Đồ Án Thiết kế bộ lọc sóng hài cho biến tần 0.75 kW của Siemens

LỜI MỞ ĐẦU​ ​ ​ Đất nước ta đang trên đường hội nhập, mức tăng trưởng hàng năm luôn khá cao và là điểm đến của nhiều nhà đầu tư trong và ngoài nước. Trước sự lớn mạnh của nền kinh tế thì việc gia tăng nhanh chóng phụ tải điện đã gây sức ép rất lớn cho ngành điện. Mặc dù đã xây thêm rất nhiều nhà máy thủy điện, nhiệt điện hoặc nâng công suất của các nhà máy cũ nhưng cũng không thể khắc phục được tình trạng thiếu điện. Chính vì thế mà Chính Phủ và Tập đoàn điện lực Việt Nam đã đề các biện pháp để thiết kiệm điện như dùng các thiết bị tiết kiệm điện và đặc biệt là giảm tổn thất điện năng.
Tổn thất điện năng ở nước ta thuộc loại cao trong khu vực. Nhiều vùng của nước ta tổn thất điện năng lên tới hàng chục phần trăm. Điều này gây sức ép cho ngành điện buộc ngành điện phải vào cuộc nhằm giảm tổn thất điện năng tới mức thấp nhất. Tổn thất điện năng có thể kể đến bốn nguyên nhân sau : Một số thiết bị sử dụng trên lưới cũ và làm việc kém hiệu quả, Ở nhiêù nơi đường dây dài và xuống cấp, hệ số cosphi trên lưới thấp và méo dạng sóng làm giảm chất lượng điện năng. Đề tài tốt nghiệp đã đi sâu vào nguyên nhân thứ tư tức là nghiên cứu về sóng hài, ảnh hưởng của nó tới chất lượng điện năng và các giải pháp hạn chế nó.
Đề tài về sóng hài còn khá mới mẻ với sinh viên chúng em. Để nghiên cứu chúng đòi hỏi phải tìm tòi, nghiên cứu rất nhiều tài liệu chủ yếu là tài liệu nước ngoài, nhất là khi tính toán và chế tạo thử nghiệm bộ lọc sóng hài. Tuy nhiên với sự giúp đỡ của thầy Bùi Đức Hùng và thầy Phạm Hùng Phi em đã hoàn thành đồ án tốt ngiệp này với kết quả khá khả quan.
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong Bộ môn Thiết Bị Điện- Điện Tử và đặc biệt là hai thầy Bùi Đức Hùng và thầy Phạm Hùng Phi đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án này.









Mục lục
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG VÀ CÁC ĐIỀU HOÀ BẬC CAO 4
1 Chất Lượng Điện Năng . 4
2 Các hiện tượng xảy ra trên lưới điện . 6
2.1 Phi tuyến . 6
2.1.1 Xung phi tuyến . 6
2.1.2 Dao động phi tuyến . 7
2.2 Các biến thiên điện áp trong thời gian ngắn 8
2.2.1 Điện áp lõm 8
2.2.2 Điện áp lồi 9
2.2.3 Ngắt . 10
2.3 Các biến thiên điện áp trong thời gian dài . 11
2.3.1 Dưới điện áp . 11
2.3.2 Quá điện áp . 11
2.3.3 Ngắt duy trì . 11
2.4 Méo dạng sóng 11
2.4.1 Khoảng một chiều 11
2.4.2 Điều hòa . 11
2.4.3 Nội điều hòa . 12
2.4.4 Nhiễu sinh ra do trùng dẫn ( Notching ) . 12
2.4.5 Nhiễu . 12
2.5 Dao động điện áp 12
2.6 Các biến đổi tần số 13
2.7 Mất cân bằng điện áp 13
3 Tổng quan về sóng hài và các chỉ số đánh giá . 13
3.1 Sóng hài và phân tích sóng hài 13
3.2 Các chỉ số đánh giá 18
3.2.1 Tổng méo điều hòa THD 18
3.2.2 Tổng méo nhu cầu TDD . 18
4 Nguồn phát sinh sóng hài 18
4.1 Các thiết bị có hiện tượng bão hòa mạch từ . 19
4.2 Các thiết bị có hiện tượng phóng tia lửa điện . 19
4.2.1 Lò hồ quang điện . 19
4.2.2 Các loại đèn phóng điện . 19
4.3 Chỉnh lưu một pha . 20
4.4 Bộ biến đổi ba pha nguồn áp . 22
4.5 Bộ biến đổi ba pha nguồn dòng 23
4.5.1 Mạch 6 xung . 25
4.5.2 Mạch 12 xung . 25
4.5.3 Ảnh hưởng của máy biến áp và trở kháng hệ thống đến sự phát sinh sóng hài . 26
4.6 Các cuộn kháng điều khiển bằng thyristor 27
4.6.1 Bộ bù công suất phản kháng tĩnh . 27
CHƯƠNG II. CÁC BIỆN PHÁP CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG VÀ HẠN CHẾ SÓNG HÀI 32
1 Đánh giá méo điều hòa 32
1.1 Điểm đổi nối chung . 32
1.2 Đánh giá méo điều hòa ở hệ thống phân phối . 32
1.3 Đánh giá điều hòa ở phía người sử dụng 33
2 Các biện pháp hạn chế sóng hài . 34
2.1 Hạn chế công suất các tải phi tuyến 34
2.2 Tăng điện kháng phía nguồn xoay chiều đầu vào tải phi tuyến . 34
2.3 Phương pháp đa xung . 36
2.4 Dùng các bộ lọc . 38
2.4.1 Bộ lọc thụ động . 39
2.4.1.1 Bộ lọc thụ động rẽ nhánh 41
2.4.1.2 Bộ lọc thụ động kiểu nối tiếp . 43
2.4.1.3 Bộ lọc thông thấp . 43
2.4.1.4 Bộ lọc tụ C 44
2.4.2 Bộ lọc tích cực 45
2.5 Các biện pháp khắc phục hài thứ tự không . 45
3 Mối quan tâm và các giải pháp đã sử dụng ở Việt Nam . 48
CHƯƠNG III. KHẢO SÁT HỆ BIẾN TẦN - ĐỘNG CƠ 50
1 Lý thuyết chung về hệ biến tần-động cơ 50
1.1 Sự cần thiết của các bộ điều tốc 50
1.2 Nguyên lý của các bộ điều tốc 50
1.3 Sóng hài phát sinh từ biến tần . 52
2 Biến tần Micromaster 420 của Siemens . 53
3 Mô phỏng hệ biến tần động cơ . 54
4 Đo đạc với hệ biến tần động cơ thực tế 55
4.1 Nhiệm vụ thí nghiệm . 55
4.2 Giới thiệu các thiết bị đo lường dùng trong thí nghiệm 56
4.2.1 Máy đo dạng sóng và phân tích phổ tần Energytest 2020E 56
4.3 Hệ động cơ-máy phát 59
4.4 Sơ đồ thí nghiệm . 60
4.5 Cách tiến hành đo đạc số liệu 61
4.6 Kết quả thí nghiệm 61
CHƯƠNG IV. THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỘ LỌC SÓNG HÀI CHO HỆ THỐNG . 63
1 Lựa chọn kiểu bộ lọc . 63
1.1 Bộ lọc thông thấp LC 63
1.2 Ưu điểm của bộ lọc LC . 63
1.3 Nhược điểm của bộ lọc LC . 63
2 Phương án thiết kế bộ lọc 63
3 Chế tạo bộ lọc và thử nghiệm cuộn kháng 66
3.Thử nghiệm tác dụng của bộ lọc trong mạch thực 68
KẾT LUẬN 72
Các tài liệu tham khảo . 73