Đang tải... (xem toàn văn)
Thiết kế bộ lọc sóng hài cho biến tần 0.75 kW của Siemens
LỜI MỞ ĐẦU Đất nước ta đường hội nhập, mức tăng trưởng hàng năm cao điểm đến nhiều nhà đầu tư nước Trước lớn mạnh kinh tế việc gia tăng nhanh chóng phụ tải điện gây sức ép lớn cho ngành điện Mặc dù xây thêm nhiều nhà máy thủy điện, nhiệt điện nâng công suất nhà máy cũ khơng thể khắc phục tình trạng thiếu điện Chính mà Chính Phủ Tập đồn điện lực Việt Nam đề biện pháp để thiết kiệm điện dùng thiết bị tiết kiệm điện đặc biệt giảm tổn thất điện Tổn thất điện nước ta thuộc loại cao khu vực Nhiều vùng nước ta tổn thất điện lên tới hàng chục phần trăm Điều gây sức ép cho ngành điện buộc ngành điện phải vào nhằm giảm tổn thất điện tới mức thấp Tổn thất điện kể đến bốn nguyên nhân sau : Một số thiết bị sử dụng lưới cũ làm việc hiệu quả, Ở nhiêù nơi đường dây dài xuống cấp, hệ số cosphi lưới thấp méo dạng sóng làm giảm chất lượng điện Đề tài tốt nghiệp sâu vào nguyên nhân thứ tư tức nghiên cứu sóng hài, ảnh hưởng tới chất lượng điện giải pháp hạn chế Đề tài sóng hài cịn mẻ với sinh viên chúng em Để nghiên cứu chúng đòi hỏi phải tìm tịi, nghiên cứu nhiều tài liệu chủ yếu tài liệu nước ngồi, tính tốn chế tạo thử nghiệm lọc sóng hài Tuy nhiên với giúp đỡ thầy BùiĐức Hùng thầy Phạm Hùng Phi em hoàn thành đồ án tốt ngiệp với kết khả quan Cuối em xin chân thành cảm ơn thầy cô Bộ môn Thiết Bị Điện- Điện Tử đặc biệt hai thầy Bùi Đức Hùng thầy Phạm Hùng Phi tận tình giúp đỡ em hồn thành đồ án Hà Nội Ngày 22 Tháng 05 Năm 2015 Sinh viên thực : Mục lục TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG VÀ CÁC ĐIỀU HOÀ BẬC CAO .5 Chất Lượng Điện Năng Các tượng xảy lưới điện Phi tuyến Xung phi tuyến Dao động phi tuyến .8 Các biến thiên điện áp thời gian ngắn Điện áp lõm Điện áp lồi 10 Ngắt 11 Các biến thiên điện áp thời gian dài .11 Dưới điện áp 12 Quá điện áp 12 Ngắt trì 12 Méo dạng sóng .12 Khoảng chiều .12 Điều hòa .12 Nội điều hòa 13 Nhiễu sinh trùng dẫn ( Notching ) 13 Nhiễu 13 Dao động điện áp 13 Các biến đổi tần số 13 Mất cân điện áp .14 Tổng quan sóng hài số đánh giá 14 Sóng hài phân tích sóng hài 14 Các số đánh giá 18 Tổng méo điều hòa THD 18 Tổng méo nhu cầu TDD .18 Nguồn phát sinh sóng hài 19 Các thiết bị có tượng bão hịa mạch từ 19 Các thiết bị có tượng phóng tia lửa điện 19 Lò hồ quang điện 19 Các loại đèn phóng điện .20 Chỉnh lưu pha 21 Bộ biến đổi ba pha nguồn áp 22 Bộ biến đổi ba pha nguồn dòng .23 Mạch xung 25 Mạch 12 xung 25 Ảnh hưởng máy biến áp trở kháng hệ thống đến phát sinh sóng hài .26 Các cuộn kháng điều khiển thyristor .27 Bộ bù công suất phản kháng tĩnh .27 CÁC BIỆN PHÁP CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG VÀ HẠN CHẾ SÓNG HÀI 32 Đánh giá méo điều hòa .32 Điểm đổi nối chung 32 Đánh giá méo điều hòa hệ thống phân phối .32 Đánh giá điều hòa phía người sử dụng .33 Các biện pháp hạn chế sóng hài 34 Hạn chế công suất tải phi tuyến .34 Tăng điện kháng phía nguồn xoay chiều đầu vào tải phi tuyến .34 Phương pháp đa xung 36 Dùng lọc .38 Bộ lọc thụ động 39 Bộ lọc thụ động rẽ nhánh .41 Bộ lọc thụ động kiểu nối tiếp 43 Bộ lọc thông thấp 43 Bộ lọc tụ C 44 Bộ lọc tích cực .45 Các biện pháp khắc phục hài thứ tự không 45 Mối quan tâm giải pháp sử dụng Việt Nam .47 KHẢO SÁT HỆ BIẾN TẦN - ĐỘNG CƠ 50 Lý thuyết chung hệ biến tần-động 50 Sự cần thiết điều tốc .50 Nguyên lý điều tốc .50 Sóng hài phát sinh từ biến tần 52 Biến tần Micromaster 420 Siemens 53 Mô hệ biến tần động 54 Đo đạc với hệ biến tần động thực tế 55 Nhiệm vụ thí nghiệm .55 Giới thiệu thiết bị đo lường dùng thí nghiệm 56 Máy đo dạng sóng phân tích phổ tần Energytest 2020E .56 Hệ động cơ-máy phát .59 Sơ đồ thí nghiệm 60 Cách tiến hành đo đạc số liệu 61 Kết thí nghiệm 61 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỘ LỌC SÓNG HÀI CHO HỆ THỐNG 63 Lựa chọn kiểu lọc 63 Bộ lọc thông thấp LC .63 Ưu điểm lọc LC 63 Nhược điểm lọc LC 63 Phương án thiết kế lọc 63 Chế tạo lọc thử nghiệm cuộn kháng .66 3.Thử nghiệm tác dụng lọc mạch thực .68 Các tài liệu tham khảo 72 Đề Tài : Thiết kế lọc sóng hài cho biến tần 0.75 kW Siemens Chương TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG VÀ CÁC ĐIỀU HOÀ BẬC CAO Chất Lượng Điện Năng Ngay từ năm đầu kỷ 20 người ta đưa khái niệm "chất lượng điện ", lúc trở thành khái niệm gây tranh cãi, ngày cịn nhiều bất đồng việc sử dụng khái niệm này, cách định nghĩa áp dụng cho xác Trong nhiều tài liệu châu Âu Mỹ, "chất lượng điện năng" hiểu chất lượng sản phẩm điện nhà cung cấp phân phối cho hộ sử dụng Cịn nhà chun mơn đưa nhận định riêng Theo Roger.C.Dugan : có nhiều định nghĩa khác chất lượng điện , điều phụ thuộc vào vị trí người đưa định nghĩa Ví dụ nhà cung cấp điện định nghĩa "chất lượng điện năng" độ tin cậy khẳng định độ tin cậy Các nhà quản lý điện đưa tiêu chuẩn dựa quan điểm Còn nhà sản xuất định nghĩa "chất lượng điện năng" đặc tính nguồn điện cho phép thiết bị làm việc ổn định Ngồi ơng viết "chất lượng điện năng" = "chất lượng điện áp" phân tích hệ thống cung cấp điện điều chỉnh chất lượng điện áp điều chỉnh dòng điện tải đặc biệt sinh [14].Từ Roger.C Dugan đưa định nghĩa : chất lượng điện vấn đề điện thể qua sai lệch điện áp , dòng điện hay tần số dẫn đến thiết bị Đề Tài : Thiết kế lọc sóng hài cho biến tần 0.75 kW Siemens người sử dụng bị hỏng hay hoạt động sai.[14] Với Barry W Kennedy, ông nhận định chất lượng điện theo hai quan điểm vấn đề hay sản phẩm tuỳ thuộc theo quan điểm người Ông viết:Nếu bạn kỹ sư điện,một nhà nghiên cứu điện hay thợ điện bạn nhìn nhận chất lượng điện vấn đề cần phải giải Còn bạn nhà kinh doanh , người mua bán điện hay khách hàng tiêu thụ điện điện sản phẩm chất lượng điện phần quan trọng Từ ơng đưa định nghĩa Gerry Heydt chất lượng điện “là biện pháp, phân tích,cải thiện cho điện áp, thông thường điện áp tải , để trì điện áp dạng sin theo điện áp tần số định mức” [15] Trong số tài liệu khác, Maura.C.Ryan định nghĩa: chất lượng điện mức độ việc sử dụng phân phối lượng điện tác động đến hoạt động thiết bị điện Bất kỳ sai lệch so với biên độ, tần số dạng sóng điện áp hình sin lý tưởng xem vấn đề chất lượng điện [17] Còn Kabelo Klifford Modipance cho rằng: chất lượng điện phản ứng khơng bình thường hệ thống điện xảy dạng sóng dịng điện hay /và điện áp, tác động có hại hoạt động bình thường thiết bị điện tử hay điện [18] Các quan tiêu chuẩn hoá quốc tế IEEE (Institue of Electric and Electronic Engineers) IEC (International Electronical Commision) bắt đầu định nghĩa phân loại tượng liên quan đến chất lượng điện Theo IEEE : chất lượng điện khái niệm việc nối nguồn nối đất cho thiết bị nhạy cảm mà theo cách phù hợp cho việc hoạt động thiết bị Vào năm 2000 IEC đưa dự thảo đề nghị định nghĩa chất lượng điện theo cách sau : chất lượng điện tính chất điện Đề Tài : Thiết kế lọc sóng hài cho biến tần 0.75 kW Siemens điểm cho trước hệ thống điện đánh giá so sánh với thông số kỹ thuật tham khảo (với ý kèm : vài trường hợp thông số có liên quan đến độ tương thích lượng cung cấp mạng tải kết nối với mạng đó) Các tượng xảy lưới điện Phi tuyến Phi tuyến nhiễu mà có thời gian kéo dài lớn ba chu kì (50Hz-60ms) [14] Các nhiễu xuất phát từ nhiều nguyên nhân: ví dun đống cắt tụ điện, phóng điện đèn huỳnh quang, chúng xếp vào loại nhiễu xung nhiễu dao động Các nhiễu xung xuất thời gian nhỏ 1ms, đạt giá trị đỉnh từ giá trị đỉnh xuống nhanh Các dao động phi tuyến nói chung có thời gian tơng nhỏ chu kì dao động (tần số nguồn kích thích) thường có tần số dao động 5kHz Thuật ngữ phi tuyến sử dụng phân tích biến đổi hệ thống điện để ramột kiện không theo mong muốn mang tính chất tức thời tự nhiên [14] Phi tuyến phân loại thành hai dạng: Xung phi tuyến Xung phi tuyến thay đổi điều kiện làm việc ổn định điện áp dòng điện hay hai mà thay đổi không làm thay đổi giá trị cực tính điện áp hay dịng điện (Khởi đầu điện áp hay dịng điện âm hay dương) Đề Tài : Thiết kế lọc sóng hài cho biến tần 0.75 kW Siemens Hình Phi tuyến xung dịng điện sét đánh [14] Dao động phi tuyến Dao động phi tuyến thay đổi điều kiện ổn định điện áp dòng điện hai mà thay đổi làm thay đổi chiều cực tính điện áp hay dịng điện bao gồm hai giá trị âm dương.Tùy theo tần số dao dộng mà chúng phân loại vào số thấp ( fdđ < kHz ), trung bình ( kHz ≤ fdđ