Hiệu chỉnh hệ số công suất trong các thiết bị điện tử công suất

Bài viết "Hiệu chỉnh hệ số công suất trong các thiết bị điện tử công suất" giúp bạn nắm bắt ảnh hưởng các thiết bị điện tử công suất đến hệ số công suất của lưới điện, chuẩn Quốc tế và châu Âu về đảm bảo hệ số công suất, cơ sở hiệu chỉnh tích cực hệ số công suất.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Hiệu chỉnh hệ số công suất trong các thiết bị điện tử công suất Hiệu chỉnh hệ số công suất trong các thiết bị điện tử công suấtThứ sáu, 25 Tháng 6 2010 05:30Thiết bị điện tử công suất hiệnđược dùng rất phổ biến trong rấtnhiều lĩnh vực. Trong công nghiệpdùng để điều khiển các máy côngtác, trong giao thông vận tải dùngđể điều khiển sức kéo, trong luyệnkim dùng để điều khiển quá trìnhcán và nấu luyện,trong truyền tải và cung cấp điệnnăng dùng để biến điện áp xoaychiều thành một chiều và ngược lại,trong chiếu sáng dùng để cấp điệnvà điều khiển các nguồn sáng khácnhau. Trong gia dụng các thiết bịđiện tử công suất được dùng làm lòvi sóng, bếp từ và nhiều đồ dùng khác.Các thiết bị điện tử công suất thực hiện biến đổi và điều khiển điện năng củadòng điện và điện áp dạng này ở cửa vào thành dòng điện và điện áp dạngkhác ở cửa ra trên cơ sở các chuyển mạch hay các van bán dẫn công suất.Phổ biến nhất và tác động vào phần điện năng lớn nhất là các thiết bị biếnđổi điện áp xoay chiều tần số công nghiệp thành các dạng khác. Phần điệnnăng này, theo một số thống kê, đã chiếm trên 80% tổng điện năng phát ra từcác nhà máy điện. Khoa học và công nghệ càng phát triển thì tỷ số này càngcao.Vì được xây dựng trên cơ sở các chuyển mạch, là phần tử phi tuyến, nêndòng điện bên trong cũng như ở cửa vào của mỗi thiết bị điện tử công suấtcó dạng không sin. Hiện tượng mất sin này được gọi là méo dạng và dẫn đếnnhiều hậu quả xấu, trong đó có hệ số công suất và các nhiễu, đối với hệthống cung cấp điện. Vì rất phổ biến và rất lớn về công suất như đã nêu trênnên vấn đề giảm thiểu các ảnh hưởng này đã dẫn đến hình thành một hướngnghiên cứu của điện tử công suất, được gọi là hiệu chỉnh hệ số công suất(PFC), mà một số vấn đề cơ bản nhất của nó sẽ được trình bày trong bài báonày.1.1. Ảnh hưởng các thiết bị điện tử công suất đến hệ số công suất củalưới điệnVì được xây dựng từ các phần tử chuyển mạch nên mỗi thiết bị điện tử côngsuất là một tải phi tuyến đối với lưới điện. Tải này làm cho dòng điện ở cửavào của thiết bị, cũng là dòng điện của lưới, bị mất sin hay méo dạng, vàgiảm hệ số công suất của bản thân thiết bị và của lưới điện.Hệ số công suất (PF), theo định nghĩa chung nhất, là tỷ số giữa công suấttích cực P và công suất toàn phần S: (1.1)Đối với dòng điện và điện áp sin lý tưởng thì hệ số này có dạng đơn giản: (1.2)trong đó φ là góc lệch pha giữa dòng điện và điện áp, hiệu chỉnh hệ số côngsuất chính là hiệu chỉnh hay bù cosφ.Trong thực tế dòng điện và điện áp thường có dạng sin không lý tưởng. Hệsố công suất theo cách hiểu đơn giản không còn phù hợp và trong các phântích cũng như tính toán phải xuất phát từ định nghĩa chung (1.1). Để dễ tínhtoán mỗi dòng điện thực tế được coi là tổng của các dòng sin lý tưởng, vàmỗi dòng sin thành phần được gọi là một hài. Hài có tần số thấp nhất, bằngtần số dòng thực tế, được gọi là hài cơ bản, các hài khác, có tần số cao hơn,được gọi là hài bậc cao. Khi đó mức độ hay tính chất sin của mỗi dòng điệnthực tế được đánh giá bằng tương quan giữa tổng năng lượng của các hài bậccao và năng lượng của hài cơ bản. Tương quan này được gọi là hệ số méodạng tổng và thường được viết tắt là TDH, đó là tỷ số giữa trị hiệu dụng củatất cả các dòng bậc cao và trị hiệu dụng của dòng cơ bản: (1.3)Dòng điện có hệ số này càng lớn thì có dạng càng khác nhiều so với sin lýtưởng, dòng sin lý tưởng có THD=0. Điện áp thực tế cũng được biểu diễntương tự như biểu diện dòng điện ở trên.Trong các ứng dụng thực tế điện áp và dòng điện được coi như sin lý tưởngnếu hệ số méo dạng tổng không lớn hơn 3% [1], tuy nhiên theo tiêu chuẩncủa hiệp hội kỹ thuật điện thì giá trị này là 2% [2]. Nhìn chung điện áp lướitần số công nghiệp chuẩn, là trường hợp được đề cập ở đây, được coi như códạng sin lý tưởng. Khi đó, theo cách hiểu hay định nghĩa chung nhất về hệsố công suất thì (1.1) có dạng sau: (1.4)trong đó hệ số Uhd, I1hd, φ tương ứng là trị hiệu dụng của điện áp nguồn,của dòng điện cơ bản và góc lệch pha giữa dòng điện cơ bản và điện áp; Kp= I1hd/Ihd và Kφ = cosφ.Quan hệ giữa hệ số méo hài tổng THD và hệ số Kp có dạng: (1.5)Cuối cùng nhận được: (1.6)Biểu thức trên cho thấy hệ số công suất phụ thuộc vào thành phần hài bậccao, góc lệch pha giữa dòng điện cơ bản và điện áp. Từ đó dễ thấy rằng đểcó hệ số công suất lớn thì phải giảm thiểu hàm lượng các hài bậc cao trongthành phần của dòng điện vào của các thiết bị đ ...