Tiết kiệm năng lượng nhìn từ mọi phía: Bộ lọc tích cực

Tiết kiệm năng lượng nhìn từ mọi phía: Bộ lọc tích cực NHỮNG HẠN CHẾ CỦA BỘ BÙ TĨNH Các bộ tụ bù được sử dụng rộng rãi, được coi là giải pháp chủ yếu trong việc nâng cao hệ số công suất cosφ của tải, làm giảm công suất phản kháng, giảm tổn thất công suất, nâng cao chất lượng điện áp và nâng cao khả năng truyền tải của hệ thống điện.Vì thế ngành điện quy định giá trị cosφtiêu chuẩn ≥ 0,85. Khi làm việc dưới giá trị này trong hóa đơn tiền điện khách hàng phải cộng thêm tiền mua công suất phản kháng (tiền phạt cosφ). Khi tải thay đổi mạch tự động điều khiển công tắc tơ, làm thay đổi giá trị điện dụng C của tụ bù đến giá trị mong muốn. Nếu bù quá có nguy cơ làm điện áp tăng cao, ảnh hưởng xấu đến cách điện của các thiết bị điện. Tuy nhiên bộ tụ bù có điều khiển bằng công tắc tơ chỉ thích hợp đối với các tải có đặc tính tuyến tính, đối với các tải phi tuyến mạch này không thích hợp nữa. Hình 1 là hình ảnh bộ tụ bù AV4000/5000, 350 kVAr điều khiển bằng công tắc tơ của công ty Shneider; ẢNH HƯỞNG CỦA SÓNG HÀI BẬC CAO Các tải thực tế như máy tính, bộ chỉnh lưu, biến tần thường sử dụng bộ biến đổi điện tử công suất, trong đó các tiristo, IGBT chuyển mạch làm thay đổi dạng sóng dòng điện, Hình 1 Bộ tụ bù AV4000/5000 điều khiển bằng công tắc tơ của Schneider điện áp. Các tải phi tuyến như đèn phóng điện chất khí, lò hồ quang, lò cảm ứng cũng là nguyên nhân gây làm dạng sóng dòng điện, điện áp trở nên không hình sin (hình 2). Sóng không hình sin có thể phân tích thành tổng của các điều hòa hình sin có tần số khác nhau theo công thức Fourier. Sóng hình sin có tần số bằng tần số sóng không hình sin gọi là sóng cơ bản, còn các sóng có tần số lớn hơn sóng cơ bản là sóng hài bậc cao. Biên độ của sóng hài bậc cao giảm dần. Trong số các sóng hài thì hài bậc ba có biên độ lớn nhất. Trong mạch ba pha hài bậc ba của các pha có góc lệch pha bằng 3x1200 = 3600, nghĩa là trùng pha, chúng họp thành hệ thống thứ tự không và khép mạch trong dây trung tính, làm quá tải hệ thống trung tính. Hình 3 là phổ điều hòa Hệ số méo điều hòa THD (Total Harmonic Distorsion) = Trong đó In là trị số hiệu dụng của hài bậc n, I1 là trị số hiệu dụng của điều hòa cơ bản. THD đánh giá ảnh hưởng của sóng hài đối với lưới điện. Theo IEEE 519-1992 đối với mọi loại tải quy định THD < 5%, riêng đối với tải kỹ thuật số THD < 3%. Các sóng hài dẫn đến: • Tăng dòng điện tải (tới 50%), gây quá tải nguồn, cáp, máy biến áp, giảm hiệu suất của động cơ không đồng bộ; Hình 2 Dạng sóng dòng điện, điện áp qua tải phi tuyến • Giảm điện áp trên tải; • Giảm hệ số công suất cosφ; • Gây cộng hưởng trong mạch; • Gây nhiễu, làm ảnh hưởng tới các thiết bị điện tử. Vì các lý do này người ta phải tìm các biện pháp giảm thiểu các hài bậc cao. Để giảm các hài bậc cao thể sử dụng các giải pháp: • Sử dụng cuộn kháng chặn (hình 3); • Sử dụng mạch lọc thụ động (hình 4); Hai phương án này chỉ có tác dụng hạn chế một số hài bậc cao cho các phụ tải có đặc tính phi tuyến tĩnh. Không thể tăng mãi điện kháng của cuộn chặn vì sụt áp làm giảm công suất của tải. Bộ lọc LC cho phép giảm THD tới 10%, có thể tới 5% khi phối hợp với điện kháng chặn. Đối với các phụ tải động có đặc tính phi tuyến tức thời luôn biến động như máy hàn, lò hồ quang cần sử dụng bộ lọc tích cực Hình 4 Mạch lọc thụ động BỘ LỌC TÍCH CỰC Là bộ lọc sử dụng phần tử điện tử công suất để tạo nên các sóng hài bằng và ngược pha Hình 3 Cuộn kháng chặn với sóng hài phát sinh trong mạch. Kết quả là các thành phần sóng hài bị triệt tiêu do đó dạng sóng của nguồn sẽ thuần túy hình sin. Trên hình 5 ta thấy tổng của sóng hài do nguồn Inguồn và sóng hài do bộ lọc tích cực phát ra Ilọc bằng không. Tuy nhiên các sóng này luôn thay đổi, do đó bộ lọc tích cực cần được điều khiển theo tín hiệu dạng sóng nguồn và dạng sóng tải và được phản ảnh qua phản hồi dòng điện. Nhờ bộ lọc tích cực chất lượng điện áp cũng được nâng lên và tổn hao công suất trong lưới sẽ giảm đi. Hình 6 là sơ đồ tụ bộ bù được điều khiển bằng phần tử điện tử công suất nối song song ngược ở hai pha A, B. Các tiristo được điều khiển sao cho giảm thiểu các hài bậc cao phù hợp với sự biến thiên của tải. KẾT LUẬN: Bộ lọc tích cực có tác dụng nâng cao chất lượng điện áp và giảm tổn hao công suất trong mạch có phụ tải phi tuyến. Đây là bộ tiết kiệm điện, cỏ thể tiết kiệm 4-5% điện năng Nhược điểm là giá thành tương đối cao, tuy nhiên lợi ích của tiết kiệm sẽ nhanh chóng hoàn vốn. Hình 6 Bộ tụ bù động