Sóng hài là gì – Harmonic Distortion

Sóng hài là gì – Harmonic Distortion

Sóng hài là do các thiết bị phi tuyến trong hệ thống điện. Một thiết bị phi tuyến là một thiết bị mà trong đó dòng điện không tuyến tính với điện áp. Hình 1 minh hoạ khái niệm này bằng trường hợp điện áp hình sin được áp dụng cho một điện trở phi tuyến đơn giản trong đó điện áp và dòng điện thay đổi theo đường cong được hiển thị. Trong khi điện áp đặt vào là hoàn toàn sin, kết quả là dòng điện bị biến dạng. Việc tăng điện áp lên vài phần trăm có thể gây ra hiện tượng dòng điện tăng gấp đôi và tạo ra hình dạng sóng khác. Đây là nguồn gây nên sóng hài trong một hệ thống điện.
Hình 1: Biểu thị sự biến dạng dòng điện

Hình 2 minh hoạ rằng bất kỳ dạng sóng ở bậc nào, đều có thể được biểu diễn như là tổng của một sóng hình sin. Khi dạng sóng giống nhau từ bậc này sang bậc khác, nó có thể được biểu diễn như là tổng của sóng hình sin chuẩn, trong đó tần số của mỗi sóng sin là một số nguyên của tần số cơ bản của sóng sin bị biến dạng. Sự đa dạng này được gọi là sóng hài cơ bản.
Hình 2

Tổng số đường sin được gọi là chuỗi Fourier được đặt tên theo nhà toán học vĩ đại, người đã khám phá ra khái niệm này.

Do thuộc tính trên, khái niệm chuỗi Fourier được áp dụng rộng rãi trong việc phân tích các vấn đề sóng hài. Hệ thống bây giờ có thể được phân tích riêng ở mỗi bậc sóng hài. Ngoài ra, việc tìm ra hệ thống để đáp ứng đường sin của mỗi bậc sóng hài là đơn giản hơn nhiều so với tổng toàn bộ dạng sóng bị méo. Các đầu ra ở mỗi tần số sau đó được kết hợp để tạo ra một loạt Fourier mới, từ đó dạng sóng đầu ra có thể tính toán được nếu muốn.

Thông thường, chỉ có cường độ của sóng hài là được quan tâm. Khi cả hai chu kỳ nửa dương và âm của một dạng sóng đều có hình dạng giống nhau, chuỗi Fourier chỉ chứa các sóng hài bậc lẻ. Điều này cho phép đơn giản hoá hơn cho hầu hết các nghiên cứu về hệ thống điện do hầu hết các thiết bị sản sinh ra sóng hài đều giống nhau với cả hai nửa chu kỳ. Trên thực tế, sự hiện diện của sóng hài thậm chí là bắt nguồn từ sai sót – hoặc là với tải hoặc với thiết bị đo. Có những ngoại lệ đáng lưu ý đối với điều này như bộ chỉnh lưu nửa chu kỳ và lò nung cao tần là ngẫu nhiên.

Thông thường, sóng hài bậc cao (trên phạm vi từ bậc 25 đến 50, phụ thuộc vào hệ thống) không đáng kể đối với phân tích hệ thống điện.

Mặc dù chúng có thể gây nhiễu cho các thiết bị điện tử công suất thấp nhưng chúng thường không làm hỏng hệ thống điện. Cũng rất khó để thu thập đủ dữ liệu chính xác để mô phỏng hệ thống điện tại các tần số này. Điểm chung ngoại lệ đối với trường hợp này xảy ra khi có cộng hưởng hệ thống trong dải tần số. Những cộng hưởng này có thể được kích thích bởi việc chèn hoặc trong quá trình quá độ của các bộ chuyển đổi điện tử công suất. Điều này gây ra dạng sóng điện áp với nhiều điểm zero giao nhau làm gián đoạn mạch. Những cộng hưởng này thường xảy ra trên các hệ thống có cáp ngầm nhưng không có tụ bù hiệu chỉnh hệ số công suất.

Do đó, các nguồn chính của sóng hài cuối cùng chủ yếu là tải đầu ra. Điều này không có nghĩa là tất cả tải đầu ra gặp sự biến dạng, nhưng sẽ có những nguồn sóng hài đáng kể như lò cao tần, bộ biến đổi tần số …

Nguồn: Power Systems Quality by Roger C. Dugan/Mark F. McGranaghan

Cảm ơn bạn đã đọc bài viết này, nếu thấy bài viết có ích giúp Namchip chia sẻ nó ngay bạn nhé. Hoặc bạn có thể để lại comment ở dưới. Namchip rất muốn nhận thêm chia sẻ và góp ý từ bạn!

Previous Điện áp phục hồi RRV là gì?
Next Đóng, cắt dòng điện dung kháng (tụ điện)

Tác giả

Namchip
Namchip 14 posts

Electrical engineer and founder of VNEEP. I'm specialized for design of low voltage switchboard and motor control center (MCC) in power substations, buildings and industry facilities.

Xem những bài khác →

Bài viết bạn sẽ thích

Bài viết 1Comments

Ý nghĩa của phân tầng Circuit Breaker trong thiết kế

Đặt vấn đề Trong thiết kế tủ điện hiện nay, các đơn vị tư vấn sau khi tính toán dòng ngắn mạch của thanh cái chính xong thông thường vẫn

Bài viết 0 Bình luận

Nên chọn chức năng Earth fault relay hay Earth leakage relay cho bảo vệ

Về cơ bản thì Earth Fault Relay (EFR) hay Earth Leakage Relay (ELR) đều có chung phương pháp là đo tổng dòng 3 pha và so sánh với dòng trong dây trung tính. Tuy nhiên EFR thường được dùng để đo các dòng sự cố chạm đất lớn, còn ELR được dùng để đo dòng rò xuống đất nhỏ hơn (khoảng từ 30mA đến 3A).

Bài viết 0 Bình luận

Các ứng dụng tốt nhất khi sử dụng biến tần (VFD)

Động cơ sử dụng nhiều nhất trong hệ thống HVAC là động cơ cảm ứng ba pha, mặc dù một số ứng dụng nhỏ hơn có thể sử dụng động

0 Bình luận

Chưa có bình luận!

Hãy là người đầu tiên để lại bình luận cho bài viết này!