Cách giảm điện áp không hình sin

Một số người tiêu dùng điện có sự phụ thuộc phi tuyến tính của dòng điện tiêu thụ vào điện áp đặt vào, do đó họ tiêu thụ dòng điện không hình sin từ mạng... Dòng điện này chạy từ hệ thống qua các phần tử của mạng gây ra dòng điện không -sự sụt giảm điện áp hình sin trong chúng, làm "chồng" điện áp đặt vào và làm biến dạng. Biến dạng điện áp hình sin xảy ra ở tất cả các nút từ nguồn điện đến máy thu điện phi tuyến.

Các nguồn gây méo hài là:

• lò hồ quang để sản xuất thép,

• bộ chuyển đổi van,

• máy biến áp có đặc tính vôn-ampe phi tuyến tính,

• Bộ chuyển đổi tần số,

• lò cảm ứng,

• máy điện quay,

• được cung cấp bởi bộ chuyển đổi van,

• máy thu hình,

• đèn huỳnh quang,

• đèn thủy ngân.

Ba nhóm cuối cùng được đặc trưng bởi mức độ méo hài thấp của các máy thu riêng lẻ, nhưng một số lượng lớn trong số chúng xác định mức độ hài đáng kể ngay cả trong các mạng điện áp cao.

Xem thêm: Nguồn sóng hài trong mạng điện Và Lý do xuất hiện sóng hài bậc cao trong hệ thống điện hiện đại

Các cách để giảm điện áp không hình sin có thể được chia thành ba nhóm:

a) giải pháp chuỗi: phân phối tải phi tuyến tính trên một hệ thống xe buýt riêng biệt, phân phối tải trong các đơn vị khác nhau của SES với kết nối các động cơ điện song song với chúng, nhóm các bộ biến đổi theo sơ đồ nhân pha, kết nối của tải lên một hệ thống năng lượng cao hơn,

b) sử dụng các thiết bị lọc, bao gồm song song tải của các bộ lọc cộng hưởng băng hẹp, bao gồm các thiết bị bù lọc (FCD);

c) việc sử dụng các thiết bị đặc biệt được đặc trưng bởi mức độ giảm phát sinh sóng hài cao hơn, sử dụng máy biến áp "không bão hòa", sử dụng bộ chuyển đổi nhiều pha với các đặc tính năng lượng được cải thiện.

Phát triển cơ sở nguyên tố của điện tử công suất và các phương pháp điều chế tần số cao mới đã dẫn đến việc tạo ra một loại thiết bị mới vào những năm 1970, nâng cao chất lượng điện – bộ lọc tích cực (AF)... Ngay lập tức nảy sinh việc phân loại các bộ lọc tích cực thành nối tiếp và song song, cũng như các nguồn dòng điện và điện áp, dẫn đến bốn mạch chính.

Mỗi cấu trúc trong số bốn cấu trúc (Hình 1. 6) xác định mạch lọc ở tần số hoạt động: các công tắc trong bộ chuyển đổi và bản thân loại công tắc (công tắc hai chiều hoặc một chiều). Là một thiết bị lưu trữ năng lượng trong bộ chuyển đổi đóng vai trò là nguồn hiện tại (Hình 1.a, d), nó được sử dụng độ tự cảmvà trong bộ chuyển đổi, đóng vai trò là nguồn điện áp (Hình 1.b, c), điện dung được sử dụng.

Hình 1.Các loại bộ lọc hoạt động chính: a — nguồn dòng điện song song; b — nguồn điện áp song song; c — nguồn điện áp nối tiếp; d — nguồn dòng điện nối tiếp

Biết rằng điện trở của bộ lọc Z ở tần số w bằng

Khi ХL = ХC hoặc wL = (1/wC) ở tần số w, cộng hưởng điện áp, nghĩa là điện trở của bộ lọc đối với thành phần sóng hài và điện áp có tần số w bằng 0. Trong trường hợp này, các thành phần sóng hài có tần số w sẽ được bộ lọc hấp thụ và không xâm nhập vào mạng. Nguyên tắc thiết kế bộ lọc cộng hưởng dựa trên hiện tượng này.

Trong các mạng có tải phi tuyến tính, theo quy luật, các sóng hài của chuỗi kinh điển phát sinh, số thứ tự của chúng là ν 3, 5, 7,. …..

Hình 2. Mạch tương đương của bộ lọc cộng hưởng công suất

Tính đến XLν = ХL, ХCv = (XC / ν), trong đó XL và Xc là điện trở của cuộn kháng và tụ điện ở tần số cơ bản, chúng ta thu được:

Một bộ lọc, ngoài việc lọc sóng hài, sẽ tạo ra công suất phản khángvà bù cho tổn thất điện năng và điện áp mạng, được gọi là bộ lọc bù (PKU).

Nếu một thiết bị, ngoài việc lọc sóng hài cao hơn, còn thực hiện các chức năng cân bằng điện áp, thì thiết bị đó được gọi là cân bằng bộ lọc (FSU)... Về mặt cấu trúc, FSU là một bộ lọc không đối xứng được kết nối với điện áp đường dây của mạng. Việc lựa chọn điện áp đường dây mà các mạch lọc FSU được kết nối, cũng như tỷ lệ công suất của các tụ điện có trong các pha của bộ lọc, được xác định bởi các điều kiện cân bằng điện áp.

Từ trên, các thiết bị như PKU và FSU hoạt động đồng thời trên một số chỉ tiêu chất lượng điện năng (không hình sin, không đối xứng, độ lệch điện áp). Các thiết bị như vậy để cải thiện chất lượng năng lượng điện được gọi là thiết bị tối ưu hóa đa chức năng (MOU).

Sự nhanh chóng trong việc phát triển các thiết bị như vậy nảy sinh do thực tế là các loại tải đột ngột thay đổi lò thép hồ quang gây méo điện áp đồng thời cho một số chỉ tiêu. Việc sử dụng MOU tạo cơ hội giải quyết toàn diện vấn đề đảm bảo chất lượng điện năng, tức là đồng thời cho một số chỉ số.

Danh mục các thiết bị như vậy bao gồm các nguồn năng lượng phản kháng tĩnh tốc độ cao (IRM).

Theo nguyên lý điều chỉnh công suất phản kháng, IRM có thể được chia thành hai nhóm: nguồn công suất phản kháng tĩnh tốc độ cao bù trực tiếp, nguồn công suất phản kháng tĩnh tốc độ cao bù gián tiếp... Cấu trúc của IRM được thể hiện trên Hình 3 , a , b , tương ứng . Những thiết bị như vậy, có tốc độ phản hồi cao, có thể làm giảm dao động điện áp. Điều chỉnh từng bước và sự hiện diện của các bộ lọc cung cấp sự cân bằng và giảm các mức sóng hài cao hơn.

Trong bộ lễ phục. 3, một mạch bù trực tiếp được trình bày trong đó nguồn công suất phản kháng "được điều khiển" được chuyển đổi bằng phương tiện thyristor ngân hàng tụ điện. Pin có một số phần và cho phép bạn thay đổi công suất phản kháng được tạo ra một cách riêng biệt. Trong bộ lễ phục. Trong hình 3b, công suất IRM được thay đổi bằng cách điều chỉnh lò phản ứng. Với phương pháp điều khiển này, lò phản ứng tiêu thụ công suất phản kháng dư thừa do các bộ lọc tạo ra.Do đó, phương pháp này được gọi là bồi thường gián tiếp.

Hình 3. Sơ đồ khối của IRM đa chức năng với bù trực tiếp (a) và gián tiếp (b)

Bù gián tiếp có hai nhược điểm chính: hấp thụ công suất dư thừa gây ra tổn thất bổ sung và thay đổi công suất lò phản ứng bằng cách sử dụng góc điều khiển van dẫn đến tạo thêm sóng hài cao hơn.