Tìm hiểu về sóng hài

Khái niệm : sóng hài là gì ?

• Dạng sóng điện hình sin có tần số nhất định thường là 50 Hz (tần số cơ bản) do các nhà máy điện, trạm điện cung cấp cho mạng điện lưới. Tuy nhiên, khi di chuyển gần về phía phụ tải, đặc biệt là các phụ tải phi tuyến thì các dạng sóng càng bị méo dạng. Sóng méo dạng này có thể là tổng của tín hiệu hình sin ở tần số cơ bản và các tín hiệu hình sin có tần số là bội số nguyên lần của tần số cơ bản

• Các tín hiệu hình sin có tần số là bội số nguyên lần của tần số cơ bản được gọi là các sóng hài đây là nguyên nhân gây tổn hao trên lưới điện, bội số nguyên này được gọi là bậc sóng hài. Tổng các sóng hình sin là chuỗi fourier, được biểu diễn theo công thức sau:
• ?(?) = ?0 + ∑[?ℎ cos(ℎ. ?0 .?)+ ?ℎ sin(ℎ. ?0 .?)] ∞ ℎ=1 = ?0 + ∑?ℎ ∞ ℎ=1 . sin(ℎ. ?0 .? + ?ℎ)
• Trong đó: ?0 là thành phần 1 chiều ?ℎ. sin(ℎ. ?0 .? + ?ℎ) sóng sin bậc h, h=1 thì ?1 . sin(?0 .? + ?1) là sóng sin ở tần số cơ bản (tín hiệu từ nhà máy điện).
• Thành phần sóng bậc cao càng nhiều thì sóng hình sin càng méo tức biên độ sóng dao động càng mạnh. Biên độ của sóng hài bậc cao giảm dần.
• Trong số các sóng hài thì hài bậc ba có biên độ lớn nhất. Trong mạch ba pha hài bậc ba của các pha có góc lệch pha bằng 3×1200=3600, nghĩa là trùng pha, chúng hợp thành hệ thống thứ tự không và khép mạch trong dây trung tính, làm quá tải hệ thống trung tính.
• Để đo độ méo sóng hài ta có thể sử dụng hệ số méo dạng toàn phần THD (Total Harmonic Distortion) theo chuẩn EC 1000-2-2 ???(%) = √∑ ?ℎ ∞ 2 ℎ=2 ?1 Trong đó: C1 là biên độ dòng điện/điện áp cơ bản.
• Ch là biên độ dòng điện/điện áp sóng sin thứ h THD đánh giá ảnh hưởng của sóng hài đối với lưới điện. Theo IEEE 519-1992 đối với mọi loại tải quy định THD < 5%, riêng đối với tải kỹ thuật số THD < 3%.
• Trên thực tế hầu hết các thiết bị sinh ra sóng hài thường có dạng sóng đồng nhất. Khi cả nửa chu kỳ ần và dương của một dạng sóng có dạng đồng nhất thì chuỗi fourier chỉ chứa hài bậc lẻ, đây là một đặc điểm quan trọng cho việc nghiên cứu các hệ thống

Tác hại của sóng hài

• Sóng hài có thể gây ra các hiệu ứng ảnh hưởng đến thiết bị như:
• Làm cho cáp bị quá nhiệt, phá hỏng cách điện.
• Động cơ cũng có thể bị quá nhiệt hoặc gây tiếng ồn và sự dao động của momen xoắn trên rotor dẫn tới sự cộng hưởng cơ khí và gây rung.
• Tụ điện quá nhiệt và trong phần lớn các trường hợp có thể dẫn tới phá hủy chất điện môi.
• Các thiết bị hiển thị sử dụng điện và đèn chiếu sáng có thể bị chập chờn,
• Các thiết bị bảo vệ có thể ngắt điện, máy tính lỗi (data network) và thiết bị đo cho kết quả sai

Phương pháp giảm thiểu sóng hài

• Dùng cuộn kháng AC (lione choke) hay cuộn kháng DC (DC chocke) cho biến tần
• Giải pháp chỉnh lưu 12 xung (12pulse)
• Bộ lọc thụ động (Passive filter)
• Bộ lọc tích cực (Active filter)
• Sử dụng loại biến tần có sóng hài thấp (low harmonice drive).