tương thích ðiện từ trong bộ ðiều khiển ðộng cõ xoay chiều

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

TIỂU LUẬN MÔN HỌC

TƯƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ
Đề tài:

TƯƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ TRONG BỘ ĐIỀU KHIỂN
ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU

GVHD

: PGS.TS. TĂNG TẤN CHIẾN

HVTH

: NGUYỄN THỊ QUỲNH TRANG

LỚP

: KTĐT K25

Đà Nẵng, 11/2013


Tiểu luận môn Tương thích điện từ

GVHD: PGS.TS Tăng Tấn Chiến

MỤC LỤC

DANH MỤC VIẾT TẮT......................................................................................................3
DANH MỤC HÌNH VẼ......................................................................................................3
LỜI MỞ ĐẦU....................................................................................................................4
Chương 1:
1.1.

GIỚI THIỆU............................................................................................5

Khái niệm tương thích điện từ...............................................................................5

1.2. Tương thích điện từ trong bộ điều khiển động cơ xoay chiều...............................6
1.2.1. Bộ điều khiển động cơ xoay chiều.................................................................6
1.2.1.1. Động cơ xoay chiều....................................................................................6
1.2.1.2. Bộ điều khiển động cơ xoay chiều..............................................................6
1.2.2. Tương thích điện từ trong bộ điều khiển động cơ xoay chiều........................8
1.3 Kết luận..................................................................................................................... 8
Chương 2:

VẤN ĐỀ TRÁNH NHIỄU ĐIỆN TỪ.........................................................9

2.1 Các loại nhiễu điện từ............................................................................................9
2.2

Đường truyễn dẫn của nhiễu điện từ...................................................................10

2.3

Kết luận..............................................................................................................12

Chương 3:

CÁC GIẢI PHÁP GIẢM NHIỄU ĐIỆN TỪ........................................13

3.1 Giải pháp nối đất.................................................................................................13
3.1.1 Nối đất bảo vệ và nối đất chức năng................................................................13
3.1.2 Các vòng lặp nối đất........................................................................................15
3.1.3 Các hệ thống nối đất........................................................................................15
3.2 Giải pháp bọc chắn.............................................................................................20
3.2.1 Bọc chắn là gì?................................................................................................20
3.2.2 Giảm nhiễu điện từ bằng bọc chắn.................................................................21
3.3 Giải pháp bộ lọc..................................................................................................24
3.3.1 Bộ lọc..............................................................................................................24
3.3.2 Nhiễu sóng hài.................................................................................................26
3.4 Ứng dụng kết nối dây trong bộ điều khiển động cơ xoay chiều dòng sản phẩm
VFD-F của hãng Delta..................................................................................................28
3.4.1 Sơ đồ nối dây cơ bản.......................................................................................28
3.4.2 Nối dây mở rộng..............................................................................................29
3.4.3 Kết nối các mạch chính.....................................................................................30
3.5

Kết luận..............................................................................................................32

KẾT LUẬN....................................................................................................................... 33
TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................................34

HVTH: Nguyễn Thị Quỳnh Trang

2

Tiểu luận môn Tương thích điện từ

HVTH: Nguyễn Thị Quỳnh Trang

GVHD: PGS.TS Tăng Tấn Chiến

3


Tiểu luận môn Tương thích điện từ

GVHD: PGS.TS Tăng Tấn Chiến

DANH MỤC VIẾT TẮT
AC
DC
EMC
EMI
IGBT
PWM
PE
N
THID

Alternating Current
Direct Current
Electromagnetic Compatibility
Electromagnetic interference
Insulated-gate bipolar transistor
Pulse-width modulation

Protective earth
Neutral
Total Harmonic Current Distortion

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1. Mô hình cơ bản của TTĐT……………………………………………………….……5
Hình 1.2: Nguồn phát- Đường dẫn- Máy thu……………………………………………….….5
Hình 1.3 Cấu tạo của động cơ xoay chiều……………………………………………………...6
Hình 1.4 Các thành phần chính của bộ điều khiển động cơ xoay chiều………………..…7
Hình 2.1 Nhiễu ở chế độ sai lệch và chế độ chung.............................................................9
Hình 2.2 Dòng nhiễu trong các dây cáp điện không bọc được dẫn tới đất thông qua điện
dung kí sinh với một điện áp chế độ chung......................................................................10
Hình 2.3 Nhiễu ở chế độ chung trong cáp nguồn được truyền qua điện dung kí sinh và
được ghép với cáp tín hiệu lân cận...................................................................................11
Hình 2.4 Nhiễu ở chế độ chung được ghép thông qua cáp nguồn đến các hệ thống nguồn
khác, sau đó cáp của hệ thống nguồn được nối với hệ thống truyền tải...........................11
Hình 2.5 Nhiễu ở chế độ chung của một dây cáp nguồn không bọc chắn được truyền
xuống đất thông qua điện dung kí sinh.............................................................................12

HVTH: Nguyễn Thị Quỳnh Trang

4


Tiểu luận môn Tương thích điện từ

GVHD: PGS.TS Tăng Tấn Chiến

LỜI MỞ ĐẦU

Cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật trên thế giới đang phát triển rất nhanh, luôn
cần đạt đến những yêu cầu kỹ thuật mới. Các thiết bị trong hệ thống điện công nghiệp,
các dây chuyền sản xuất trong nhà máy được điều khiển từ động cơ cảm ứng không đồng
bộ (KĐB) với chi phí hợp lý và độ bền cấu trúc. Tuy nhiên, việc điều khiển động cơ KĐB
là một vẫn đề khó khăn, phức tạp vì động cơ KĐB là một hệ phi tuyến, cần thuật toán
điều khiển chặt chẽ. Hiệu quả kinh tế trong sản xuất phụ thuộc vào việc sử dụng hợp lý
các thiết bị điện trong sản xuất, điều khiển đạt hiệu suất tối ưu nhất.
Các hệ thống cần điều khiển tốc độ động cơ hoạt động theo yêu cầu chính xác,
việc sử dụng bộ điều khiển động cơ xoay chiều có vai trò rất quan trọng trong điều
khiển động cơ điện KĐB ba pha. Bên cạnh đó, môi trường công nghiệp bị ảnh hưởng
bởi các loại nhiễu do các thiết bị điện, điện tử gây ra. Khi bộ điều khiển động cơ xoay
chiều hoạt động trong môi trường nhiễu, nhiễu được bức xạ và truyền thông qua các dây
cáp tín hiệu và dây cáp nguồn, có thể ảnh hưởng đến chức năng, gây lỗi hay thậm chí
gây hư hại cho bộ điều khiển.
Để ngăn chặn điều này, một số bộ điều khiển động cơ xoay chiều có chống nhiễu
tăng cường nhưng kết quả còn hạn chế và không kinh tế. Do đó, phương pháp hiệu quả
là tìm ra nguyên nhân gây nhiễu và sử dụng giải pháp phù hợp để đạt mục tiêu “không
bức xạ, không truyền dẫn và không tiếp thu nhiễu”. Các giải pháp này cần được áp
dụng.

HVTH: Nguyễn Thị Quỳnh Trang

5


Chương 1:
1.1.

GIỚI THIỆU

Khái niệm tương thích điện từ
Tương thích điện từ (TTĐT)- một thuật ngữ chỉ rõ đặc tính mà những thiết bị

điện tử, tin học có được khi chúng vận hành tốt trong một môi trường có sự hiện diện của
các thiết bị khác hoặc có tín hiệu nhiễu từ môi trường xung quanh chúng tác động vào.
Mô hình cơ bản của TTĐT được minh họa bởi hình 1.1

Thiết bị A

Thiết bị B

Môi trường ngoài
Hình 1.1. Mô hình cơ bản của TTĐT
Nếu một hệ thống là EMC thì phải thỏa mãn ba tiêu chuẩn sau:
 Không gây ra nhiễu với các hệ thống khác.
 Không nhạy với sự phát xạ từ các hệ thống khác.
 Không gây ra nhiễu cho chính nó.
Khái niệm chính trong TTĐT là mối quan hệ giữa “Nguồn phát- Đường dẫn- Máy
thu”
Nguồn phát

Đường dẫn

Máy thu

Hình 1.2: Nguồn phát- Đường dẫn- Máy thu
Có ba thành phần cơ bản: Nguồn phát, đường dẫn và máy thu
Máy thu có thể có hai loại khác nhau:
-

Loại chủ động: Máy thu thanh hoặc máy thu hình.

-

Loại thụ động: Máy vi tính hoặc một số loại thiết bị điện tử khác.

HVTH: Nguyễn Thị Quỳnh Trang

6


Một số đề xuất để giải quyết vấn đề TTĐT trong mô hình này
-

Khử năng lượng tại nguồn phát (ta có thể giảm tổng năng lượng được phát xạ).

-

Xác định đường truyền dẫn cho bản thân thiết bị, đường dẫn này phải được kiểm
soát thông qua các dây dẫn hoặc bức xạ ra không gian.

-

Xác định đặc tính của máy thu và làm cho nó có thể tăng khả năng chống nhiễu hơn.
Tóm lại, các vấn đề của EMC liên quan đến sự phát sinh, sự truyền và sự thu

nhận năng lượng điện từ. Hình 1.2 minh họa ba yếu tố của một vấn đề EMC: nguồn tạo
ra sự phát xạ, và đường dẫn mang năng lượng phát xạ chuyển từ nguồn đến máy thu, và
vì vậy năng lượng điện từ không mong muốn được chuyển đổi thành một số tác động
không mong đợi.

1.2. Tương thích điện từ trong bộ điều khiển động cơ xoay chiều
1.2.1. Bộ điều khiển động cơ xoay chiều
1.2.1.1.
Động cơ xoay chiều
 Cấu tạo: gồm hai bộ phận chính
- Cuộn dây cố định (còn gọi là Stator)
- Bộ phận xoay (còn gọi là Rotor)

Hình 1.3 Cấu tạo của động cơ xoay chiều
Stator gồm các cuộn dây của ba pha điện quấn trên các lõi sắt bố trí trên một vành
tròn để tạo ra từ trường quay. Rotor hình trụ có tác dụng như một cuộn dây quấn trên lõi
thép.
Khi mắc động cơ vào mạng điện xoay chiều, từ trường quay do Stator gây ra làm
cho Rotor quay trên trục. Chuyển động quay của Rotor được trục máy truyền ra ngoài và
được sử dụng để vận hành các máy công cụ hoặc các cơ cấu chuyển động khác. Trục này
quay với tốc độ do biến tần xác định.
1.2.1.2.

Bộ điều khiển động cơ xoay chiều

Bộ điều khiển động cơ xoay chiều là thiết bị dùng để điều khiển tốc độ của động
cơ điện, động cơ cảm ứng, hay động cơ đồng bộ. Động cơ điện xoay chiều đầu tiên
HVTH: Nguyễn Thị Quỳnh Trang

7


được thiết kế vào năm 1899. Động cơ điện chuyển đổi điện năng thành cơ năng nhờ vào
hiện tượng cảm ứng điện từ. Các động cơ này được đặc trưng bởi:
-

Tốc độ cố định, xác định bởi tần số của nguồn điện cấp
Moment xoắn cố định.
Tuy nhiên, với tốc độ cố định thì không phù hợp cho tất cả trường hợp; do đó,

cần phải điều chỉnh tốc độ theo yêu cầu thực tế.
Bộ điều khiển động cơ xoay chiều được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp. Ví
dụ, các dòng chảy của nước và hóa chất trong tiến trình công nghiệp thường được điều
khiển bằng cách điều chỉnh tốc độ của các máy bơm; hay bộ điều khiển động cơ gắn với
các quạt để điều chỉnh luồng không khí trong hệ thống điều hòa không khí và nhiệt lớn…
 Nguyên lý hoạt động của bộ điều khiển động cơ xoay chiều:
- Nguồn điện xoay chiều 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn 1 chiều bằng
phẳng, sử dụng bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện. Điện áp và tần số đầu vào cố định.
- Điện áp một chiều ở trên sẽ được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều
3 pha đối xứng. Mới đầu, điện áp một chiều được tạo ra sẽ được trữ trong giàn tụ điện.
Điện áp một chiều này ở mức rất cao. Tiếp theo, thông qua trình tự kích hoạt thích hợp bộ
biến đổi IGBT (Tranzito Lưỡng cực có Cổng Cách điện hoạt động giống như một công
tắc bật và tắt cực nhanh để tạo dạng sóng đầu ra của Biến tần) sẽ tạo ra một điện áp Xoay
chiều ba pha bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM).
Các thành phần chính của bộ điều khiển động cơ xoay chiều:

Hình 1.4 Các thành phần chính của bộ điều khiển động cơ xoay chiều

Bộ chỉnh lưu:
Chuyển đổi điện xoay chiều 3 pha thành điện một chiều, nhờ sử dụng cầu diode.

Mạch DC:
Lưu trữ nguồn điện từ bộ chỉnh lưu cho bộ biến tần sử dụng. Trong hầu hết các
trường hợp, nguồn điện được lưu trữ trong các tụ điện có dung lượng cao.


Bộ biến tần:
Bộ biến tần lấy nguồn từ mạch DC và cung cấp cho động cơ. Bộ biến tần sử dụng
kỹ thuật điều chế độ rộng xung tạo ra điện áp xoay chiều 3 pha đầu ra cho động
cơ. Tần số có thể được điều chỉnh để phù hợp với nhu cầu.
HVTH: Nguyễn Thị Quỳnh Trang

8


 Ưu điểm:

Cho phép người dùng kiểm soát tốc độ của động cơ đem lại nhiều thuận lợi
trong quá trình kiểm soát. Điều chỉnh tốc độ là phương tiện để kiểm soát tiến trình:
- Hoạt động mượt mà hơn
- Kiểm soát tăng tốc
- Tốc độ làm việc khác nhau cho mỗi tiến trình
- Bù đắp cho sự thay đổi các biến của tiến trình
- Điều chỉnh tốc độ sản xuất
- Kiểm soát moment
- Khống chế dòng khởi động động cơ, giúp quá trình khởi động êm ái, nâng
cao độ bền kết cấu cơ khí.
- Tiết kiệm năng lượng…
 Nhược điểm:
- Tạo ra lượng nhiệt lớn và các sóng hài.
1.2.2. Tương thích điện từ trong bộ điều khiển động cơ xoay chiều
Khi bộ điều khiên động cơ xoay chiều hoạt động, tín hiệu điều hòa sẽ xuất hiện ở
đầu vào và đầu ra của bộ điều khiển động cơ xoay chiều. Nó tạo ra một mức nhiễu điện
từ nhất định cho các thiết bị điện xung quanh và mạng điện lưới. Động cơ xoay chiều
thường được ứng dụng trong môi trường công nghiệp với nhiễu điện từ mạnh. Trong điều
kiện như vậy, một động cơ xoay chiều có thể gây nhiễu hoặc bị gây nhiễu.

Cài đặt các bộ điều khiển động cơ xoay chiều chính xác sẽ giảm ảnh hưởng nhiễu
điện từ và đảm bảo tính ổn định lâu dài của hệ thống điện.
1.3 Kết luận
Chương trình bày khái niệm về tương thích điện từ, cấu tạo và nguyên lý hoạt
động và các ưu nhược điểm của bộ điều khiển động cơ xoay chiều, trình bày tính tương
thích điệm từ trong bộ điều khiển động cơ xoay chiều.

HVTH: Nguyễn Thị Quỳnh Trang

9


Chương 2:

VẤN ĐỀ TRÁNH NHIỄU ĐIỆN TỪ

2.1 Các loại nhiễu điện từ
Nhiễu điện từ của bộ điều khiển động cơ xoay chiều có thể được phân biệt thành
nhiễu ở chế độ sai lệch và nhiễu ở chế độ chung.
Nhiễu ở chế độ sai lệch bị gây ra bởi điện dung kí sinh giữa các dây dẫn và nhiễu ở chế
độ chung bị gây ra bởi đường dẫn ghép của chế độ chung được tạo ra bởi điện dung kí
sinh giữa các dây dẫn và đất.

Hình 2.1 Nhiễu ở chế độ sai lệch và chế độ chung
Về cơ bản, nhiễu ở chế độ sai lệch có tác động lớn hơn đối với bộ điều khiển động
cơ AC và nhiễu ở chế độ chung có tác động lớn hơn đối với các thiết bị điện tử có độ
nhạy cao . Một lượng quá nhiều nhiễu ở chế độ sai lệch có thể kích hoạt hệ thống bảo vệ
mạch của bộ điều khiển động cơ AC. Nhiễu ở chế độ chung ảnh hưởng đến các thiết bị
điện tử ngoại vi thông qua kết nối đất chung.

HVTH: Nguyễn Thị Quỳnh Trang

10


Các vấn đề TTĐT có thể quan trọng hơn khi theo các điều kiện sau đây:
-

Khi một bộ điều khiển động cơ AC công suất lớn được kết nối với một
động cơ công suất lớn.

-

Điện áp làm việc của bộ điều khiển động cơ AC tăng lên.

-

Các IGBT chuyển mạch nhanh.

-

Khi một dây cáp dài được sử dụng để nối động cơ với bộ điều khiển động
cơ AC .

2.2

Đường truyễn dẫn của nhiễu điện từ
Nhiễu làm ảnh hưởng đến các thiết bị/ hệ thống điện ngoại vi có độ nhạy cao thông

qua đường dẫn và bức xạ, các đường truyền của chúng được trình bày sau đây:



Dòng nhiễu trong các dây cáp điện không bọc được dẫn tới đất thông qua

điện dung kí sinh với một điện áp chế độ chung. thể hiện trong hình 2.2

Noise

Unshielded cable

Send

Receive

Load

Cstray

Ground

Hình 2.2 Dòng nhiễu trong các dây cáp điện không bọc được dẫn tới đất thông qua
điện dung kí sinh với một điện áp chế độ chung

HVTH: Nguyễn Thị Quỳnh Trang

11




Nhiễu ở chế độ chung trong cáp nguồn được truyền qua điện dung kí sinh

và được ghép với cáp tín hiệu lân cận, thể hiện trong hình 2.3. Một số phương
pháp có thể được áp dụng để giảm ảnh hưởng của nhiễu ở chế độ chung này, ví dụ
như bọc các dây cáp tín hiệu hoặc các dây cáp nguồn, tách riêng các loại cáp
nguồn và tín hiệu, lấy cáp tín hiệu đầu vào và bên đầu ra xoắn chúng với nhau để
cân bằng điện dung kí sinh, để các cáp nguồn và cáp tín hiệu chéo nhau góc 90°…

Hình 2.3 Nhiễu ở chế độ chung trong cáp nguồn được truyền qua điện dung kí sinh và
được ghép với cáp tín hiệu lân cận


Nhiễu ở chế độ chung được ghép thông qua cáp nguồn đến các hệ thống

nguồn khác, sau đó cáp của hệ thống nguồn được nối với hệ thống truyền tải, như
thể hiện trong hình 2.4.
Unshielded cable
Noise
Cstray
Send

Receive
Load

Ground
Hình 2.4 Nhiễu ở chế độ chung được ghép thông qua cáp nguồn đến các hệ thống
nguồn khác, sau đó cáp của hệ thống nguồn được nối với hệ thống truyền tải

HVTH: Nguyễn Thị Quỳnh Trang

12




Nhiễu ở chế độ chung của một dây cáp nguồn không bọc chắn được truyền

xuống đất thông qua điện dung kí sinh. Vì cả hai dây bọc chắn và không bọc chắn
dây được nối đến một đất chung, các hệ thống khác có thể bị ảnh hưởng bởi nhiễu
truyền từ mặt đất trở lại vào hệ thống thông qua dây bọc chắn. Xem hình 2.5
Noise

Unshielded cable

Send

Receive
Cstray
Load
Cstray

Ground

Hình 2.5 Nhiễu ở chế độ chung của một dây cáp nguồn không bọc chắn được truyền
xuống đất thông qua điện dung kí sinh


Khi có quá nhiều dòng điều chế xung đi qua một dây cáp của bộ điều khiển

động cơ AC không nối đất, nó hoạt động như một ăng-ten và tạo ra nhiễu bức xạ.

2.3 Kết luận
Việc xác định chính xác đường đi của nhiễu trong hệ thống giúp cho việc triệt nhiễu đạt
hiệu quả cao hơn. Chương 2 trình bày các loại nhiễu mode chung và mode sai lệch và
đường đi của nhiễu trong mạch bộ điều khiển động cơ xoay chiều.

HVTH: Nguyễn Thị Quỳnh Trang

13


Chương 3:

CÁC GIẢI PHÁP GIẢM NHIỄU ĐIỆN TỪ

Dòng rò của một thiết bị điện tử được dẫn xuống đất thông qua dây nối đất và điện
cực nối đất. Theo định luật Ohm, hiệu điện thế có thể phát sinh khi điện trở đất của điện
cực và điện trở đất của đất là khác nhau.
Theo định luật Ohm, điện trở đất cho điện cực và đất là khác nhau, trong trường
hợp này hiệu điện thế có thể phát sinh.
3.1
Giải pháp nối đất
3.1.1 Nối đất bảo vệ và nối đất chức năng
Nối đất bảo vệ được ứng dụng bên ngoài các tủ và phải có điện trở thấp. Mặt khác,
nối đất chức năng có thể được ứng dụng bên trong các tủ và phải có trở kháng thấp.
Mục tiêu của TTĐT là để tránh bất kỳ tác động nhiễu. Nôi đất cho TTĐT có thể
được phân biệt bởi tần số. Đối với tần số thấp hơn 10kHz, nên sử dụng hệ thống đất đơn
điểm và đối với các tần số cao hơn 10 kHz , nên sử dụng hệ thống đất đa điểm.


Nối đất đơn điểm: tất cả các đất tín hiệu của tất cả các thiết bị truyền dẫn

công nghiệp được nối tiếp để tạo thành một điểm tham chiếu duy nhất. Điểm này
có thể được nối trực tiếp đến đất; đến điểm nối đất được chỉ định hoặc đến điểm
an toàn đã được nối đất.


Nối đất đa điểm: tất cả các tín hiệu của tất cả các thiết bị truyền dẫn công

nghiệp được nối đất độc lập.


Nối đất Hybrid: loại nối đất này hoạt động khác biệt đối với các tần số thấp

và cao. Khi hai phần của thiết bị A và B được kết nối thông qua một dây cáp được
bọc chắn, một đầu được nối trực tiếp với đất trong khi đầu kia được nối với đất
thông qua một tụ điện. Hệ thống nối đất này đáp ứng các tiêu chuẩn cho nối đất
tần số cao và thấp.


Nối đất floating: các tín hiệu của tất cả các thiết bị truyền dẫn công nghiệp

được cách ly với nhau và không được nối đất.
Dòng DC chảy đều khắp dây dẫn, nhưng dòng điện AC chảy về phía bề mặt của
dây dẫn khi tần số tăng, điều này được gọi là "hiệu ứng bề mặt". Nó làm cho diện tích
mặt cắt hiệu dụng bị giảm khi tăng tần số . Do đó để tăng diện tích mặt cắt hiệu dụng đối
với các tần số cao bằng cách thay thế mấu dây nối đất bằng các dây dẫn bện hoặc dây dẫn
dải. Tham khảo hình sau đây.
HVTH: Nguyễn Thị Quỳnh Trang

14

Pigtail
HF

1
LF-HF

2
1
3

Braided

Đây là lý do tại sao phải sử dụng dây nối đất ngắn và dày để nối với đường dẫn
đất chung hoặc thanh góp nối đất. Đặc biệt là khi một bộ điều khiển (ví dụ như PLC)
được nối với một bộ điều khiển động cơ AC, nó phải được nối đất bởi một dây dẫn ngắn
và dày và được đề xuất sử dụng dây dẫn bện bằng phẳng (ví dụ: lưới kim loại) với một
trở kháng thấp hơn ở tần số cao.
Nếu dây nối đất quá dài, điện cảm của nó có thể ảnh hưởng đến cấu trúc tủ điều
khiển và tạo ra điện cảm tương hỗ và điện dung kí sinh. Được thể hiện trong hình dưới
đây, một dây nối đất dài có thể trở thành một ăng-ten thẳng đứng và biến thành một
nguồn nhiễu.

HVTH: Nguyễn Thị Quỳnh Trang

15


Long PE

Painted sheet metal

HF

3.1.2 Các vòng lặp nối đất
Một vòng lặp nối đất xảy ra khi các phần của thiết bị được kết nối với nhiều
hơn một đường dẫn nối đất. Trong trường hợp này, dòng nối đất có thể quay trở lại
điện cực nối đất thông qua nhiều hơn một đường dẫn. Có ba phương pháp để tránh các
vòng lặp nối đất:
-

Sử dụng một mạch nguồn chung

-

Nối đất đơn điểm

-

Cách ly các tín hiệu (ví dụ bằng photocouplers)
Cable

Equipment

Equipment

A

B

Earth plane

Go od
Cable

Equipment

Accompanying cable

A

Equipment

B
Very good
Cable
Earth plane

HVTH: Nguyễn Thị Quỳnh Trang

16


Để tránh nhiễu ở chế độ chung thì thì sử dụng các dây song song hoặc dây cáp xoắn đôi.
Theo quy tắc này và tránh dây dẫn dài, nên đặt 2 dây gần nhau nếu có thể.
3.1.3 Các hệ thống nối đất
Các tiêu chuẩn quốc tế IEC60364 phân biệt ba loại hệ thống nối đất khác nhau ,
bằng cách sử dụng mã hai kí tự TN , TT , IT .
 Kí hiệu đầu tiên thể hiện các loại nối đất cho các thiết bị cung cấp nguồn (máy
phát điện hoặc máy biến áp).

-

T : Một hoặc nhiều điểm của thiết bị cung cấp nguồn được nối trực tiếp đến
cùng điểm nối đất.

-

I: Hoặc là không có điểm được nối với đất (được cách ly) hoặc nó được nối với
đất thông qua một trở kháng cao.

 Kí hiệu thứ 2 thể hiện kết nối giữa đất và thiết bị cung cấp nguồn.
-

T: Được nối trực tiếp tới đất (Điểm nối đất này tách biệt với các điểm nối đất
khác trong hệ thống cung cấp nguồn).

-

N : Nối với đất thông qua dây dẫn được cung cấp bởi hệ thống cung cấp
nguồn.

 Kí hiệu thứ ba và thứ tư ra thể hiện vị trí của dây đất
-

S: Các dây trung tính và dây đất riêng biệt

-

C: Dây trung tính và đất được kết hợp thành một dây dẫn đơn.

HVTH: Nguyễn Thị Quỳnh Trang

17


 Hệ thống TN:
TN: Điểm trung tính của máy biến áp hay máy phát điện áp thấp được nối đất,
thường là điểm nối sao trong hệ thống điện 3 pha. Thân của thiết bị điện được nối đất
thông qua nối đất này tại máy biến áp.
Protective earth (PE): Dây dẫn nối phần kim loại tiếp xúc với người dùng.
Neutral (N): Dây dẫn nối với điểm nối sao trong hệ thống điện 3 pha hoặc mang dòng rò
trong một hệ thống điện 1 pha.

 Hệ thống TN-S
TN-S: PE và N là hai dây dẫn riêng biệt chỉ được kết hợp với nhau gần nguồn điện
(máy biến áp hoặc máy phát điện). Nó cũng giống như hệ thống 3 pha 5 dây.

HVTH: Nguyễn Thị Quỳnh Trang

18


 Hệ thống TN-C
TN-C: PE và N là hai dây dẫn riêng biệt trong một trang bị điện tương tự như một
hệ thống 3 pha 5 dây, nhưng gần phía bên nguồn điện, PE và N được kết hợp thành một
dây trung tính nối đất bảo vệ (PEN) tương tự như hệ thống 3 pha 4 dây.

HVTH: Nguyễn Thị Quỳnh Trang

19

 Hệ thống TN-C-S
TN-CS: hệ thống dây trung tính và đất kết hợp (dây trung tính nối đất bảo vệ)
được sử dụng trong các hệ thống nhất định nhưng cuối cùng chia thành hai dây dẫn riêng
biệt PE và N. Một ứng dụng điển hình của dây PEN được kết hợp là từ trạm biến áp đến
tủ điện nhưng trong tủ điện dây trung tính bảo vệ nối đất được tách thành các dây PE và
N.
Nối trực tiếp các dây PE và N đến nhiều điểm nối đất tại các vị trí khác nhau sẽ
giảm nguy cơ các dây trung tính bị hỏng.

 Hệ thống TT
TT: Các điểm trung tính (N) của máy biến áp điện áp thấp và các khung thiết bị
(PE) được nối với một điểm nối đất riêng biệt.


 Hệ thống IT
IT: Điểm trung tính của máy biến áp và thiết bị điện không nối đất, chỉ có các
khung thiết bị PE được nối đất.
Trong mạng IT, hệ thống phân phối nguồn, dây trung tính hoặc là không nối với
đất hoặc được nối đất thông qua một trở kháng cao. Trong một hệ thống như vậy, một
thiết bị giám sát được cách ly được sử dụng để theo dõi trở kháng.

3.2
Giải pháp bọc chắn
3.2.1 Bọc chắn là gì?
Bọc chắn được sử dụng để cách ly thiết bị để nó sẽ không tạo ra nhiễu điện từ
trường hoặc bị ảnh hưởng bởi một trường điện từ bên ngoài. Một vật liệu dẫn điện được
sử dụng cho bọc chắn tĩnh điện để tạo ra sự cách ly này.
Một lồng Faraday có thể được làm từ một lưới kim loại hoặc vật liệu dẫn điện.

Một đặc trưng của kim loại là nó có tính dẫn điện cao và không tĩnh điện, điều này sẽ tạo
ra sự che chắn và ngăn nhiễu của các điện trường bên ngoài. Kim loại với độ dẫn điện
cao của nó sẽ bảo vệ các thiết bị bên trong khỏi những điện áp cao - không có điện áp
nào truyền vào lồng ngay cả khi lồng đang tải một dòng điện cao. Ngoài ra, trường điện
từ cũng có thể đi qua lồng Faraday mà không gây ra bất kỳ sự xáo trộn.
Bọc chắn được sử dụng cho một số thiết bị điện và thiết bị đo lường với mục đích
ngăn chặn nhiễu. Ví dụ về bọc chắn bao gồm:


 Nối đất thiết bị trong nhà có điện áp cao sử dụng khung kim loại hoặc lưới kim
loại mật độ cao.
 Bọc chắn một biến áp điện có thể đạt được bằng cách quấn một tấm kim loại giữa
các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp hoặc bằng cách thêm một dây sứ vào cuộn dây,
sau đó nối đất.
 Một lớp bọc chắn, được làm bằng lưới kim loại hoặc sợi dẫn điện để có sự bảo vệ
hiệu quả cho các công nhân làm việc trong một môi trường điện áp cao.
Trong hình bên dưới, thiết bị radio xuất hiện dường như không hoàn toàn bao phủ
bởi kim loại nhưng nếu tính dẫn điện của kim loại là cao, sóng radio được hoàn toàn bị
chặn và thiết bị radio sẽ không nhận được bất kỳ tín hiệu.

Một ví dụ khác là lò vi sóng. Cửa lò vi sóng có vẻ trong suốt đối với thị giác,
nhưng mật độ của các lưới kim loại trong cửa lò vi sóng chặn sóng điện từ. Mật độ của
các lưới kim loại cao hơn cung làm cho bọc chắn tốt hơn.
3.2.2 Giảm nhiễu điện từ bằng bọc chắn
Sắt và các kim loại là vật liệu dẫn điện cao cung cấp bọc chắn tĩnh điện có hiệu
quả ở tần số rất thấp. Nhưng tính dẫn sẽ giảm khi:
1. Tín hiệu tần số cao được sử dụng cho dây dẫn.
2. Thiết bị được đặt trong một từ trường mạnh.
3. Khung bọc chắn bị ép tuân theo một dạng đặc biệt nào đó của các thiết bị máy.


Hiệu quả của bọc chắn bằng kim loại

Hiệu quả của bọc chắn (SE) được sử dụng để đánh giá khả năng chống lại điện trường và
từ trường của lớp tấm chắn. Công thức là:
SEdB=A+R+B (đơn vị là dB)


Trong đó: A = tổn hao hấp thụ (dB)
R = tổn hao phản xạ (dB)
B = hệ số điều chỉnh (dB) ( đối với đa phản xạ trong tấm chắn mỏng)
Tổn hao hấp thụ là tổng số lượng năng lượng mất mát khi sóng điện từ truyền qua các
tấm chắn. Công thức là:
AdB=1.314(fσμ).1/2t
Trong đó: f = tần số (MHz)
μ = độ từ thẩm tương ứng của đồng
σ = độ dẫn suất tương ứng của đồng
t = độ dày của tấm chắn tính bằng cm
Tổn hao phản xạ phụ thuộc vào nguồn của sóng điện từ và khoảng cách từ nguồn
phát. Đối với dây ăng ten thẳng, trở kháng sóng tăng lên khi nó di chuyển gần hơn với
nguồn phát và giảm khi nó di chuyển ra khỏi nguồn phát cho đến khi nó đạt đến trở
kháng sóng phẳng và không có sự thay đổi.


Thiết kế tủ điện
Trong một điện trường tần số cao, có thể tạo ra bọc chắn bằng cách sơn một lớp

mỏng kim loại dẫn điện bao phủ hoặc trên vật liệu lót bên trong. Tuy nhiên, lớp phủ phải
kín và tất cả các phần cần được bao bọc đúng cách mà không có bất kỳ một mối nối hoặc
những khoảng trống nào (giống như một cái lồng Faraday). Đó chỉ là lý tưởng. Thực

hiện một vỏ bọc chắn liền mạch là không thực tế vì lồng cấu thành từ các phần kim loại.
Trong một số điều kiện, khoan lỗ trên các lớp vỏ tấm chắn để việc lắp đặt các phụ kiện
(như thẻ tùy chọn và các thiết bị khác) là cần thiết.
1 .Nếu các thành phần kim loại được hàn đúng cách và sử dụng công nghệ hàn
tinh xảo để tạo thành một tủ điện , sự biến dạng trong quá trình sử dụng không xảy ra.
Nhưng nếu các tủ điện được lắp ráp bằng ốc vít, các lớp cách điện bảo vệ dưới các vít
phải được loại bỏ trước khi lắp ráp để đạt được độ dẫn điện lớn nhất và che chắn tốt nhất.
2 . Khoan lỗ cho việc lắp đặt dây trong tủ điện làm giảm tác dụng che chắn và làm
tăng cơ hội của sóng điện bị rò rỉ thông qua các lỗ và phát tán nhiễu. Do đó nên để các lỗ
khoan càng hẹp càng tốt. Khi các lỗ dẫn dây điện không được sử dụng, bọc các lỗ lại
bằng các tấm kim loại hoặc vỏ bọc kim loại. Sơn hoặc lớp phủ của các tấm kim loại và
vỏ kim loại nên được loại bỏ triệt để để đảm bảo tiếp xúc kim loại với kim loại hay một
miếng đệm dẫn nên được lắp đặt .


3 . Lắp đặt các miếng đệm dẫn công nghiệp với tủ điện còn nguyên niêm phong và
các cánh cửa tủ không có khoảng cách . Nếu miếng đệm dẫn điện quá tốn kém, thì nên
vít cửa tủ đến tủ điện với một khoảng cách ngắn giữa các ốc vít.
4.

Dành riêng một đầu tiếp đất trên cánh cửa tủ điện . Đầu tiếp đất này không

nên sơn. Nếu đã có sơn, hãy loại bỏ lớp sơn trước khi tiếp đất .


Dây điện và cáp
Loại cáp bọc xoắn đôi có vỏ chắn (STP) là một loại cáp mà hai dây đồng cách

điện được xoắn lại với nhau với một lưới kim loại bọc xung quanh các cặp xoắn để hình
thành các màn chắn điện từ và cũng có thể được sử dụng cho nối đất.

Các dây điện riêng lẻ và cáp được bao quanh bằng (tổng hợp) cao su để cách ly và
cũng để bảo vệ tránh hư hại.
Có hai loại dây cáp điện: điện áp cao và điện áp thấp. Cáp điện áp cao khác với
cáp điện áp thấp ở chỗ nó có thêm một lớp cách điện được gọi là chất cách điện điện môi
trong vỏ plastic. Chất cách điện điện môi là thành phần quan trọng nhất trong sự cách
điện. Cáp điện áp thấp thường chỉ thêm vào một chất polyme mềm để giữ cố định cho
các dây đồng bên trong.
Lớp bọc chắn có hai chức năng:
1. Để bảo vệ các dây điện và cáp
A. Dòng điện tăng khi điện chạy qua dây cáp nguồn và tạo ra một điện trường. Như
vậy, nhiễu có thể bị ngăn bên trong cáp bằng cách bọc chắn các loại cáp nguồn
hoặc dây điện.
B. Tạo nối đất bảo vệ. Khi lõi cáp bị hư hỏng, dòng điện rò sẽ chảy qua các tấm bọc
chắn xuống đất.
2. Để bảo vệ cáp. Một dây cáp nguồn sử dụng cho mục đích điều khiển máy tính chỉ
tạo ra một dòng điện tương đối thấp bên trong cáp. Như vậy, cáp nguồn sẽ không
trở thành nguồn nhiễu nhưng có nhiều khả năng bị nhiễu bởi các thiết bị điện
xung quanh.


3.3
Giải pháp bộ lọc
3.3.1 Bộ lọc
Nhiễu điện từ được truyền đi theo hai cách, bằng bức xạ và truyền dẫn. Phương
pháp hiệu quả và kinh tế nhất của việc giảm nhiễu bức xạ là sử dụng bọc chắn và giảm
nhiễu dẫn bằng cách sử dụng một bộ lọc điện từ.
Nhiễu có thể được chia thành hai loại: tần số cao (150kHz ~ 300MHz) và tần số
thấp (100Hz ~ 3000Hz). Nhiễu ở tần số cao giảm dần khi khoảng cách tăng và có bước
sóng ngắn hơn, trong khi đó nhiễu ở tần số thấp ít bị giảm khi khoảng cách tăng và có
bước sóng dài hơn. Cả hai loại nhiễu này được truyền thông qua dây cáp điện, làm ảnh

hưởng đến phía cung cấp điện.
Nhiễu có tần số cao ở phía nguồn điện có thể được hạn chế hoặc suy yếu đi bằng
một bộ lọc. Bộ lọc này bao gồm các cuộn dây và tụ điện. Một số bộ điều khiển không
tích hợp sẵn bộ lọc, trong trường hợp đó việc lắp đặt thêm một bộ lọc bên ngoài là cần
thiết. Các hình vẽ dưới đây là sơ đồ một bộ lọc chuẩn:

Một bộ lọc được cấu thành bởi phần hoạt động ở chế độ sai lệch (để loại bỏ hạn
chế nhiễu có tần số dưới 150kHz) và phần hoạt động ở chế độ chung (để hạn chế nhiễu
có tần số trên 150kHz). Đối với nhiễu tần số cao, cuộn cảm hoạt động như một trở kháng
cao để tạo thành một hở mạch và tụ điện hoạt động như một trở kháng thấp để tạo thành
một ngắn mạch. Thiết kế và kích thước của cuộn cảm và tụ điện chính xác tạo một mạch
cộng hưởng để hấp thụ sóng hài. Tụ Cy được nối đất để dẫn dòng điện xuống đất.


Bộ lọc ngoài

Các bộ lọc và các bộ điều khiển động cơ AC nên được lắp đặt trong các tủ điều khiển
hoặc trên các tấm lắp được nối đất. Cáp động cơ phải được bọc chắn và càng ngắn càng
tốt. Sử dụng các bộ lọc được khuyến cáo bởi hãng Delta để đảm bảo tuân thủ các tiêu
chuẩn TTĐT.