Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Điện tử: Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị bù cos phi kết hợp lọc sóng hài

Việc quản lý công suất phản kháng và sóng hài là yếu tố then chốt để nâng cao chất lượng điện năng và hiệu suất hệ thống. Công suất phản kháng, dù không sinh công hữu ích, lại thiết yếu cho quá trình biến đổi năng lượng, và việc nâng cao hệ số công suất (cosφ) giúp giảm tổn thất. Tuy nhiên, sự xuất hiện của các phần tử phi tuyến dẫn đến sóng hài, gây ra nhiều vấn đề như quá nhiệt thiết bị, hỏng cách điện, và nhiễu loạn vận hành. Các phương pháp bù cosφ truyền thống bằng tụ điện trở nên nguy hiểm khi có sóng hài. Do đó, nghiên cứu thiết bị tích hợp bù cosφ và lọc sóng hài là cần thiết để cải thiện chất lượng điện năng và tuổi thọ thiết bị.

Nghiên cứu này hướng đến các sinh viên, học viên sau đại học, và các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực Kỹ thuật Điện tử, đặc biệt là những người quan tâm đến hệ thống điện, chất lượng điện năng, bù công suất phản kháng và lọc sóng hài. Nó cũng là tài liệu tham khảo hữu ích cho các kỹ sư và chuyên gia đang làm việc trong ngành điện lực, muốn tìm hiểu và ứng dụng các giải pháp nâng cao hiệu suất và ổn định lưới điện trong thực tiễn sản xuất.

Luận văn trình bày nghiên cứu chuyên sâu về thiết kế và chế tạo thiết bị tích hợp bù công suất phản kháng (cosφ) kết hợp lọc sóng hài. Mục tiêu chính là phát triển một thiết bị có khả năng đồng thời cải thiện hệ số công suất và loại bỏ các thành phần sóng hài bậc 3, 5, và 7 trong lưới điện. Điều này được thực hiện thông qua việc tính toán và thiết kế ba mạch lọc L-C nối tiếp riêng rẽ, được tối ưu hóa để bù cosφ ở tần số cơ bản 50 Hz và cộng hưởng lọc bỏ các sóng hài cụ thể. Thiết bị này được thiết kế để hoạt động hiệu quả trong hệ thống lưới điện sử dụng biến áp công suất 5 KVA với phụ tải phi tuyến. Luận văn đã phân tích chi tiết các khái niệm về công suất phản kháng, sóng hài, các nguồn gây ra sóng hài và ảnh hưởng tiêu cực của chúng đối với hệ thống điện và thiết bị, đặc biệt là hiện tượng cộng hưởng nguy hiểm cho tụ bù. Các phương pháp bù công suất phản kháng theo các tiêu chí kỹ thuật và kinh tế cũng được trình bày. Mô hình hệ thống bù cosφ kết hợp lọc sóng hài thụ động đã được xây dựng và mô phỏng trên phần mềm Matlab/Simulink, cho thấy khả năng nâng cao hệ số công suất từ 0.7 lên 0.97 và giảm đáng kể độ méo sóng hài của dòng điện (từ 23.3% xuống 1.26%) và điện áp (từ 9.45% xuống 0.87%), đạt gần như loại bỏ hoàn toàn các thành phần sóng hài vượt ngưỡng cho phép theo tiêu chuẩn IEEE. Ngoài ra, luận văn còn mô tả quá trình thiết kế bộ điều khiển, cảm biến đo hệ số công suất và xây dựng mô hình thực nghiệm đơn pha để kiểm chứng lý thuyết, mang lại kết quả tương đối phù hợp. Nghiên cứu này cung cấp cái nhìn toàn diện và giải pháp hiệu quả cho vấn đề chất lượng điện năng trong các hệ thống công nghiệp và dân dụng.