Điện áp đầu ra định mức (Nominal output voltage) là gì?

Giá trị định mức (Rated value) là gì?

Giá trị định mức (Rated value) là giá trị của một đại lượng dùng để đặc tả thiết bị, xác lập cho một tập điều kiện vận hành xác định.[15]

Định mức (Rated) và danh định (Nominal) khác nhau thế nào?

Giá trị danh định (Nominal value) là giá trị dùng để gọi tên và nhận biết linh kiện, thiết bị hoặc hệ thống, thường là số đã làm tròn.[8] Chữ nominal trong tên Nominal output voltage ứng với giá trị danh định, nên thông số này còn được gọi là điện áp đầu ra danh định.[8] Giá trị định mức gắn với điều kiện vận hành, còn giá trị danh định dùng để gọi tên.[15][8]

Điện áp hiệu dụng (RMS voltage) là gì?

Điện áp hiệu dụng (RMS voltage) là giá trị điện áp một chiều tương đương, tức mức điện áp một chiều làm một điện trở tỏa ra cùng công suất.[9] Với dạng sóng hình sin, giá trị hiệu dụng bằng biên độ đỉnh chia cho √2.[9] Một mạch ghi 120 V AC có nghĩa là 120 V hiệu dụng, điện áp đỉnh khoảng √2 × 120 ≈ 170 V.[9]

Biến tần đổi điện một chiều thành điện xoay chiều

Biến tần một chiều sang xoay chiều có mặt trong ứng dụng điện xoay chiều độc lập và trong hệ nguồn phân tán nối lưới.[5] Trong hệ độc lập, biến tần đổi dòng điện một chiều (DC) của bộ ắc quy thành điện xoay chiều 120 V hoặc 240 V, 60 Hz.[16] Hai mức 120 V và 240 V nằm trong hướng dẫn lắp hệ PV theo Bộ luật Điện Quốc gia Hoa Kỳ (NEC).[16]

Điện áp đầu ra định mức khác điện áp lưới định mức ở điểm nào?

Điện áp danh định của hệ thống lắp đặt điện là giá trị dùng để gọi tên và nhận biết hệ thống đó hoặc một phần của hệ thống.[17] Điện áp đầu ra định mức là giá trị nhà sản xuất ấn định cho đầu ra của một thiết bị, ở đây là biến tần.[1] Các mức điện áp lưới chuẩn và cấp điện áp ở Việt Nam được trình bày ở bài Điện áp lưới định mức.

Giá trị hiệu dụng ở mục 1 là điểm xuất phát để tính điện áp đỉnh, điện áp dây và dòng điện. Mục 2 trình bày các công thức này.

Công thức điện áp đỉnh từ điện áp hiệu dụng

Đổi vế quan hệ hiệu dụng bằng đỉnh chia √2 của dạng sóng sin,[9][10] ta có công thức:

Đầu ra 230 V AC hiệu dụng có điện áp đỉnh 325 V.[10] Kiểm lại bằng công thức: 1,414 × 230 ≈ 325 V. Đầu ra 120 V AC có điện áp đỉnh khoảng 170 V.[9]

Điện áp đỉnh và khâu trung gian một chiều (DC link)

Với đầu ra 230 V AC, khâu trung gian một chiều (DC link) 390 V đủ cao để bảo đảm điện áp ra mong muốn.[10] Mức 390 V lớn hơn điện áp đỉnh 325 V của đầu ra 230 V, chênh 390 − 325 = 65 V. Biến tần độc lập 2.500 W trên hệ ắc quy 24 V lấy khoảng 134 A khi đầy tải, với hiệu suất 85 % ở 22 V.[16]

Điện áp pha (Line-to-neutral voltage) và điện áp dây (Line-to-line voltage) là gì?

Điện áp pha (Line-to-neutral voltage) là điện áp giữa một dây pha và dây trung tính, tiếng Anh gọi tắt là phase voltage.[18] Điện áp dây (Line-to-line voltage) là điện áp giữa hai dây pha, tiếng Anh gọi tắt là line voltage.[18] Khi tài liệu chỉ ghi một mức điện áp cho hệ ba pha, mức đó phải hiểu là điện áp dây.[13]

Công thức điện áp dây bằng 1,732 lần điện áp pha

Trong vận hành bình thường, điện áp dây bằng √3 lần điện áp pha[12][13]:

Lưới có điện áp pha 120 V hiệu dụng có điện áp dây 208 V hiệu dụng.[12] Với đầu ra 230 V giữa pha và trung tính, điện áp dây là 1,732 × 230 ≈ 398 V. Con số 398 V gần mức 400 V của cặp 230/400 V trong IEC 60038.[11]

Cách ghi 230/400 V trên đầu ra ba pha

Trong cặp 230/400 V, giá trị nhỏ là điện áp giữa pha và trung tính, giá trị lớn là điện áp giữa hai pha.[11] Tải một pha nối được giữa hai dây pha hoặc giữa dây pha và dây trung tính.[12]

Công thức tính dòng điện từ điện áp đầu ra

Công suất biểu kiến là tích của điện áp hiệu dụng và dòng điện hiệu dụng, đơn vị vôn ampe (VA).[19] Đổi vế định nghĩa này ra công thức dòng điện một pha[19][13]:

Công suất biểu kiến ba pha bằng 1,732 nhân điện áp dây nhân dòng điện dây.[13] Công suất tác dụng ba pha bằng 1,732 nhân điện áp dây nhân dòng điện dây nhân hệ số công suất.[18] Đổi vế công thức công suất biểu kiến ba pha ra công thức dòng điện ba pha:

Biến tần 5.000 VA ở 230 V cho dòng 5.000 / 230 ≈ 21,7 A. Cách tính dòng định mức được trình bày ở bài Dòng điện đầu ra định mức.

Các công thức ở mục 2 áp cho mọi biến tần, còn bên giữ mức điện áp đầu ra thay đổi theo chế độ làm việc. Mục 3 xét biến tần hòa lưới.

Biến tần bám lưới (Grid-following inverter) là gì?

Biến tần bám lưới (Grid-following inverter) là biến tần dùng vòng điều khiển dòng điện để giữ dòng bơm vào lưới, cần vòng khóa pha để đồng bộ với lưới.[2] Biến tần bám lưới cần điện áp tại điểm nối chung để cấp công suất tác dụng và công suất phản kháng.[2] Biến tần của nguồn phân tán thường được thiết kế để làm việc như nguồn dòng lý tưởng.[5]

Biến tần chạy điều khiển dòng không tự điều khiển điện áp

Ở chế độ điều khiển dòng, biến tần không điều khiển được điện áp.[5] Trong thử nghiệm ngắn mạch một biến tần 1 kW nối lưới, điện áp tại điểm nối do bộ mô phỏng lưới điều chỉnh.[5] Hệ PV hòa lưới thường không điều chỉnh điện áp và chỉ bơm dòng điện vào lưới, theo điều 4.2 của IEC 61727.[4] Điều khoản này được trích lại trong báo cáo thử nghiệm EMTEK năm 2019 cho một hệ biến tần hybrid.[4] Yêu cầu tương thích với lưới theo IEC 61727 được trình bày ở bài IEC 61727.

Đồng bộ với lưới bằng vòng khóa pha (PLL)

Một bộ nghịch lưu nguồn áp một pha công bố năm 2016 làm việc như nguồn dòng lý tưởng khi nối lưới.[10] Vòng khóa pha (Phase-locked loop, PLL) của bộ nghịch lưu này tạo tín hiệu đồng bộ với góc pha của lưới.[10] Các bộ điều khiển cộng hưởng của bộ nghịch lưu này được chỉnh trực tuyến theo tần số lưới do PLL ước lượng.[10] Tần số lưới được trình bày ở bài Tần số lưới định mức.

Mục 4 xét biến tần có cổng backup và biến tần độc lập, hai trường hợp biến tần tự tạo điện áp đầu ra.

Biến tần tạo lưới (Grid-forming inverter) là gì?

Biến tần tạo lưới (Grid-forming inverter) là biến tần có bộ điều khiển giữ điện áp tức thời ở đầu ra, gồm biên độ và tần số điện áp.[2] Biến tần tạo lưới làm việc giống nguồn áp và có thể tiếp tục chạy tách đảo khỏi lưới khu vực.[2] Định nghĩa biến tần tạo lưới này không bao gồm hệ độc lập chỉ có một biến tần.[2]

Biến tần độc lập làm việc như nguồn áp

Ở chế độ độc lập, biến tần làm việc như nguồn áp và điều khiển điện áp pha đầu ra.[6] Hệ lưu trữ chạy độc lập cần điều chỉnh điện áp đầu ra để cấp điện cho tải.[6] Hệ điện mặt trời không nối lưới được giới thiệu ở bài Hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập off-grid.

Chuyển từ nguồn dòng sang nguồn áp khi tách đảo có chủ đích

Khi tách đảo có chủ đích (intentional islanding), góc tham chiếu của bộ nghịch lưu một pha công bố năm 2016 được chuyển sang nguồn bên trong.[10] Vòng điều khiển của bộ nghịch lưu này chuyển sang điều khiển điện áp, và bộ nghịch lưu làm việc như máy phát điện áp.[10] Khi nối lại, bộ nghịch lưu chờ góc pha bên trong khớp góc pha lưới dưới một ngưỡng, rồi quay về điều khiển dòng.[10]

Cổng EPS (Emergency Power Supply) trên biến tần hybrid

Datasheet SolaX X3-Hybrid G4 chia phần AC thành nhóm AC INPUT & OUTPUT (ON-GRID) và nhóm EPS (OFF-GRID) OUTPUT (WITH BATTERY).[20] Nhóm EPS của SolaX X3-Hybrid G4 in điện áp, tần số định mức 230 V / 400 V, 50 Hz / 60 Hz.[20] Khái niệm nguồn điện khẩn cấp được giới thiệu ở bài Nguồn điện khẩn cấp EPS. Khoảng gián đoạn khi chuyển nguồn được trình bày ở bài Thời gian chuyển mạch.

Biến tần sạc kiêm nghịch lưu khi có lưới và khi mất lưới

Khi điện áp ở cực AC in nằm trong thông số, Victron MultiPlus-II chuyển thẳng điện áp đó sang cực AC out.[21] Lúc này phần nghịch lưu của Victron MultiPlus-II tắt và bộ sạc bắt đầu sạc pin.[21] Khi điện áp ở cực AC in bị loại, phần nghịch lưu bật lên.[21] Victron MultiPlus-II đồng bộ với điện áp vào trong dải mặc định 180 đến 270 V AC.[22] Dòng tối đa đi từ đầu vào sang đầu ra qua rơ le chuyển được trình bày ở bài Dòng AC đi xuyên tối đa.

Chức năng UPS của biến tần sạc kiêm nghịch lưu

Khi bật chức năng UPS, Victron MultiPlus-II chuyển sang chạy nghịch lưu gần như không gián đoạn lúc mất điện áp vào.[22] Chức năng UPS của Victron MultiPlus-II mặc định ở trạng thái bật.[22] Victron khuyên tắt chức năng UPS nếu thiết bị không đồng bộ được hoặc liên tục quay lại chạy nghịch lưu.[22] IEC 62040-3 quy định yêu cầu đặc tính và phép thử cho bộ lưu điện UPS điện tử cấp điện áp ra AC không quá 1.000 V.[23]

Mục 5 xét dung sai và độ ổn định của điện áp đầu ra do biến tần tự tạo.

Dung sai ± 2 % trên datasheet Victron MultiPlus-II

Victron MultiPlus-II ghi điện áp ra 230 VAC ± 2 % và tần số 50 Hz ± 0,1 %.[3] Mức ± 2 % tương ứng 230 × 0,98 = 225,4 V đến 230 × 1,02 = 234,6 V. Mức ± 0,1 % của tần số tương ứng 50 × 0,999 = 49,95 Hz đến 50 × 1,001 = 50,05 Hz. Tần số ra của Victron MultiPlus-II chỉnh được sang 60 Hz.[3]

Tải phi tuyến làm méo điện áp đầu ra

Với cách điều khiển điện áp theo giá trị hiệu dụng, tổng méo hài điện áp (THDv) của biến tần độc lập tăng mạnh khi cấp cho tải phi tuyến.[6] Tải phi tuyến đòi hỏi các thành phần dòng điện hài lớn, và biến tần độc lập phải cấp được các thành phần đó.[6] Tổng méo hài điện áp được trình bày ở bài Tổng méo hài điện áp THDv.

Công suất ra liên tục giảm theo nhiệt độ

Victron MultiPlus-II 48/5000/70-50 cấp liên tục 4.000 W ở 25 °C, 3.700 W ở 40 °C và 3.000 W ở 65 °C.[3] Công suất liên tục 5.000 VA ở 25 °C của Victron MultiPlus-II được ghi cho tải phi tuyến có hệ số đỉnh 3:1.[3] Mức 3.000 W ở 65 °C bằng 3.000 / 4.000 = 75 % mức ở 25 °C.

Quá tải, pin yếu và quá nhiệt

Biến tần độc lập thường chịu được quá tải ngắn vài giây, gấp bốn đến sáu lần công suất ra định mức.[16] Victron MultiPlus-II 48/5000/70-50 in công suất đỉnh 9.000 W.[3] Khi tải vượt công suất định mức, đèn overload của Victron MultiPlus-II nhấp nháy; khi quá tải hoặc ngắn mạch, phần nghịch lưu tắt.[21] Phần nghịch lưu của Victron MultiPlus-II cũng tắt khi điện áp pin quá thấp hoặc nhiệt độ bên trong quá cao.[21]

Mục 6 xét vì sao mức điện áp đầu ra phải khớp với điện áp nơi lắp đặt.

Cài đúng thông số lưới trước khi vận hành

Hướng dẫn biến tần Huawei SUN2000-(3KTL-10KTL)-M1 yêu cầu người có chuyên môn cài đúng thông số trước khi thiết bị vận hành lần đầu.[25] Huawei cảnh báo cài sai thông số có thể làm hệ không đáp ứng yêu cầu đấu nối lưới của địa phương.[25]

Chỉnh điện áp đầu ra ở chế độ chạy pin

Victron MultiPlus-II có thông số Inverter voltage, là điện áp đầu ra khi chạy bằng pin, mặc định 230 V AC.[22] Inverter voltage của Victron MultiPlus-II chỉnh được trong khoảng 210 đến 245 V.[22] Tần số nghịch lưu của Victron MultiPlus-II mặc định 50 Hz, chọn được 50 Hz hoặc 60 Hz.[22]

Điện áp đầu ra thấp hơn làm dòng điện tăng ở cùng công suất

Dòng điện bằng công suất biểu kiến chia cho điện áp, theo định nghĩa công suất biểu kiến.[19] Ở cùng 5.000 VA, đầu ra 230 V cho 5.000 / 230 ≈ 21,7 A, đầu ra 220 V cho 5.000 / 220 ≈ 22,7 A. Mức chênh là 22,7 − 21,7 = 1,0 A.

Các thông số ở mục 3 đến mục 6 nằm ở nhiều nhóm khác nhau trên datasheet. Mục 7 hướng dẫn đọc chúng.

Bảng nhãn và giá trị điện áp đầu ra trên bốn datasheet

Dải điện áp đầu vào khác điện áp đầu ra

Datasheet Victron MultiPlus-II ghi dải điện áp vào của bộ sạc là 187 đến 265 V AC.[3] Dải 187 đến 265 V AC tách khỏi điện áp ra 230 VAC ± 2 % của phần nghịch lưu.[3] Trong phần cài đặt, dải điện áp vào mặc định của Victron MultiPlus-II là 180 đến 270 V AC.[22]

Thông số in cạnh điện áp đầu ra

Datasheet Victron MultiPlus-II in tần số 50 Hz ± 0,1 % ngay cùng dòng với điện áp ra, kèm chú thích tần số chỉnh được sang 60 Hz.[3] Cùng datasheet in công suất ra liên tục theo nhiệt độ và công suất đỉnh cho từng model.[3]

Dải điện áp DC phía pin

Victron MultiPlus-II bản 48 V nhận điện áp một chiều từ 38 đến 66 V ở đầu vào nghịch lưu.[3] Dải 38 đến 66 V là điện áp một chiều phía pin, còn 230 VAC ± 2 % là điện áp xoay chiều ở đầu ra.[3]

Mục 8 áp các bước đọc này vào một biến tần cụ thể.

Bước 1: đọc nhóm thông số nghịch lưu

Bước 2: tính khoảng dung sai điện áp

Khoảng dung sai ± 2 % quanh 230 V là 230 × 0,98 = 225,4 V đến 230 × 1,02 = 234,6 V.[3] Độ rộng của khoảng này là 234,6 − 225,4 = 9,2 V.

Bước 3: tính điện áp đỉnh

Theo công thức điện áp đỉnh ở mục 2,[9] đầu ra 230 V có đỉnh 1,414 × 230 ≈ 325 V. Ở hai đầu khoảng dung sai, đỉnh là 1,414 × 225,4 ≈ 318,7 V và 1,414 × 234,6 ≈ 331,7 V.

Bước 4: tính dòng ra ở công suất liên tục

Theo công thức dòng điện một pha,[19] dòng ra ở 5.000 VA và 230 V là 5.000 / 230 ≈ 21,7 A. Ở 225,4 V, dòng là 5.000 / 225,4 ≈ 22,2 A. Ở 234,6 V, dòng là 5.000 / 234,6 ≈ 21,3 A.

Bước 5: tính dòng khi đổi điện áp đặt

Inverter voltage chỉnh được từ 210 đến 245 V.[22] Ở 5.000 VA, mức đặt 210 V cho 5.000 / 210 ≈ 23,8 A. Mức đặt 245 V cho 5.000 / 245 ≈ 20,4 A.

Bước 6: xét điện áp ra khi có lưới

Khi điện áp lưới ở cực AC in nằm trong thông số, điện áp đó được chuyển thẳng sang cực AC out.[21] Mức 230 V cài trong Inverter voltage là điện áp đầu ra khi chạy bằng pin.[22] Dải điện áp vào mặc định để đồng bộ là 180 đến 270 V AC.[22]

Bước 7: tính dòng ở công suất giảm theo nhiệt độ

Giả định hệ số công suất bằng 1 để đổi W sang VA. Ở 40 °C, dòng ra là 3.700 / 230 ≈ 16,1 A. Ở 65 °C, dòng ra là 3.000 / 230 ≈ 13,0 A. Hai mức công suất 3.700 W và 3.000 W lấy từ datasheet.[3]

Bước 8: tính dòng ở công suất đỉnh

Giả định hệ số công suất bằng 1, công suất đỉnh 9.000 W[3] ở 230 V ứng với 9.000 / 230 ≈ 39,1 A. Mức đỉnh này bằng 9.000 / 4.000 = 2,25 lần công suất liên tục 4.000 W ở 25 °C.

Ví dụ trên dùng mức 230 V của Victron. Mục 9 đối chiếu điện áp đầu ra định mức với lưới phân phối Việt Nam.

Cấp 0,38 kV và điện áp pha quy đổi

Theo quan hệ điện áp dây bằng 1,732 lần điện áp pha,[12] điện áp pha ứng với cấp 0,38 kV là 380 / 1,732 ≈ 219 V. Độ lệch điện áp cho phép tại điểm đấu nối được trình bày ở bài Điện áp lưới định mức.

Tần số 50 Hz đi cùng điện áp đầu ra

Tần số danh định của hệ thống điện quốc gia Việt Nam là 50 Hz.[14] Victron MultiPlus-II mặc định tần số nghịch lưu 50 Hz.[22] Tần số nghịch lưu của Victron MultiPlus-II chọn được 50 Hz hoặc 60 Hz.[22]

Ba cặp thông số dễ nhầm

• Điện áp đầu ra và điện áp lưới: giá trị hãng ấn định cho đầu ra thiết bị, khác giá trị gọi tên hệ thống lắp đặt điện.[1][17]
• Điện áp ra khi có lưới và khi chạy pin: Victron MultiPlus-II chuyển thẳng điện áp lưới sang đầu ra, còn khi chạy pin dùng mức Inverter voltage.[21][22]
• Điện áp pha và điện áp dây: cặp 230/400 V gồm 230 V giữa pha và trung tính, 400 V giữa hai pha.[11]