Cách chọn tỷ lệ điện kháng cho hệ thống bù công suất phản kháng hạ áp

Để triệt tiêu hiệu quả sự khuếch đại của sóng hài bậc 5 và bậc 7, trên thị trường hiện có các hệ thống bù công suất phản kháng với các tỷ lệ điện kháng khác nhau (5,5%, 6% hoặc 7%). Hệ thống nào mang lại hiệu suất tốt nhất? Nên lựa chọn như thế nào?

Mục đích của việc mắc nối tiếp tụ điện với cuộn kháng

Do sự phát triển nhanh chóng của công nghệ điện tử công suất và sự trưởng thành của công nghệ bán dẫn, các ứng dụng công nghiệp thường sử dụng bộ biến tần cho động cơ, bộ chỉnh lưu có điều khiển và thiết bị điều khiển gián đoạn có thể điều chỉnh công suất đầu ra theo kích thước tải để đạt được tiết kiệm năng lượng và giảm tiêu thụ. Tuy nhiên, dạng sóng dòng điện của các tải này là phi tuyến và không liên tục trong quá trình hoạt động. Sử dụng tụ điện thuần túy để bù công suất phản kháng trong tình huống này sẽ tạo ra nguy cơ cộng hưởng song song.

Để tránh cộng hưởng song song giữa tụ điện thuần túy và trở kháng tương đương của hệ thống, tụ điện được mắc nối tiếp với một cuộn kháng. Điều này làm cho trở kháng của tụ điện đối với dòng điện hài của hệ thống mang tính cảm kháng, tránh hiệu quả điểm cộng hưởng và ngăn ngừa cộng hưởng hệ thống. Hơn nữa, việc mắc nối tiếp tụ điện với cuộn kháng cũng làm giảm và triệt tiêu dòng điện xung kích.

Mục đích chính của cuộn kháng nối tiếp trong bù công suất phản kháng, ngoài việc bù công suất phản kháng cho hệ thống, là tránh các điểm cộng hưởng song song của hệ thống và ngăn ngừa nguy cơ cộng hưởng. Dù sử dụng cuộn kháng 5,5%, 6% hay 7%, mục tiêu chính là tránh khuếch đại sóng hài bậc 5 và bậc 7. Do đó, về mặt chức năng, ba tỷ lệ điện kháng này là giống nhau. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng hiệu quả hấp thụ sóng hài khác nhau do tỷ lệ điện kháng nối tiếp khác nhau, và mức tăng điện áp tại các đầu cực của tụ điện cũng khác nhau. Vì vậy, khi sử dụng tỷ lệ điện kháng 5,5%, cần xem xét cẩn thận dòng điện định mức của cuộn kháng vì tần số điều chỉnh của nó gần với tần số sóng hài bậc 5 hơn so với hai tỷ lệ kia, và điện áp chịu đựng của tụ điện cũng cần được tăng lên tương ứng. Khi sử dụng tỷ lệ điện kháng 7%, cần chú ý đến việc lựa chọn điện áp định mức của tụ điện vì mức tăng điện áp tại các đầu cực của tụ điện sau khi mắc nối tiếp cuộn kháng lớn hơn so với hai tỷ lệ kia. So sánh tổng thể ba tỷ lệ điện kháng được thể hiện trong Bảng 1.

Khi dòng điện hài của hệ thống quá lớn (thường lớn hơn 100A), nhóm tụ điện – cuộn kháng được điều chỉnh có thể gây ra nguy cơ mất an toàn và có thể cần phải giảm thiểu sóng hài.