Hệ thống đơn vị là gì?

Hệ thống đơn vị cho phân tích máy điện

Đối với việc phân tích máy điện hoặc hệ thống của chúng, thường yêu cầu nhiều giá trị tham số khác nhau. Hệ thống đơn vị (pu) cung cấp các biểu diễn tiêu chuẩn cho điện áp, dòng điện, công suất, trở kháng và độ dẫn, giúp đơn giản hóa các phép tính bằng cách chuẩn hóa tất cả các giá trị về một cơ sở chung. Hệ thống này đặc biệt có lợi trong các mạch có điện áp thay đổi, nơi nó giúp đơn giản hóa việc đối chiếu và phân tích.

Định nghĩa

Giá trị đơn vị của một đại lượng được định nghĩa là tỷ lệ giữa giá trị thực tế (trong bất kỳ đơn vị nào) so với giá trị cơ sở hoặc tham chiếu đã chọn (trong cùng đơn vị). Toán học, bất kỳ đại lượng nào cũng được chuyển đổi thành dạng đơn vị bằng cách chia giá trị số của nó cho giá trị cơ sở tương ứng của cùng kích thước. Đáng chú ý, các giá trị đơn vị không có đơn vị, loại bỏ sự phụ thuộc vào đơn vị và giúp phân tích đồng nhất trên các hệ thống khác nhau.

Khi đặt giá trị dòng điện cơ sở từ phương trình (1) vào phương trình (3) ta được

Khi đặt giá trị trở kháng cơ sở từ phương trình (4) vào phương trình (5) ta sẽ được giá trị trở kháng theo đơn vị

Ưu điểm của Hệ thống đơn vị

Hệ thống đơn vị mang lại hai ưu điểm chính trong phân tích kỹ thuật điện:

• Biểu diễn tham số tiêu chuẩn Khi được biểu diễn theo đơn vị, các tham số của máy điện xoay chiều và biến áp (ví dụ: điện trở, độ phản kháng, trở kháng) nằm trong phạm vi số liệu nhất quán, bất kể xếp hạng cụ thể của chúng. Việc tiêu chuẩn hóa này cho phép so sánh trực quan giữa các thiết bị có kích thước hoặc lớp điện áp khác nhau, làm đơn giản hóa quy trình thiết kế và phân tích.

• Loại bỏ việc tham chiếu bên biến áp Hệ thống đơn vị loại bỏ nhu cầu tham chiếu các đại lượng mạch đến phía sơ cấp hoặc thứ cấp của biến áp. Bằng cách chuẩn hóa tất cả các tham số về một cơ sở chung, nó làm đơn giản hóa các phép tính bằng cách loại bỏ sự phức tạp của việc chuyển đổi qua lại. Ví dụ, nếu một biến áp có điện trở đơn vị R_pu và độ phản kháng X_pu được tham chiếu đến phía sơ cấp, những giá trị này vẫn giữ nguyên và không cần điều chỉnh thêm cho phân tích phía thứ cấp.

Cách tiếp cận này giảm đáng kể khối lượng tính toán trong nghiên cứu hệ thống điện, khiến nó trở thành công cụ không thể thiếu để phân tích các mạng phức tạp bao gồm nhiều biến áp và máy móc.

Trong đó R_ep và X_ep biểu thị điện trở và độ phản kháng được tham chiếu đến phía sơ cấp, với "pu" chỉ hệ thống đơn vị.

Các giá trị đơn vị của điện trở và độ phản kháng rò rỉ được tham chiếu đến phía sơ cấp giống hệt như khi được tham chiếu đến phía thứ cấp vì hệ thống đơn vị tự nhiên chuẩn hóa các tham số sử dụng các giá trị cơ sở, loại bỏ nhu cầu tham chiếu cụ thể cho mỗi phía. Sự tương đương này xuất phát từ việc tỷ lệ hóa nhất quán tất cả các đại lượng (điện áp, dòng điện, trở kháng) về một cơ sở chung, đảm bảo rằng các tham số đơn vị không thay đổi qua các phía biến áp.

Trong đó R_es và X_es biểu thị điện trở và độ phản kháng tương đương được tham chiếu đến phía thứ cấp.

Do đó, có thể suy ra từ hai phương trình trên rằng thành phần biến áp lý tưởng có thể được loại bỏ. Điều này là do trở kháng đơn vị của mạch tương đương biến áp vẫn giữ nguyên dù được tính từ phía sơ cấp hay thứ cấp, miễn là các cơ sở điện áp trên cả hai phía được chọn theo tỷ lệ biến đổi. Sự bất biến này xuất phát từ việc chuẩn hóa nhất quán các đại lượng điện, đảm bảo rằng biểu diễn đơn vị tự nhiên đã tính đến tỷ lệ cuộn dây của biến áp mà không cần mô hình hóa biến áp lý tưởng rõ ràng.