Sóng hài

Luận văn cao học Nghiên cứu mạch lọc tích cực song song 3 pha 4 dây
1
CHƯƠNG 1
KHÁI NIỆM VỀ SÓNG HÀI
Chương 1 nhắc lại một số kiến thức cơ bản về sóng hài, tác dụng của
sóng hài đối với lưới điện cũng như đưa ra một số phương pháp để hạn chế sóng
hài.
Nội dung chương 1 gồm 4 phần chính :
1.1 Khái niệm về sóng hài
1.2 Ảnh hưởng của sóng hài
1.3 Nguồn tạo sóng hài
1.4 Mạch lọc tích cực

2
1.1 Khái niệm về sóng hài
Chúng ta biết rằng, các dạng sóng điện áp sin được tạo ra tại các nhà
máy điện, trạm điện lớn thì rất tốt. Tuy nhiên, càng di chuyển về phía phụ
tải, đặc biệt là các phụ tải phi tuyến thì các dạng sóng càng bị méo dạng.
Khi đó dạng sóng không còn sin.
H1.1 A- Dạng sóng sin, B- Dạng sóng hài
Sóng hài có thể coi như là tổng của các dạng sóng sin mà tần số của
nó là bội số nguyên của tần số cơ bản.
H1.2 Thành phần cơ bản và các hài
- Sử dụng chuỗi Fourier với chu kỳ T - seconds và tần số cơ bản
f=1/T Hz, or ω=2πf rad/s, có thể biểu diễn một sóng hài f(t) với biểu thức
sau :
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
0 0.0041 0.0082 0.0123 0.0164
Time Secs
Seventh
Fifth
Fundamental
f(t)

3
Harmonic spectrum
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31
Harmonic Order
Amplitude
∑
∞
=
++=
1
0 )cos()(
n
nn tnCCtf θω (1.1)
Với :
C0 là giá trị DC của hàm sóng hài f(t)
Cn là giá trị đỉnh của thành phần hài bậc n và θn là giá trị góc pha.
- Phổ của sóng hài được thể hiện theo hình H1.3
H1.3 Phổ của sóng hài
- THD: Tham số quan trọng nhất dùng để đánh giá sóng hài là hệ số
méo dạng (THD).
THD = C / C
2
n
2
1
∞
∑ (1.2)
Với C1: Biên độ thành phần cơ bản
Cn là giá trị đỉnh của thành phần hài bậc n .

4
1.2 Ảnh hưởng của sóng hài.
Ảnh hưởng quan trọng nhất của sóng hài đó là việc làm tăng giá trị
hiệu dụng cũng như giá trị đỉnh của dòng điện và điện áp, có thể thấy rõ
qua công thức sau :
2
)1(
0
2
1)(
1
U
T
RMS THDUdttu
T
U +== ∫ (1.3)
2
)1(
0
2
1)(
1
I
T
RMS THDIdtti
T
I +== ∫ (1.4)
Đồng thời có thể quan sát 1 cách trực quan qua kết quả sau :
H1.4 Giá trị đỉnh và RMS theo các thành phần sóng hài.
Khi giá trị hiệu dụng và giá trị biên độ của tín hiệu điện áp hay dòng
điện tăng do sóng hài, sẽ dẫn đến hàng loạt những vấn đề sau :
Làm tăng phát nóng của các thiết bị điện, dây dẫn điện.
Ảnh hưởng đến độ bền cách điện của vật liệu, khả năng mang tải của
dây dẫn điện.
Ảnh hưởng đến hoạt động của các thiết bị bảo vệ ( tác động sai ):
cầu chì, CB, relay, .... Đồng thời các thiết bị đo đếm như kWh ghi
nhận sai dữ liệu.
Tổn hao trên cuộn dây và lõi thép của động cơ tăng, ảnh hưởng đến
mô men trên trục của động cơ.
Làm các mạch PLL trong điều khiển hoạt động sai.
Ảnh hưởng đến các thiết bị viễn thông.

5
1.3 Nguồn tạo sóng hài
1.3.1 Tải không tuyến tính
a. Máy biến thế
Hiện tượng bảo hòa mạch từ của máy biến áp lực có thể sinh ra sóng hài.
Hình H1.5 mô tả nguyên lý tạo sóng hài từ hiện tượng bảo hoà mạch từ.
Để duy trì điện áp sin, từ thông sin phải được tạo ra từ dòng từ -
magnetizing current. Khi biên độ của điện áp ( và từ thông ) đủ lớn để rơi vào
trường hợp không tuyến tính trong đường cong B-H, sẽ dẫn đến dòng điện từ lớn
bị méo dạng và chứa sóng hài.
H1.5 Hiện tượng bão hòa mạch từ máy biến thế
Dạng sóng và phổ của của dòng pha a khi máy biến thế hoạt động với
điều kiện qúa điện áp 110%.
H1.6 Dòng pha a và phổ của nó khi máy biến thế hoạt động ở 110% điện áp điện mức
0 100 200 300 400 500 600
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Hz
A
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
Time
A

6
b. Động cơ :
Tương tự như vơi máy biến áp, động cơ xoay chiều khi hoạt động tạo ra
dòng điện hài. Nếu như không sử dụng máy biến thế đấu Delta, một động cơ
đồng bộ 1 pha sẽ sinh ra dòng điện hài bậc 3 có gía trị khoảng 10%, và một động
cơ đồng bộ 3 pha sẽ sinh ra dòng điện hài bậc 3 có gía trị khoảng 30%.
Ví dụ dạng sóng dòng điện bị méo dạng của máy lạnh được cho theo hình
H1.7, THD = 6.3%
H1.7 Dòng điện của máy lạnh
Ví dụ dạng sóng dòng điện của máy điều hòa không khí được cho theo
hình H1.8 , THD =10.5%
H1.8 Dòng điện của máy điều hoà không khí

7
1.3.2 Thiết bị điện tử công suất
a. Bộ chỉnh lưu cầu 1 pha
Các thiết bị điện tử thường được cung cấp nguồn DC qua bộ chỉnh lưu
cầu 1 pha Diode, điện áp DC ngõ ra bộ chỉnh lưu được san bằng với tụ điện C.
Công suất của các thiết bị nhỏ, từ vài W đến vài kW. Hệ số méo dạng THD của
dòng điện thường lớn hơn 100% .
H1.9 Bộ chỉnh lưu cầu 1 pha Diode
Các thiết bị điện gia dụng và công nghiệp sử dụng bộ chỉnh lưu cầu 1 pha
Diode thông dụng là :
Các thiết bị của tivi, Đầu ghi video
Máy vi tính, máy in
Lò vi sóng
Bộ điều chỉnh tốc độ.
Đèn huynh quang.
Bộ UPS nhỏ .
Ví dụ dòng điện của bộ thu tivi – tivi receiver có độ méo dạng rất lớn
THD =120% như hình H1.9
H1.10 Điện áp và dòng điện thiết bị thu của tivi- tivi receiver

8
b. Bộ biến đổi công suất Six-pulse bridges.
Bộ biến đổi công suất 3 pha Six-pulse bridges ( chỉnh lưu, nghịch lưu)
được áp dụng rất rộng rãi và trở thành thành phần quan trọng không thể thiếu
trong hệ thống điện. Một số ứng dụng quan trọng của chúng có thể liệt kê là :
Các bộ điều khiển tốc độ động cơ DC- AC .
Các bộ lưu điện UPS.
Các bộ điều khiển SVC, STACOM, HVDC, ...
Tuỳ theo mục đích sử dụng, các van bán dẫn có thể là linh kiện được điều
khiển ( GTO, MOSFET, Thyristor, ...) hay là các linh kiện không điều khiển
được (diode). Ví dụ bộ chỉnh lưu cầu diode 3 pha không điều khiển được có mô
hình như hình H1.11 dưới đây :
H1.11 Bộ chỉnh lưu cầu 3 pha không điều khiển
Hình H1.12 biểu diễn dòng điện pha a của bộ chỉnh lưu cầu 3 pha, dễ
dàng nhận thấy dòng điện có độ méo dạng rất lớn.
H1.12 Dạng sóng dòng điện bộ chỉnh lưu cầu 3 pha

9
1.4 Mạch lọc tích cực
Có nhiểu phương pháp khử và hạn chế các sóng hài như dùng mạch lọc
thụ động (passive filter), sử dụng máy biến thế đấu Y/∆, .... Nhưng phương pháp
sử dụng mạch lọc tích cực là phương pháp hiện đại và đang được áp dụng nhiều
nhất trong lãnh vực khử sóng hài.
1.4.1 Nhiệm vụ mạch lọc tích cực
a. Bù công suất:
Việc thực hiện bù công suất đồng thời với chức năng lọc thì các cấu hình
thiết kế, có thể chỉ giới hạn ở mức độ công suất nhỏ. Do nhiều thiết bị bù tuy có
đáp ứng chậm hơn nhưng giá thành rẻ, ví dụ bù bằng SVC –đóng ngắt bằng
thyristor.
b. Bù sóng hài điện áp:
Bù điện áp không được chú ý nhiều trong hệ thống điện vì nguồn thường
có trở kháng thấp và điện áp tiêu thụ tại điểm đấu dây chung thường duy trì
trong phạm vi giới hạn cơ bản đối với các sự cố trồi hặc giảm áp.
Vấn đề bù điện áp chỉ được xem xét đến khi tải nhạy cảm với sự xuất hiện
sóng hài điện áp trong lưới nguồn như các thiết bị bảo vệ hệ thống điện,
superconducting magnetic energy storage
c. Bù sóng hài dòng điện:
Bù các thành phần sóng hài dòng điện có ý nghĩa quan trọng đối các tải
công suất nhỏ và vừa. Việc giảm thành phần sóng hài dòng điện trong lưới còn
có tác dụng giảm độ méo dạng điện áp lưới tại điểm đấu dây chung.
1.4.2 Phạm vi công suất của mạch lọc tích cực
a. Các ứng dụng phạm vi công suất thấp:
Các ứng dụng có công suất nhỏ hơn 100kVA, chủ yếu phục vụ các khu
dân cư, các tòa nhà kinh doanh, bệnh viện, các hệ truyền động công suất nhỏ và
vừa.
Tính chất của các hệ thống tải này đòi hỏi hệ thống mạch lọc tích cực
tương đối phức tạp có đáp ứng động học cao, thời gian đáp ứng nhanh hơn nhiều
mạch lọc tích cực ở dãy công suất cao hơn thay đổi trong khoảng chục us đến vài
ms.
b. Các phạm vi ứng dụng công suất vừa:
Phạm vi công suất hoạt động của các thiết bị này nằm trong khoảng từ
100kVA đến 10MVA. Ví dụ các mạng cung cấp điện trung và cao áp và các hệ
thống truyền động điện công suất lớn mắc vào nguồn áp lớn.
Mục đích chính của các mạch lọc tích cực là khử bỏ hoặc hạn chế các
sóng hài dòng điện.
Tốc độ đáp ứng bù lọc trong hệ thống ở khoảng hàng chục ms.
c. Các phạm vi ứng dụng công suất rất lớn
Dãy công suất rất lớn thường gặp trong hệ thống truyền tải hoặc truyền
động động cơ DC công suất rất lớn hoặc hệ thống truyền tải điện DC.
Mạch bù lọc tích cực cho phạm vi công suất rất lớn là rất tốn kém vì đòi
hỏi đến việc sử dụng các linh kiện công suất có khả năng đóng ngắt dòng điện
với công suất rất lớn.

10
Điều thuận lợi là đối với dãy công suất lớn trên 10MVA, lượng sóng hài
bậc cao xuất hiện nhỏ nên các yêu cầu đối với nó không còn nghiêm nhặt như
dãy công suất nhỏ.
Thời gian đáp ứng đòi hỏi trong các trường hợp trên ở mức hàng chục
giây, đủ để các hệ thống điều khiển relay lựa chọn và tác động một cách phù
hợp.
1.4.3 Phân loại mạch lọc tích cực
Có nhiều cách phân loại mạch lọc tích cực.
a. Phân loại theo bộ biến đổi công suất .
Căn cứ vào cấu hình của bộ biến đổi công suất được sử dụng trong mạch
lọc, ta có 2 loại mạch lọc tích cực : VSI - bộ biến đổi nguồn áp và CSI - bộ biến
đổi nguồn dòng.
Cấu trúc mạch lọc tích cực VSI :
H1.13 Cấu hình VSI
Đặc điểm của cấu trúc của cấu hình VSI là có thể mở rộng ra cấu trúc đa
bậc.
Cấu trúc mạch lọc tích cực CSI :
H1.14 Cấu hình CSI
Đặc điểm của cấu trúc của cấu hình CSI là tổn hao do đóng cắt linh kiện
cao, không thể mở rộng ra cấu trúc đa bậc.

11
b. Phân loại theo sơ đồ
Phân loại theo sơ đồ, ta có mạch lọc tích cực song song và mạch lọc tích
cực nối tiếp.
Mạch lọc tích cực song song
H1.14 Mạch lọc tích cực song song
Đặc điểm của mạch lọc tích cực song song :
Bù sóng hài dòng điện.
Bù công suất phản kháng.
Bù thành phần dòng điện không cân bằng.
Mạch lọc tích cực nối tiếp
H1.15 Mạch lọc tích cực nối tiếp
Đặc điểm của mạch lọc tích cực nối tiếp :
Bù sóng hài điện áp

12
CHƯƠNG 2
MẠCH LỌC TÍCH CỰC SONG SONG
3 PHA – 4 DÂY
Chương 2 trình bày nguyên lý hoạt động của mạch lọc song song 3 pha 4
dây, từ đó đưa ra cở sở để xây dựng sơ đồ khối điều khiển mạch lọc.
Chương 2 gồm các nội dung chính :
1. Nguyên lý hoạt động
2. Mô hình toán học mạch lọc

13
1. Nguyên lý hoạt động
Xét mô hình mạch lọc tích cực 3 pha – 4 dây theo hình H2-1
Hình 2-1 Nguyên lý hoạt động mạch lọc song song 3 pha 4 dây.
Ta có 2 giả thiết sau :
Nguồn áp lý tưởng : v0=va+vb+vc = 0
Do đó : p0=v0.i0 = 0 , thành phần thứ tự không công suất tải bằng 0.
(Thành phần này chỉ khác không khi có thêm điều kiện nguồn không
đối xứng hay không sin.)
Bỏ qua công suất tổn hao do đóng cắt của bộ nghịch lưu : ploss=0
Công suất cung cấp cho tải 3 pha – 4 dây không tuyến tính p, q được phân
tích thành :
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
+
+
=⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
LL
LL
L
L
qq
pp
q
p
~
~
__
__
(2.1)
Trong đó Lp
__
là công suất DC, Lp~ là công suất xoay chiều của tải
Công suất pL , qL này được cung cấp bởi mạch lọc tích cực -APF như sau
:
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
−−
−
=⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
LL
L
AF
AF
qq
p
q
p
~
~
__ (2.2)
Thành phần công suất DC của tải Lp
__
và công suất tổn hao của bộ nghịch
lưu ploss được cung cấp bởi nguồn .
pSource = -
__
p - p loss (2.3)
Kết luận :
Nguồn chỉ cung cấp cho tải thành phần công suất DC của tải và công
suất tổn hao của bộ nghịch lưu

14
Mạch lọc tích cực có nhiệm vụ cung cấp thành phần công suất AC và
thành phần công suất phản kháng q.
2. Mô hình toán học mạch lọc
Dựa trên cơ sở lý luận phần 1 ở trên, ta xây dựng mô hình điều khiển
mạch lọc tích cực như sau :
Hình 2-2 Nguyên lý điều khiển mạch lọc
Các tín hiệu ia, ib, ic là các tín hiệu dòng điện của tải, va, vb, vc là tín hiệu
điện áp tải.
Các thành phần dòng điện và điện áp tải được chuyển sang hệ toạ độ αβ :
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
−
−−=
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
c
b
a
v
v
v
v
v
v
..
2
3
2
30
2
1
2
11
2
1
2
1
2
1
3
2
0
β
α (2.4)
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
−
−−=
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
c
b
a
i
i
i
i
i
i
..
2
3
2
30
2
1
2
11
2
1
2
1
2
1
3
2
0
β
α (2.5)
Từ đó, ta xác định công suất tải :
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
−
=
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
β
α
αβ
βα
i
i
i
vv
vv
v
q
p
p 000
0
0
00
.. (2.6)
Thành phần p0 =0, cho thành phần p qua mạch lọc HPF ta nhận được
thành phần AC là p~
Dòng điện yêu cầu của mạch lọc được tính toán :
.
~
.
1
22*
*
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
−
+−
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡ −
+
=
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
q
pp
v
v
v
v
vvi
i Loss
c
c
α
β
β
α
βαβ
α
(2.7)
Chuyển về hệ toạ độ thực :

15
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡−
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
−−
−=
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
*
*
0
*
*
*
.
2/3
2/3
0
2/1
2/1
1
21
21
21
.
3
2
β
α
c
c
cc
cb
ca
i
i
i
i
i
i
(2.8)
Các dòng yêu cầu được so sánh với dòng hồi tiếp của mạch lọc, từ đó xác
định xung đóng cắt cho các van bán dẫn bộ nghịch lưu.

16
CHƯƠNG 3
XÂY DỰNG MÔ HÌNH MẠCH LỌC
TÍCH CỰC SONG SONG 3 PHA 4 DÂY
TRONG SIMULINK /MATLAB
Trong chương này, ta sẽ thiết lập mô hình mô phỏng hệ thống mạch lọc
tích cực song song sử dùng phần mềm Matlab, chức năng simulink. Cụ thể gồm
các phần chính sau :
3.1 SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG MẠCH LỌC TÍCH CỰC SONG SONG 3 PHA
4 DÂY .
3.1.1 Nguồn xoay chiều 3 pha
3.1.2. Tải không cân bằng
3.1.3 Bộ nghịch lưu
3.1.4 Các khâu lấy tín hiệu
3.2 KHÂU TẠO XUNG CHO BỘ NGHỊCH LƯU – PULSE

17
3.1 SƠ ĐỒ KHỐI
Sơ đồ khối gồm hệ thống mạch lọc tích cực song song 3 pha 4 dây gồm
các khâu chính như sau :
- Nguồn : Hệ thống nguồn 3 pha 4 dây cung cấp cho tải không cân
bằng.
- Tải không cân bằng : Tải gồm bộ chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển hoàn
toàn đối xứng, kết hợp với bộ chỉnh lưu cầu 1 pha Diode được nối vào pha a.
- Bộ nghịch lưu 3 pha được điều khiển theo quy tắc kích đóng đối
nghịch, được nối với hệ thống thông qua cuộn cảm L .
- Nguồn DC cấp áp cho bộ nghịch lưu.
- Khâu tạo xung bộ nghịch lưu – Pulse, tạo xung dóng cắt cho bộ nghịch
lưu .
- Bộ điều khiển bộ nghịch lưu : Điều khiển thời điểm bộ nghịch lưu tác
động vào lưới thông qua CB 3 pha . Đồng thời cũng điều khiển thời điểm tác
động của xung điều khiển đóng cắt các van ban dẫn cho bộ nghịch lưu.
- Các khâu lấy tín hiệu V- điện áp 3 pha, iL – dòng điện tải 3 pha, ….
dùng để phục vụ cho mục đích tính toán dòng điện yêu cầu của bộ nghịch lưu.
Hình 3-1 Mô hình hệ thống nguồn, tải không cân bằng và mạch lọc tích cực.
v
+
-
v
+
-
v
+
-
Vdc
Vdc
a
b
c
N
Unbalanced Load
a
b
c
N
Source
A
B
C
A
B
C
Lf
Pulse
iFn
iLniSn
iS
V
iF
iL
i
+
-
i
+
-
i
+
-
i
+
-
i
+
-
i
+
-
i
+
-
i
+
-
i
+
-
i
+
-
i
+
-
i
+
-
Control
com
A
B
C
a
b
c
CB
g
A
B
C
+
-
BO NGHICH LUU

18
4
N
3
c
2
b
1
a
Vc
Vb
Va
3.1.1 Nguồn xoay chiều 3 pha .
Nguồn xoay chiều 3 pha có giá trị hiệu dụng pha Vrms =220V, tần số
50Hz, giá trị góc pha của các pha a,b,c lệch nhau 1200
. Ngoài ra, nguồn có dây
trung tính để cấp cho tải không cân bằng.
Mô hình nguồn 3 pha và các thành phần của nó được thể hiện trên hình
H3-2
Hình H3-2 Nguồn xoay chiều 3 pha và các thành phần của nó.
Thông số cài đặt cho pha a được cho theo hình H3-3. Các pha b, c được
cài đặt tương tự như pha a, chỉ có tham số góc pha – Phase(deg) tương ứng của
pha b là -1200
và pha c là 1200
.
Hình H3-3 Thông số cài đặt pha a.

19
4 N
3 c
2 b
1 a
i
+
-
i
+
-
i
+
-
iA
v
+
-
v
+
-
Vd
v
+
-
Vca
v
+
-
Vbc
v
+
-
Vab
Step
i
+
-
Id
0
alpha_deg
AB
BC
CA
Block
pulses
BO TAO XUNG
DONG BO
A
B
+
-
BO CHINH LUU
1P
g
A
B
C
+
-
BO CHINH LUU
3 PHA
3.1.2. Tải không cân bằng :
Mô hình tải không cân bằng được thể hiện theo hình H3-4.
Hình H3-4 Mô hình tải không cân bằng.
Tải không cân bằng gồm bộ chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển hoàn toàn và
bộ chỉnh lưu cầu 1 pha Diode.
Bộ chỉnh lưu cầu 3 pha có góc kích được điều khiển bằng bộ tạo xung
động bộ, trước bộ chỉnh lưu cầu 3 pha là các cuộn cảm cản, có tác dụng làm
giảm độ dốc dòng điện của bộ chỉnh lưu cầu.
Bộ tạo xung đồng bộ có chức năng tạo xung kích cho bộ chỉnh lưu cầu 3
pha theo giá trị góc kích yêu cầu. Ngõ vào của bộ tạo xung là các tín hiệu sau :
- Các tín hiệu điện áp đồng bộ Vab, Vbc, Vca
- Tín hiệu alpha_deg : điều khiển góc kích của bộ nghịch lưu, đơn vị
là độ.
- Tín hiệu block : Cho phép bộ tạo xung hoạt động khi giá trị của tín
hiệu block =0 hay < 0.
Ngõ ra của bộ tạo xung là 6 tín hiệu tạo xung đóng cắt cho bộ chỉnh lưu
cầu theo thứ tự như sau :

20
Hình H3-5 Ngõ ra của bộ tạo xung đồng bộ
Cài đặt thông số cho bộ điều khiển xung đồng bộ như sau :
Hình H3-6 Cài đặt thông số cho bộ tạo xung đồng bộ.
a. Tải 1 pha - bộ chỉnh lưu cầu 1 pha diode
Tải DC của bộ chỉnh lưu cầu 1 pha là tải RL, với R=30Ω, L=5e-3H, được
cài đặt thông số theo hình H3-7 :
Hình H3-7 Thông số tải DC của bộ chỉnh lưu 1 pha.

21
Dòng điện, điện áp phía DC của bộ chỉnh lưu cầu 1 pha có giá trị như
hình H3-8.
-
Hình H3-8 Dòng điện, điện áp DC của tải 1 pha
Dòng điện phía AC của tải chỉnh lưu cầu Diode cũng chính là dòng điện
trung tính của tải không cân bằng
Hình H3-9 Dòng AC của tải 1 pha (Dòng trung tính của tải không cân bằng)

22
b. Tải 3 pha
Tải DC của bộ chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển hoàn toàn là tải RL với
R=10Ω, L=1.5e-3H, được cài đặt thông số theo hình H3-10
Hình H3-10 Thông số tải DC của bộ chỉnh lưu cầu 3 pha.
Tuỳ theo giá trị của góc kích, các giá trị dòng điện và điện áp DC của bộ
chỉnh lưu cầu 3 pha sẽ thay đổi như theo H3-11.
Hình H3-11 Dòng điện, điện áp DC của chỉnh lưu cầu 3 pha khi góc kích thay đổi.
Góc kích =0 Góc kích =180

23
Dòng điện AC của tải 3 pha khi góc kích thay đổi .
Hình H3-12 Dòng điện của chỉnh lưu cầu 3 pha khi góc kích thay đổi.
c. Dòng tải không cân bằng
Dựa trên kết quả H3-12 ( dòng điện của chỉnh lưu cầu 3 pha ) và kết quả
H3-9 (dòng điện chỉnh lưu cầu 1 pha), ta có dòng điện của tải 3 pha không cân
bằng sẽ có giới hạn hoạt động như hình H 3-13 (khi góc kích của bộ chỉnh lưu
cầu thay đổi từ 0 đến 180):
Pha b, c : đỉnh biên độ dao động từ 0 -> 50A
Pha a : đỉnh biên độ dao động từ 10-> 60A
Hình H3-13 Giới hạn dòng điện 3 pha của 3 pha không cân bằng.

24
3.1.3 Bộ nghịch lưu
Bộ nghịch lưu sử dụng cấu trúc bộ nghịch lưu có sẵn của matlab-
Universal Bridge, với cấu hình mắc đối song Mosfet/ Diode như sau
Hình H3-14 Cấu trúc bộ nghịch lưu
Các tham số của bộ nghịch lưu được cài đặt theo các giá trị sau :
Số pha :
- Number of bridge arms =3 : do là bộ nghịch lưu 3 pha.
Điện trở và điện dung mắc song song
- Snubber resistance Rs =1e8 Ω
- Snubber capacitance Cs=inf – vô cùng
Điện trở trong của thiết bị bán dẫn
- Ron = 1e-4 Ω
Hình H3-15 Cài đặt thông số bộ nghịch lưu.

25
3.1.4 Các khâu lấy tín hiệu :
Để tính toán, cần thiết phải sử dụng các giá trị điện áp, dòng điện tải,
dòng điện bộ nghịch lưu, … . Cụ thể gồm các khâu lấy tín hiệu sau :
- [iS] : Dòng điện nguồn các pha a,b,c .
- [iSn] : Dòng trung tính của nguồn .
- [V] : Điện áp các pha a, b, c.
- [iL] : Dòng điện tải pha a,b,c .
- [iLn] : Dòng điện trung tính tải .
- [iF] : Dòng điện mạch lọc tích cực các pha a, b, c.
- [iFn] : Dòng điện trung tính của mạch lọc .
Sử dụng công cụ “Goto”, ta sẽ có các biến trung gian phục vụ cho công
việc tính toán dòng điện yêu cầu của bộ nghịch lưu. Ví dụ, với dòng điện các pha
nguồn [ia,ib,ic], trước hết ta định nghĩa biến iS= [ia, ib, ic ] bằng cách sử dụng
khâu Mux :
Hình H3-16 Khâu nén 3 tín hiệu
Tiếp theo, sử dụng công cụ Block Parameter sẽ lưu giá trị iS vào bộ nhớ.
Thông số cài đặt như sau :
Hình H3-17 Lưu dữ liệu vào bộ nhớ

26
3.2 Khâu tạo xung cho bộ nghịch lưu – Pulse
1
Pulse
V0
Valpha
Vbeta
I0
Ialpha
Ibeta
p0
p
q
po p q
a
b
c
X0
Xalpha
Xbeta
abc->alphabeta V
a
b
c
X0
Xalpha
Xbeta
abc->alphabeta I
PQ
NOT
NOT
NOT
NOT
Fo=30Hz
LPF
Valpha
Vbeta
-pAC
-q
Ic alpha*
Ic beta*
Ic alpha beta
Ic alpha
Ic beta
-i0
Ica*
Icb*
Icc*
Ic *
Hoi tiep
irefa
irefc
irefb
-1
-1
-1
[vc]
[irefc]
[iFc]
[irefa]
[irefb]
[vb]
[iFb]
[iFa]
[iLc]
[iLb]
[iLa]
[va]
oolea
oolea
oolea
double
double
double
oolea
Iref
Ic
g
Iref
Ib
g
Iref
Ia
g
Hình H3-18 Mô hình bộ tạo xung
Nguyên lý hoạt động bộ tạo xung
- Tín hiệu điện áp các pha a,b,c được biến đổi sang hệ tọa độ alpha-bêta ta
nhận được các giá trị valpha, vbêta, v0. ( v0 = 0 do điện áp đối xứng ).
- Tín hiệu dòng điện các pha a,b,c của tải được biến đổi sang hệ tọa độ
alpha-bêta ta nhận được các giá trị ialpha, ibêta, i0 .
- Từ các giá trị valpha, vbêta, v0 , ialpha, ibêta, i0 , xác định được công suất P,Q,
p0 của tải không cân bằng, p0=v0.i0 = 0.
- Sử dụng mạch lọc thông thấp LPF, sẽ tách được thành phần công suất
xoay chiều của tải pAC.
- Các dòng điện yêu cầu trong hệ toạ độ [αβ] được tính toán dựa trên công
suất pAC , q của tải. Sau đó chuyển các dòng điện yêu cầu sang hệ tọa độ
[abc].
- Dòng điện yêu cầu so sánh với dòng hồi tiếp của mạch lọc, từ đó tạo
xung đóng cắt cho bộ nghịch lưu.

27
a. khâu chuyên tọa độ abc->αβ
Khâu chuyển toạ độ từ abc->αβ được dựa trên các công thức (2.4) và
(2.5) ở chương 2. Hai công thức (2.4) dùng cho điện áp và (2.5) dùng cho dòng
điện đồng nhất với nhau .
Ngõ vào của khâu chuyển toạ độ là các tín hiệu trong hệ toạ độ [abc]:
- U[1]= ia hay ua
- U[2]= ib hay ub
- U[3]= ic hay uc
Ngõ ra của khâu chuyển toạ độ là các tín hiệu trong hệ toạ độ [αβ]:
- Y[1]=X0 = i0 hay u0
- Y[1]=Xalpha = iα hay uα
- Y[1]=Xbeta = iβ hay uβ
Hình H3-19 Chuyển hệ toạ độ từ abc->αβ
Các chỉ số (alpha-beta) tương ứng với các chỉ số (α-β) do chương trình
Matlab không cho phép dùng các ký tự αβ.
Sử dụng công cụ tạo hàm tính toán là FCN trong Simulink/User-
definited function để tạo ra các tín hiệu ngõ ra theo các công thức chuyển đổi
(2.4)và (2.5). Ví dụ, với ngõ ra là thành phần thứ tự không i0 hay v0 . Ta định
nghĩa hàm FCN như sau :
Hình H3-20 Cài tham số cho hàm FCN

28
3
q
2
p
1
p0
(-u[3]*u[5])+u[2]*u[6]
=q
u[1]*u[4]
=p0
u[2]*u[5]+u[3]*u[6]
=p
6
Ibeta
5
Ialpha
4
I0
3
Vbeta
2
Valpha
1
V0
b. khâu tính toán công suất pq.
Khâu tính tóan công suất p,q cho phép xác định công suất p, q, p0 của tải
trong hệ tọa độ [αβ] dựa trên công thức (2.6).
Ngõ vào của khâu tính toán công suất là các tín hiệu dòng điện và điện áp
đã được xác định trong hệ toạ độ [α,β] ở phần 3.2a trên.
- U[1]= v0
- U[2]= Valpha = vα
- U[3]= Vbeta = vβ
- U[4]= i0
- U[5]= Ialpha = iα
- U[6]= Ibeta = iβ
Hình H3-21 Tính toán công suất p, q, p0
Các công suất p, q, p0 được xác định dựa vào công thức (2-6) bằng cách
sử dụng FCN trong Simulink/User-definited function , ví dụ đối với công suất
p ta định nghĩa hàm FCN như sau :
Hình H3-22 Cài đặt hàm FCN cho p0

29
p
pDC
p
pAC
Fo=30Hz
LPF
c. Mạch lọc thông thấp
Chức năng của mạch lọc thông thấp là lọc bỏ các thành phần xoay chiều
với các tần số khác nhau, chỉ giữ lại thành phần một chiều. Đặc trưng của mạch
lọc thông thấp đó là tham số tần số cắt và hệ số phẩm chất Q. Ở đây, ta sẽ sử
dụng mạch lọc thông thấp với tần số cắt là 30Hz.
Thông số cài đặt của mạch lọc thông thấp được thể hiện theo hình H3-23
Hình H3-23 Thông số của mạch lọc thông thấp
Trong phần cài đặt tham số cho mạch lọc thông thấp theo hình H3-23 trên,
tham số thứ 3 – Sample time =50e-6 là tham số mặc định của phần mềm Matlab
(Mạch lọc thông thấp dạng số ).
Do sử dụng mạch lọc thông thấp, trong khi đại lượng cần thiết là thành
phần công suất xoay chiều . Nên ta sẽ lấy công suất p trừ cho thành phần DC để
xác định được thành phần xoay chiều .
pAC = p- pDC (3.1)
Công thức (3.1) được thể hiện trong Matlb theo hình H3-24 dưới đây.
Hình H3-24 Xác định công suất PAC từ mạch lọc thông thấp

30
2
Ic beta*
1
Ic alpha*
(u[2]*u[3]+u[1]*u[4])/(u[1]*u[1]+u[2]*u[2])
=icbeta*
(u[1]*u[3]-u[2]*u[4])/(u[1]*u[1]+u[2]*u[2])
=icalpha*
4
-q
3
-pAC
2
Vbeta
1
Valpha
d. Khâu tính toàn dòng yêu cầu trong hệ toạ độ αβ
Các dòng điện yêu cầu icα , icβ đước xác định từ công thức (2-7) với các
ngõ vào là các đại lượng điện áp trong hệ toạ độ αβ được xác định ở phần 3.2a
và các đại lượng công suất xác định theo phần 3.2c.
Ngõ vào của khâu tính toán dòng yêu cầu là các đại lượng sau:
- U[1]= Valpha = vα
- U[2]= Vbeta = vβ
- U[3]= -pAC
- U[4]= -q
Ngõ ra của khâu tính toán dòng yêu cầu là các đại lượng :
- Y[1]= Ic alpha
*
( tương ứng icα theo 2.7)
- Y[2]= Ic beta
*
( tương ứng icβ theo 2.7)
Hình H3-25 Tính toán dòng điện yêu cầu trong αβ
Bằng cách sử dụng công cụ FCN trong Simulink/User-definited
function , ta thiết lập được hàm tính toán theo công thức (2.7). Ví dụ đối với
dòng yêu cầu icα ta định nghĩa hàm FCN như hình H3-26 dưới đây:
Hình H3-26 Sử dụng hàm FCN tính dòng iα
*

31
e. Khâu tính toán dòng yêu cầu trong hệ toạ độ a,b,c .
Dòng điện yêu cầu trong hệ toạ độ [abc] được xác định từ dòng điện thứ
tự 0 – i0 ( xác định theo 3.2a) và các dòng điện yêu cầu icα , icβ trong hệ toạ độ
[αβ] ( xác định theo 3.2d) theo công thức (2.8)
Ngõ vào của khâu tính toán dòng yêu cầu trong [abc] là các đại lượng sau:
- U[1]= -i 0
- U[2]= Ic alpha
*
( tương ứng icα theo 2.8)
- U[3]= Ic beta
*
( tương ứng icβ theo 2.8)
Ngõ ra của khâu tính toán dòng yêu cầu là các đại lượng :
- Y[1]= Ic a
*
( tương ứng ica theo 2.8)
- Y[2]= Ic b
*
( tương ứng icb theo 2.8)
- Y[1]= Ic c
*
( tương ứng icc theo 2.8)
Hình H3-27 Tính toán dòng điện yêu cầu trong abc
Ví dụ đối với dòng điện pha a, ta có công cụ FCN trong Simulink/User-
definited function được cài đặt như sau :
Hình H3-28 Cài đặt tính toán cho ica
*
3
Icc*
2
Icb*
1
Ica*
sqrt(2/3)*(sqrt(1/2)*u[1]-(1/2)*u[2]-sqrt(3/4)*u[3])
=icc*
sqrt(2/3)*(sqrt(1/2)*u[1]-(1/2)*u[2]+sqrt(3/4)*u[3])
=icb*
sqrt(2/3)*(sqrt(1/2)*u[1]+u[2])
=ica*
3
-i0
2
Ic
*
beta
1
Ic
*
alpha

32
1
Pulse
NOT
NOT
NOT
NOT
[irefc]
[iFc]
[irefa]
[irefb]
[iFb]
[iFa]
oolea
oolea
oolea
oolea
Iref
Ic
g
Iref
Ib
g
Iref
Ia
g
f. Mạch so sánh trễ và tạo xung đóng cắt cho bộ nghịch lưu.
Mạch tạo trễ so sánh dòng điện hồi tiếp và dòng điện yêu cầu, từ đó tạo
xung đóng cắt cho bộ nghịch lưu .
Hình H3-29 Tạo xung cho bộ nghịch lưu từ mạch trễ.
Trong hình H3-29, các đại lượng [iref a, iref b, iref c ] tương ứng là dòng điện
yêu cầu các pha của bộ nghịch lưu ( xác định theo 3.2e). Trong khi các đại lượng
[iFa, iFb, iFc] tương ứng là dòng điện hồi tiếp của bộ nghịch lưu.
Do bộ nghịch lưu được sử dụng theo quy tắc kích đóng đối nghịch ( Xem
cấu hình bộ nghịch lưu hình H3-14), các cặp công tắc bán dẫn (1-2), (3-4), (5-6)
có xung kích đóng ngược nhau. Vì vậy ta dùng cổng NOT để tạo xung kích đóng
cho các công tắc chẵn (2-4-6) từ các công tắc lẽ (1-3-5).
6 tín hiệu đóng cắt cho 6 van ban dẫn của bộ nghịch lưu qua khâu nén tín
hiệu trở thành một tín hiệu duy nhất ( vectơ 6 chiều ) tạo xung cho bộ nghịch lưu.
Tín hiệu xung này sẽ được giải nén theo đúng thứ tự để cấp xung cho từng van
bán dẫn của bộ nghịch lưu.
Biên độ sai số – hysteresis band của mạch tạo trễ sẽ được đặt theo giá trị
yêu cầu, ví dụ khi hysteresis band =1 như hình H 3-30
Hình H3-30 Cài đặt biên độ sai số khâu tạo trễ.
Khâu nén tín hiệu -Mux
Chuyển tín hiệu qua boolean

33
[va]
[iLc][vc]
[iLb][vb]
[iFa]
[iFc]
[iFb]
[iLa]
[iF]
[iL][V] em
em
em
Hoi tiep
-1
[iS]
[V]
[V]
[iF]
[V]
[iL]
f(u)
Vabc
Iabc
PQ
Vabc
Iabc
PQ
Vabc
Iabc
PQ
PQ
g. Khâu hồi tiếp
Khâu hồi tiếp ( xem mô hình bộ tạo xung hình H3-18) có nhiệm vụ giải
nén các tín hiệu hồi tiếp như điện áp, dòng điện tải, dòng điện mạch lọc phục vụ
cho việc đưa các tham số hồi tiếp vào khâu tính toán một cách đơn giản và tiện
lợi.
Hình H3-30 Mô hình khâu hồi tiếp tín hiệu
h. Khâu tính toán công suất P,Q
Khâu tính toán công suất P,Q ( xem mô hình bộ tạo xung hình H3-18) có
nhiệm vụ tính toán các công suất của tải, mạch lọc tích cực và nguồn.
Hình H3-30 Mô hình khâu tính toán P-Q

34
CHƯƠNG 4
KHẢO SÁT ĐÁP ỨNG MẠCH LỌC
Trong chương 3, ta đã xây dựng mô hình mạch lọc tích cực song song 3
pha 4 dây trong môi trường Matlab/Simulink. Trong chương này, ta sẽ khảo sát
hoạt động của mô hình trên.
Trước tiên, ta sẽ khảo sát hoạt động của mạch lọc tích cực, kiểm tra
kết quả lọc sóng hài dòng điện nguồn và bù công suất phản kháng của mạch lọc
khi mạch lọc tác động .
Tiếp theo, vấn đề khảo sát đáp ứng của mạch lọc khi thay đổi công
suất P,Q của tải cũng sẽ được quan tâm giải quyết.
Một vấn đề khác cũng được đề cập, là ảnh hưởng của biên độ sai số
mạch tạo trễ đối với hoạt động của mạch lọc. Biên độ sai số lớn sẽ làm giảm tần
số đóng cắt, nhưng sẽ ảnh hưởng đến chất lượng của dòng điện khử sóng hài và
bù công suất phản kháng của mạch lọc.
Vấn đề cuối cùng, đó là vai trò của điện áp phía DC của bộ nghịch lưu
đối với chất lượng của mạch lọc. Điện áp DC không đủ lớn sẽ làm cho dòng điện
mạch lọc không bám theo được dòng điện yêu cầu, ảnh hưởng đến dòng điện
cũng như công suất trong mạch.

35
4.1. Khảo sát đáp ứng của mạch lọc khi mạch lọc tác động :
Khảo sát hoạt động của mạch lọc tích cực, kiểm tra kết quả lọc sóng
hài dòng điện nguồn và bù công suất phản kháng của mạch lọc khi mạch lọc tác
động .
Thiết lập mô hình mô phỏng :
Cho tải 3 pha 4 dây hoạt động trước, tại thời điểm 0.05s cho mạch lọc
tích cực tác động, và cho mạch lọc hoạt động từ thời điểm 0.05s kéo dài đến
01.s. Cài đặt tham số mô phỏng như sau :
- Thời gian mô phỏng : Simulation time/Stop time = 0.1
- Khâu control- điều khiển thời điểm mạch lọc nối với hệ thống được
đặt với thời điểm tác động là 0.05.
- Khâu tạo góc kích cho tải là bộ chỉnh lưu cầu được đặt góc kích =0,
các giá trị R, L của tải được đặt theo giá trị của phần 2.2 chương 2.
- Giá trị điện áp nguồn xoay chiều 3 pha Upha-RMS = 220V
- Giá trị điện áp DC của bộ nghịch lưu được đặt giá trị UDC =400V
- Khâu tạo trễ tạo xung đóng cắt cho bộ nghịch lưu được đặt biên độ
sai số hysteresis band =1 A.
Kết quả mô phỏng
(Chi tiết kết quả mô phỏng được trình bày trong phần phụ lục chương
6 từ hình H6.1-1 đến H6.1-9)
Dựa trên các kết quả mô phỏng, mạch lọc tích cực song song đã thực
hiện tốt các chức năng sau :
Khử sóng hài dòng điện, với dạng sóng dòng điện nguồn hòan tòan
sin.
Khử thành phần mất cân bằng – dòng trung tính của nguồn 3 pha,
dòng điện 3 pha của nguồn hòan tòan cân bằng.
Bù công suất phản kháng cho tải, công suât phản kháng của nguồn
bằng không. Thành phần công suất tác dụng P của nguồn ổn định
không dao động so với thành phần công tác dụng P của tải dao
động rất lớn.
Hệ số cos ϕ của nguồn bằng 1.
Ta sẽ xem xét các kết quả chính được trình bày dưới đây:

36
- Ngay khi mạch lọc tác động, dòng điện nguồn đã được khử sóng hài,
với dòng điện dạng sin ( Hình H4.1-1)
Hình H4.1-1 : Dòng tải và dòng nguồn pha a
- Dưới tác động mạch lọc, dòng điện 3 pha của nguồn cân bằng, đối
xứng 3 pha ( H4.1-2)
Hình H4.1-2 : Dòng điện nguồn 3 pha
Mạch lọc chưa tác động Mạch lọc tác động

37
- Dưới tác động mạch lọc, dòng trung tính của nguồn gần bằng không
( Hình H4.1-3)
Hình H4.1-3 : Dòng điện trung tính nguồn
- Khi mạch lọc tác động, công suất tác dụng của nguồn hầu như
không dao động, công suất phản kháng của nguồn gần bằng không (H4.1-4).
Hình H4.1-4 : Công suất p, q của nguồn.

38
- Dòng điện nguồn và điện áp nguồn hoàn toàn trùng pha nhau, hệ số
công suất của nguồn bằng 1. (H4.1-5).
Hình H4.1-5 : Dòng điện, điện áp nguồn và hệ số công suất nguồn

39
4.2. Khảo sát đáp ứng của mạch lọc khi thay đổi công suất P,Q của tải:
Tải 3 pha 4 dây, như đã được trình bày ở phần 3.1.2 gồm 2 phần : Tải
1 pha là bộ chỉnh lưu cầu Diode và tải 3 pha là bộ chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển
được. Và cũng như kết quả đã đưa ra trong phần 3.1.2, bằng cách thay đổi góc
kích của bộ chỉnh lưu cầu 3 pha từ 00
đến 1800
sẽ làm dòng điện tải của tải 3 pha
4 dây thay đổi trong giới han:
Pha b, c có đỉnh biên độ dao động từ 0 ->50A.
Pha a có đỉnh biên độ dao động từ 10A- > 60A.
Như vậy, bằng cách thay đổi góc kích cho bộ chỉnh lưu cầu 3 pha sẽ
làm thay đổi giá trị dòng điện tải và tương ứng sẽ thay đổi công suất P, Q của tải
không cân bằng.
Thiết lập mô hình mô phỏng:
Cài đặt tham số mô phỏng như sau :
- Thời gian mô phỏng : Simulation time/Stop time = 0.3s
đặt với thời điểm tác động là 0s.
- Khâu tạo góc kích cho tải được cài đặt thời điểm thay đổi góc kích
như sau :
Từ 0.0s -> 0.1s góc kích là 00
.
.
( góc kích tương ứng
khóa dòng điện qua bộ chỉnh lưu cầu 3 pha).
- Các giá trị R, L của tải được đặt theo giá trị của phần 2.2 chương 2.
- Khâu tạo trễ tạo xung đóng cắt cho bộ nghịch lưu được đặt biên độ
sai số hysteresis band =1 A.
6 từ hình H6.2-1 đến H6.2-9)
Các kết quả chính thu được như sau :
Ứng với mô hình được thiết lập ở trên, mạch lọc tích cực song song
hoạt động tốt trong phạm vi điều chỉnh của tải, với các đáp ứng quá
độ của dòng điện nguồn, công suất P, Q của nguồn tại các thời
điểm thay đổi không có độ vọt lố, thời gian xác lập nhỏ.
Mạch lọc hoạt động tốt trong trường hợp khi tải 3 pha 4 dây trở
thành tải 1 pha ( góc kích 1600
),và khi đó dòng điện nguồn vẫn cân
bằng 3 pha .
Cụ thể các kết quả khảo sát chính được trình bày dưới đây:

40
- Dòng điện nguồn thay đổi giảm dần theo dòng tải nhưng dòng điện
nguồn hoàn toàn sin. Tại các thời điểm thay đổi góc kích, dòng điện nguồn hoàn
toàn không dao động ( Hình H4.2-1)
Hình H4.2-1 : Dòng điện tải và dòng điện nguồn pha a.
- Dòng điện nguồn 3 pha cân bằng, đối xứng hoàn toàn sin và thay
đổi giảm dần theo góc kích, không có dao động tại các thời điểm thay đổi góc
kích. ( Hình H4.2-2)
Góc kích 00
Góc kích 500
Góc kích 1600
Góc kích 00
Góc kích 500
Góc kích 1600

41
- Dòng điện trung tính của nguồn gần bằng 0 trong quá trình thay đổi
góc kích, nhưng hầu như không có giá khác biệt giữa các giá trị góc kích .
- Công suất thực P thay đổi giảm dần theo sự thay đổi góc kích ,
không có dao động công suất thực tại thời điểm thay đổi góc kích. Công suất
phản kháng của nguồn bằng 0 .
Góc kích 00
Góc kích 500
Góc kích 1600
Góc kích 00
Góc kích 500
Góc kích 1600
Hình H4.2-4 : Công suất PQ của nguồn

42
- Dòng điện nguồn và điện áp nguồn hoàn toàn trùng pha nhau, hệ số
công suất của nguồn bằng 1. (H4.2-5).
Hình H4.2-5 : Dòng điện, điện áp nguồn và hệ số công suất nguồn
Góc kích 00
Góc kích 500
Góc kích 1600

43
4.3 Khảo sát đáp ứng của mạch lọc khi thay đổi biên độ sai số - hysteresis
band của mạch tạo trễ .
Khảo sát hoạt động của mạch lọc tích cực, kiểm tra kết quả lọc sóng
hài dòng điện nguồn và bù công suất phản kháng nguồn của mạch lọc khi thay
đổi biên độ sai số (hysteresis band) của mạch tạo trễ.
- Simulation time/Stop time = 0.15
đặt với thời điểm tác động là 0.
- Khâu tạo góc kích cho tải là bộ chỉnh lưu cầu được đặt góc kích =0.
Các giá trị R, L của tải được đặt theo giá trị của phần 2.2 chương 2.
- Thời điểm thay đổi biên độ sai số như sau :
0.00-0.05s hysteresis band =0.5
6 từ hình H6.3-1 đến H6.3-4)
Các kết quả chính thu được như sau :
Biên độ sai số ảnh hưởng đến tần số đóng cắt của linh kiện, biên độ
sai số càng lớn, tần số đóng cắt càng giảm .
Nhưng ngược lại, biên độ sai số càng lớn thì độ dao động của dòng
điện mạch lọc theo giá trị dòng điện yêu cầu càng lớn, làm cho các
dòng điện pha của nguồn, dòng trung tính của nguồn, công suất tác
dụng và phản kháng của nguồn có độ nhấp nhô lớn, ảnh hưởng đến
chất lượng mạch lọc.
Phân tích cụ thể từng kết quả được trình bày dưới đây:

44
- Vai trò của biên độ sai số mạch tạo trễ được thể hiện rõ ràng bằng
tần số đóng cắt của linh kiện. Biên độ sai số mạch tạo trễ càng lớn, tần số đóng
cắt của linh kiện càng giảm. Quan sát số lần đóng cắt của linh kiện tại 3 khoảng
thời gian theo hình H4.3-1, ta có kết quả như sau :
Từ 0.0235 đến 0.024s ( hysteresis band =0.5) số xung đóng = 14
Từ 0.0635 đến 0.064s ( hysteresis band =2.0) số xung đóng = 5
Từ 0.1235 đến 0.124s ( hysteresis band =5.0 ) số xung đóng =2
Hình H4.3-1 : Tần số đóng cắt ứng với các hysteresis =0.2; 2; 5
Hysteresis band =0.5
Hysteresis band =2
Hysteresis band =5

45
- Dòng điện mạch lọc, dòng điện của nguồn có độ gợn thay đổi tuỳ
thuộc vào biên độ sai số của khâu tạo trễ, biên độ sai số càng lớn thì độ gợn càng
lớn .
Hình H4.3-2 : Dòng điện mạch lọc và dòng nguồn
- Dòng điện trung tính mạch lọc, dòng điện trung tính của nguồn có
độ gợn thay đổi tuỳ thuộc vào biên độ sai số, biên độ sai số càng lớn thì độ gợn
càng lớn .
Hình H4.3-3 : Dòng điện trung tính mạch lọc và nguồn.
Hysteresis band =0.5 Hysteresis band =2 Hysteresis band =5

46
- Công suất tác dụng, phản kháng của nguồn có độ gợn thay đổi tuỳ
thuộc vào biên độ sai số, biên độ sai số càng lớn thì độ gợn càng lớn .
Hình 4.4-4 Công suất PQ của tải, mạch lọc và nguồn
- Hệ số cosφ của nguồn hầu như không bị ảnh hưởng bởi biên điều
khiển của khâu tạo trễ.
Hình 4.3-5 Hệ số công suất của nguồn

47
4.4 Khảo sát đáp ứng của mạch lọc khi thay đổi giá trị điện áp DC của bộ
nghịch lưu .
Giá trị dòng điện mạch lọc tích cực sẽ phụ thuộc vào giá trị điện áp
DC của bộ nghịch lưu, khi giá trị điện áp DC không đủ lớn sẽ làm cho dòng điện
của mạch lọc tích cực không bám theo được giá trị của dòng điện yêu cầu, do đó
sẽ ảnh huởng đến chất lượng của mạch lọc .
- Simulation time/Stop time = 0.1
đặt với thời điểm tác động là 0.
- Khâu tạo góc kích cho tải là bộ chỉnh lưu cầu được đặt góc kích =0.
Các giá trị R, L của tải được đặt theo giá trị của phần 2.2 chương 2.
- Thời điểm thay đổi điện áp DC như sau :
0.00-0.05s điện áp DC =400V
0.00-0.05s điện áp DC =300V
6 từ hình H6.4-1 đến H6.4-4)
Các kết quả thu được khi điện áp DC không đủ lớn:
Dòng điện hồi tiếp mạch lọc không bám theo được dòng yêu cầu.Dẫn
đến dòng điện mạch lọc không bù được sóng hài, làm cho dòng điện
nguồn bị méo dạng.
Dòng điện trung tính của nguồn không được khử.
Công suất P, Q của nguồn dao động quanh giá trị trung bình với trị số
dao động lớn.
Phân tích cụ thể từng kết quả được trình bày dưới đây:

48
- Khi điện áp DC không đủ lớn, dòng điện hồi tiếp không bám theo được
dòng yêu cầu.
Hình H4.4-1 : Hoạt động mạch tạo trễ pha a
- Khi UDC = 300V, do dòng điện của mạch lọc tích cực không bám theo
dòng yêu cầu, dòng điện nguồn sẽ bị méo dạng so với trường hợp Udc =400V
Hình H4.4-2 : Dòng điện nguồn
Udc = 400V Udc =300V

49
- Có thể quan sát sự méo dạng đều trên cả 3 pha của dòng điện nguồn khi
UDC nhỏ =300V so với khi UDC =400V
- Khi Udc=300V, do dòng điện 3 pha bị méo dạng, dẫn đến dòng điện
trung tính của nguồn sẽ dao động với giá trị lớn .
Hình H4.4-4 : Dòng trung tính tải, trung tính mạch lọc và trung tính nguồn

50
Khi Udc=300V, công suất PQ của nguồn sẽ dao động với biên độ rất lớn
đáp ứng rất xấu so với trường hợp Udc=400V.
Khi Udc=300V, do công suất PQ của nguồn dao động với biên độ lớn nên
hệ số công suất của nguồn sẽ có dao động, tuy nhiên không đáng kể.
Hình H4.4-6 : Hệ số công suất nguồn

51
CHƯƠNG 5
KẾT LUẬN
5.1 Tổng kết nội dung luận án :
Cấu trúc của luận án gồm 7 chương :
Chương 1 : Đưa ra các khái niệm về sóng hài, ảnh hưởng của sóng hài,
và vai trò của mạch lọc tích cực trong việc loại bỏ sóng hài trên lưới điện.
Chương 2 : Trình bày về phương pháp điều khiển mạch lọc tích cực
song song áp dụng cho tải 3 pha 4 dây.
Chương 3 : Đưa ra các bước cần thiết để xây dựng mô hình mạch lọc
tích cực song song 3 pha 4 dây trong môi trường simulink của phần mềm Matlab.
Chương 4 : Khảo sát mạch lọc tích cực đã được xây dựng ở chương 3.
Ngoài việc khảo sát đáp ứng của mạch lọc, ta còn xét ảnh hưởng của các yếu tố
ảnh hưởng đến chất lượng của mạch lọc như : thay đổi công suất PQ của tải 3
pha 4 dây, biên độ sai số của khâu tạo trễ và nguồn DC của bộ nghịch lưu.
Chương 5 : Kết luận, nhận xét về đề tài đã thực hiện, đưa ra các điểm
tồn tại cũng như phương hướng phát triển của đề tài.
Chương 6 : Phụ lục, trình bày chi tiết các kết quả mô phỏng thực hiện
trong chưong 4.
5.2 Đánh giá nhiệm vụ :
Nhiệm vụ chính của luận án là nghiên cứu phương pháp điều khiển
mạch lọc tích cực song song ba pha 4 dây.
Với những kết quả đã trình bày, có thể đánh giá một cách chủ quan rằng
nhiệm vụ đã luận án đã được hoàn thành thể hiện ở những đặc điểm sau :
- Đã xây dựng thành công phương pháp điều khiển mạch lọc tích cực
song song 3 pha 4 dây, và xây dựng thành công mô hình mô phỏng của hệ thống
mạch lọc trong simulink/ Matlab.
- Dựa trên mô hình mô phỏng được thiết lập, đã mô phỏng thành công
đáp ứng của mạch lọc, cụ thể đã khảo sát đáp ứng của các đại lượng quan trọng:
dòng điện hài của mạch lọc tích cực, dòng điện nguồn khi mạch lọc tác dụng;
công suất PQ của mạch lọc phát lên lưới và công suất PQ của nguồn dưới tác
động bù công suất của mạch lọc; hệ số công suất của nguồn dưới tác động của
mạch lọc.
- Bên cạnh đó, vấn đề khảo sát hoạt động của mạch lọc dưới tác dụng
của các yêu tố như : sự biến thiên công suất của tải, ảnh hưởng của mạch tạo trễ
đối, nguồn DC của bộ nghịch lưu đã được giải quyết trọn vẹn.
5.3 Tính khả thi của đề tài .
Với việc xây dựng thành công mô hình mô phỏng mạch lọc tích cực
song song 3 pha 4 dây trong môi trường simulink của matlab, chúng ta thấy hoàn
toàn có thể xây dựng mô hình thực tế hệ thống mạch lọc tích cực song song 3
pha 4 dây.

52
Việc xem xét ảnh hưởng của các yếu tố như sự thay đổi của tải, biên độ
sai số của khâu tạo trễ, nguồn DC của bộ nghịch lưu đối với chất lượng của mạch
lọc được thực hiện trên mô phỏng là một công cụ không thể thiếu trong việc thiết
kế, chế tạo mạch lọc. Bằng cách đưa vào bài toán mô phỏng các giá trị chính xác
của tải không cân bằng ( sử dụng các công cụ đo sóng hài), ta hoàn toàn có thể
giải quyết bài toán mạch lọc trên mô phỏng, làm cơ sở vững chắc cho việc lắp
đặt mạch lọc.
Với việc áp dụng thành công phương pháp điều khiển mạch lọc tích cực
song song 3 pha 4 dây sử dụng mạch tạo trễ, chúng ta có thể thực hiện các
phương pháp điều khiển khác, phức tạp hơn, ví dụ như dùng phương pháp điều
chế vectơ không gian áp dụng cho hệ thống không cân bằng 3 pha 4 dây.
5.4 Những vấn đề tồn tại và hướng phát triển :
Do một số nguyên nhân chủ quan và khách quan, ở đây còn một số tồn
tại cần giải quyết như sau :
- Nguồn DC cung cấp cho bộ nghịch lưu của mạch lọc tích cực được coi
là lý tưởng, trong thực tế là nguồn DC được cấp điện bằng tụ điện DC
với hệ thống ổn định điện áp. Đây là một trong những vấn đề có tính
chất quan trọng cần phải giải quyết một cách triệt để.
- Một trong những giả thiết được sử dụng trong đề tài là bỏ qua độ méo
dạng của nguồn điện áp. Độ méo dạng điện áp ảnh hưởng trước tiên là
làm xuất hiện thành phần thứ tự 0 của điện áp trong hệ tọa độ α-β, từ đó
sẽ có thành phần công suất thứ tự 0 – p0 .
- Tổn hao ploss của bộ nghịch lưu cũng chưa được xem xét, đây là một tồn
tại cần giải quyết nhằm nâng cao hiệu suất cũng như chất lượng mạch
lọc .
- Ngoài ra, các vần đề đã được đề cập giải quyết như : đáp ứng mạch lọc
theo sự thay đổi của tải, ảnh hưởng của biên độ sai số khâu tạo trễ, anh
hưởng của điện áp nguồn DC chỉ được xem xét ở mức độ tương đối.
Cần phải có sự đầu tư nghiên cứu một cách chuyên sâu các vấn đề trên.

53
CHƯƠNG 6
PHỤ LỤC CÁC KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
Chương 6 sẽ trình bày chi tiết các kết quả mô phỏng được thực hiện ở
chương 4, gồm các trường hợp mô phỏng tương ứng như sau:
- 6.1 Khảo sát đáp ứng của mạch lọc khi mạch lọc tác động .
- 6.2 Khảo sát đáp ứng của mạch lọc khi thay đổi công suất P, Q của tải
bằng cách thay đổi góc kích của tải là bộ chỉnh lưu 3 pha
- 6.3 Khảo sát đáp ứng của mạch lọc khi thay đổi biên độ so sánh của
mạch tạo trễ
- 6.4 Khảo sát đáp ứng của mạch lọc theo giá trị các giá trị điện áp DC
khác nhau cấp cho bộ nghịch lưu .

54
6.1 Khảo sát đáp ứng mạch lọc
Dòng điện tải 3 pha, dòng điện tải trung tính, điện áp nguồn .
Hình H6.1-1 : Dòng điện tải 3 pha, dòng điện trung tính tải, điện áp 3 pha
Dòng điện tải 3 pha không đối xứng với dòng trung tính khoảng 10A.
Điện áp 3 pha đối xứng hình sin.

55
Các giá trị điện áp, dòng điện tải trong hệ tọa độ α-β
Hình H6.1-2 : Dòng điện tải, điện áp 3 pha tải trong hệ α-β
Do điện áp 3 pha đối xứng, thành phần thứ tự không điện áp =0
Thành phần thứ tự không dòng điện khác 0.

56
Công suất p, q trong hệ toạ độ α-β
Hình H6.1-3 : Công suất p,q trong hệ tọa độ α-β
Công suất p có thành phần DC xác lập trước thời điểm mạch lọc tác động
là 0.05s.

57
Hoạt động mạch tạo trễ
Hình H6.1-4 : Hoạt động mạch tạo trễ pha a
và sự phóng to trong thời gian 0.013-0.0165
Dưới tác dụng của mạch tạo trễ, dòng điện hồi tiếp bám sát dòng yêu
cầu.

58
Dòng điện tải, dòng điện mạch lọc và dòng điện nguồn
Hình H6.1-5 : Dòng tải, dòng mạch lọc và dòng nguồn
Dưới tác dụng của dòng mạch lọc, dòng điện nguồn trở thành sin

59
Dòng điện nguồn và dòng điện tải, dòng điện nguồn 3 pha
Dòng điện nguồn 3 pha
- So với dòng điện tải, dòng điện nguồn đã hoàn toàn sin, không có sóng
hài.
Dòng điện nguồn 3 pha hoàn toàn đối xứng và cân bằng

60
Dòng trung tính tải, trung tính của mạch lọc và trung tính nguồn.
Dòng trung tính nguồn sẽ có giá trị nhỏ ( gần về 0 ) do dòng trung tính tải
cân bằng với dòng trung tính mạch lọc.

61
Công suất tải, mạch lọc, và nguồn
Hình H6.1-8 : Công suất PQ của tải, mạch lọc và nguồn.
Công suất P của nguồn không dao động, công suất Q của nguồn có giá trị
0 do công suất
≈
P , Q của tải được cung cấp bởi mạch lọc.

62
Dòng điện và điện áp nguồn, hệ số công suất nguồn.
Dưới tác dụng mạch lọc, công suất của nguồn không dao động và có giá
trị =1, dòng điện và điện áp nguồn trùng pha với nhau .

63
6.2 Thay đổi công suất P, Q của tải bằng cách thay đổi góc kích của bộ chỉnh
lưu cầu .
Dòng điện tải 3 pha, dòng điện tải trung tính, điện áp nguồn.
Hình H6.2-1 : Dòng điện tải 3 pha, dòng điện trung tính tải, điện áp 3 pha
Khi thay đổi góc kích, dòng điện tải thay đổi và giảm dần ( góc kích tăng
dần ). Khi góc kích lớn (160), dòng điện của bộ chỉnh lưu 3 pha bằng không.
Điện áp 3 pha, dòng trung tính không thay đổi khi thay đổi góc kích
Góc kích 00
Góc kích 500
Góc kích 1600

64
6.2 Thay đổi công suất P, Q của tải
Các giá trị dòng điện, điện áp tải trong hệ tọa độ α-β
Hình H6.2-2 : Dòng điện tải, điện áp 3 pha tải trong hệ α-β
Do điện áp 3 pha đối xứng, thành phần thứ tự không điện áp =0
Các thành phần dòng điện tải thay đổi theo góc kích.
Thành phần thứ tự không dòng điện khác 0 và không thay đổi theo góc
kích do tải 1 pha không thay đổi.
Góc kích 00
Góc kích 500
Góc kích 1600

65
Công suất p, q trong hệ toạ độ α-β
Hình H6.2-3 : Công suất p,q trong hệ tọa độ α-β
Công suất p, và các thành phần AC và DC của nó thay đổi giảm dẩn khi
thay đổi góc kích tăng dần .Công suất q thay đổi theo góc kích, góc kích càng
nhỏ thì q càng lớn .
Góc kích 00
Góc kích 500
Góc kích 1600

66
Hoạt động mạch tạo trễ.
Hình H6.2-4 : Hoạt động mạch tạo trễ 3 pha a,b,c
Dòng hồi tiếp bám sát dòng yêu cầu.
Góc kích 00
Góc kích 500
Góc kích 1600

67
Dòng điện tải, dòng điện mạch lọc và dòng điện nguồn.
Hình H6.2-5 : Dòng tải, mạch lọc và dòng nguồn
Dưới tác dụng của dòng mạch lọc, dòng điện nguồn trở thành sin
Dòng điện nguồn sẽ thay đổi giảm dần khi thay đổi góc kích
Góc kích 00
Góc kích 500
Góc kích 1600

68
Dòng điện nguồn 3 pha
So với dòng điện tải, dòng điện nguồn đã hoàn toàn sin, không có sóng
hài.
Dòng điện nguồn 3 pha hoàn toàn đối xứng và cân bằng.
Góc kích 00
Góc kích 500
Góc kích 1600

69
Dòng trung tính tải, trung tính mạch lọc và trung tính nguồn
Dòng trung tính nguồn sẽ có giá trị nhỏ ( gần về 0 ) do dòng trung tính tải
cân bằng với dòng trung tính mạch lọc.
Dòng trung tính tải, mạch lọc và nguồn đều không thay đổi theo góc kích .
Góc kích 00
Góc kích 500
Góc kích 1600

70
Công suất tải, mạch lọc và nguồn
Hình H6.2-8 : Công suất PQ của tải, mạch lọc và nguồn.
Công suất P của nguồn không dao động, công suất Q của nguồn có giá trị
0 do công suất
≈
P , Q của tải được cung cấp bởi mạch lọc.
Góc kích 00
Góc kích 500
Góc kích 1600

71
Hệ số công suất nguồn, dòng điện và điện áp nguồn
Dòng điện và điện áp nguồn cùng pha, cosfi của nguồn có giá trị bằng 1
mặc dù tải đã được thay đổi giá trị dòng điện bằng cách thay đổi góc kích .
Khi góc kích lớn, hệ số cosfi dao động , tuy giá trị không lớn
Góc kích 00
Góc kích 500
Góc kích 1600

72
6.3 Thay đổi biên độ sai số khâu tạo trễ
Hoạt động của bộ tạo trễ.
Hình H6.3-1 : Hoạt động mạch tạo trễ pha a,b,c
Khi biên độ sai số dao động càng lớn thì sai số giữa dòng điện hồi tiếp và
yêu cầu càng lớn .

73
Dòng điện tải, dòng điện mạch lọc, dòng điện nguồn
Hình H6.3-2 : Dòng điện tải, dòng mạch lọc và dòng nguồn
Dòng điện mạch lọc, dòng điện nguồn sẽ có biên độ dao động càng lớn
nếu hysteresis band càng lớn .

74
Dòng điện trung tính tải, mạch lọc và nguồn
Hình H6.3-3 : Dòng điện trung tính tải, mạch lọc và nguồn.
Dòng điện trung tính mạch lọc, dòng điện trung tính nguồn sẽ có biên độ
dao động càng lớn nếu hysteresis band càng lớn .

75
Công suất PQ của tải, mạch lọc và nguồn
Hình H6.3-4 : Công suất PQ của tải, mạch lọc và nguồn
Công suất PQ của mạch lọc và nguồn sẽ có biên độ dao động càng lớn
nếu hysteresis band càng lớn .

76
6.4 Thay đổi điện áp DC của bộ nghịch lưu
Hoạt động mạch tạo trễ
Hình H6.4-1 : Hoạt động mạch tạo trễ pha a, b, c
Khi điện áp DC không đủ lớn, dòng điện hồi tiếp không bám theo được
dòng yêu cầu.

77
Dòng điện tải, dòng mạch lọc và dòng nguồn
Hình H6.4-2 : Dòng điện tải, dòng mạch lọc và dòng nguồn
Khi Udc = 300V, do dòng điện của mạch lọc tích cực không bám theo
dòng yêu cầu, dòng điện nguồn sẽ bị méo dạng so với trường hợp Udc =400V

78
Hình H6.4-3 : Dòng điện nguồn và dòng điện tải, dòng điện nguồn 3 pha
Khi Udc =300V, cả 3 pha abc của dòng điện nguồn đều bị méo dạng so
với trường hợp Udc =400V.

79
Dòng trung tính tải, trung tính mạch lọc và trung tính nguồn
Khi Udc=300V, dòng điện trung tính của nguồn sẽ dao động với giá trị
lớn .

80
Công suất tải, mạch lọc và nguồn
Khi Udc=300V, công suất PQ của nguồn sẽ dao động với biên độ rất lớn
đáp ứng rất xấu so với trường hợp Udc=400V.

81
Dòng điện và điện áp nguồn, hệ số công suất nguồn
Hình H6.4-6 : Dòng điện và điện áp nguồn, hệ số công suất nguồn

Sóng hài

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Sóng hài

Similar to Sóng hài (20)

More from Pham Hoang

More from Pham Hoang (18)

Sóng hài