến tần trong công nghiệp. Về mặt phát thải sóng hài, các bộ chỉnh lưu tích cực có mức phát thải sóng hài thấp với THD<4% nên nó đáp ứng cho tất cả các ứng dụng và hệ thống điện có yêu cầu khắt khe nhất về mức độ phát thải sóng hài. Nhược điểm duy nhất của các bộ chỉnh lưu tích cực là giá thành khá cao và khi không sử dụng những ưu thế khác ngoài ưu thế về mức độ phát thải sóng hài thấp thì nó thường không được lựa chọn cho các bộ biến tần.

Sử dụng biến tần với bộ chỉnh lưu nhiều xung


Bộ chỉnh lưu nhiều xung được tạo ra bằng cách tạo ra các hệ thống điện áp ba pha nhưng lệch nhau một góc bằng một phần nguyên lần của góc dẫn trong chỉnh lưu 6 xung. Vì chỉnh lưu 6 xung có góc dẫn là 60 nên nếu ta tạo ra hai hệ thống điện áp đầu vào ba pha lệch nhau một góc bằng 30o (60o/2) ta sẽ tạo ra được chỉnh lưu 12 xung và nếu tạo ra ba hệ thống điện áp ba pha lệch nhau 20o (60o/3) ta sẽ có chỉnh lưu 18 xung. Để tạo ra hệ thống hai điện áp ba pha lệch nhau 30o của chỉnh lưu 12 xung ta sử dụng biến áp đầu vào với hai cuộn thứ cấp trong đó một cuộn đấu sao và một cuộn đấu tam giác. Trên hình là dạng sóng dòng diện của chỉnh lưu 12 xung, dòng điện của từng hệ thống điện ba pha này vẫn có tỷ lệ sóng hài cao (THD = 76%) như trường hợp chỉnh lưu sáu xung nhưng khi cộng lại qua biến áp thì dòng điện đầu vào của biến áp có tỷ lệ sóng hài thấp (THD = 12%). Tăng giá trị điện cảm đầu vào từng nhánh ta có thể giảm trị số THD dòng tổng cộng hơn nữa nhưng giá trị THD hiệu quả nhất với chỉnh lưu 12 xung là khoảng 10%. Với chỉnh lưu 18 xung, 24 xung cách làm cũng tương tự nhưng việc đấu nối các cuộn đầu ra của biến áp sử dụng cách đấu zic-zac phức tạp hơn nhiều so với trường hợp chỉnh lưu 12 xung.

Picture12.png


Chỉnh lưu 12 xung

Picture13.png


Dạng sóng dòng điện của chỉnh lưu 12 xung​

Sử dụng các cuộn cảm


Phương án đơn giản nhất để giảm sóng hài dòng điện đầu vào của các biến tần là lắp các cuộn cảm đầu vào hoặc cuộn cảm trong mạch một chiều trung gian của biến tần. Giá trị điện cảm càng tăng thì tỷ lệ sóng hài càng giảm. Với quan hệ của tỷ lệ sóng hài theo tích của giá trị điện cảm và công suất động cơ, ta thấy giá trị điện cảm tăng sẽ làm THD giảm hiệu quả nhất tới khoảng 40%. Từ khoảng THD dưới 30% phải tăng giá trị điện cảm nhiều nhưng không làm THD giảm nhiều. Hơn nữa việc lắp thêm cuộn kháng xoay chiều ở đầu vào của biến tần sẽ làm giảm điện áp đầu vào, cả cuộn kháng xoay chiều và cuộn kháng trong mạch một chiều trung gian sẽ làm giảm đáp ứng động của biến tần với tải thay đổi nên việc lắp cuộn kháng chỉ sử dụng để giảm tổng sóng hài tới mức THD ở 40% tới 30% mà không lựa chọn cho trường hợp yêu cầu thấp hơn vì cả lý do kỹ thuật và kinh tế. Vì lý do này phương án sử dụng cuộn kháng là lựa chọn tốt nhất cho các hệ thống cung cấp điện có tỷ lệ phụ tải biến tần dưới 25% tổng phụ tải. Khi tỷ lệ phụ tải biến tần lớn hơn ta phải xem xét phương án kết hợp cuộn cảm với dịch pha điện áp.

Kết hợp cuộn cảm với dịch pha điện áp

Phương án dịch pha điện áp có cách tiếp cận tương tự phương án chỉnh lưu 12 xung là tạo ra hai điện áp ba pha lệch nhau 30o. Các phụ tải biến tần trong hệ thống sẽ được phân chia thành hai nhánh cấp bởi hai hệ thống điện áp ba pha lệch nhau 30o. Khác với chỉnh lưu 12 xung là phương án này các chỉnh lưu 6 xung không cấp điện cho một mạch DC chung mà nhiều mạch DC khác nhau nên đòi hỏi người thiết kế phải am hiểu hoạt động của toàn hệ thống để phân chia tải vào hai nhánh điện áp ba pha sao cho cân bằng nhất.

Sử dụng cuộn kháng AC DC Reactor cho biến tần:

Thành phần cơ bản của cuộn kháng thì được cấu tạo từ 3 cuộn dây đồng được quấn trên lõi thép có tác dụng như cuộn dây từ tính. Tùy theo công suất( khả năng chịu đựng dòng) của nó mà người ta sẽ lựa chọn như tiết diện số vòng quấn, kích thước của lõi thép. Cấu tạo của bộ kháng rất đơn giản chính vì vậy khi chọn mua ta chỉ cần mua đúng theo thông số yêu cầu của nhà sản xuất vẫn có thể thay thế cho nhau được.

Picture14.png
Khi chọn mua cuộn kháng bạn cần phải phân biệt có 3 loại trong thực tế như sau:

Cuộn kháng AC reactor gắn ở đầu nguồn vào input của biến tần.

Cuộn kháng DC reactor gắn nối tiếp trên DC bus của biến tần.

CAC reactor có thể gắn trước nguồn vào hoặc sau nguồn ra của biến tần có tác dụng là giảm các sóng hài và các gai nhọn giúp giảm các sốc điện và ổn định nguồn điện xoay chiều cho cả biến tần và động cơ. DC reactor thì được gắn nối tiếp trên DC bus của biến tần, nó kết hợp với tụ điện gắn song song trên DC bus tạo ra mạch lọc sóng hài tạo ra trong quá trình nén từ điện AC sang DC, ngoài ra việc sử dụng DC reactor cũng đảm bảo dạng sóng DC sau cuộn kháng sẽ giữ ổn định và tránh bị số điện.

Đối với một số loại biến tần ở công suất nhỏ thường sẽ được tích hợp sẵn bên trong biến tần nên các bạn không cần thiết phải mua thêm bên ngoài để gắn. Đối với biến tần công suất lớn thì các bạn cần phải chọn thông số reactor cho đúng và tham khảo thêm trong manual tài liệu của nhà sản xuất về sơ đồ đấu dây để có thể gắn cho biến tần.

Việc sử dụng cuộn kháng biến tần cho một số trường hợp dây nối giữa biến tần và mô tơ quá dài giúp cho biến tần không bị báo lỗi.uộn kháng AC reactor gắn ở ngõ ra ouput của biến tần.

Để có được biện pháp chính xác và hiệu quả nhất đối với từng loại nguyên nhân khác nhau lại là một câu hỏi khó đối với các đơn vị cung cấp giải pháp. Hãy liên hệ với chúng tôi để có được những tư vấn chính xác nhất ngay hôm nay tại:

https://mese.vn/vi/lien-he
 
Bên trên