1. Khái niệm Sóng Hài ( Harmonics)
Sóng hài là những sóng tuần hoàn (hài hòa), hình SIN và là bội số nguyên (bậc 2 bậc 3, bậc 4...) của tần số cơ bản (50 hoặc 60 Hz). Các thành phần này khi cộng với sóng SIN nguyên bản (50Hz) sẽ gây ra méo mó, biến dạng sóng ban đầu. Sóng hài là thuật ngữ được sử dụng rất nhiều, cả trong âm nhạc, vật lý và điện...
Định lý Fourier phát biểu rằng tất cả các hàm tuần hoàn không hình sin có thể được biểu diễn dưới dạng tổng các số hạng (tức là một chuỗi) được tạo thành từ:
- Một số hạng hình sin ở tần số cơ bản,
- Các thuật ngữ hình sin (sóng hài) có tần số là bội số của tần số cơ bản,
- Thành phần DC, nếu có.
Sóng hài bậc h (thường được gọi đơn giản là sóng hài thứ h) trong tín hiệu là thành phần hình sin có tần số gấp h lần tần số cơ bản.
Phương trình khai triển điều hòa của một hàm tuần hoàn y (t) được trình bày dưới đây:
Y 0 : giá trị của thành phần DC, thường bằng 0
Y h : giá trị rms của sóng hài bậc h,
ω: tần số góc của tần số cơ bản,
φ h : góc ban đầu của thành phần điều hòa tại t = 0.
*Cần phân biệt sóng hài điện áp và sóng hài dòng điện.
2. Nguồn gốc sóng hài
- Điển hình nhất là các mạch điện tử công suất như biến tần, điều áp, nghịch lưu....
- Các đồ gia dụng, văn phòng (PC, máy in, lò vi sóng, đèn huỳnh quang.....)
- Máy công nghiệp như máy hàn, lò nung....
Các tải phi tuyến được coi là nguồn phát ra dòng điện hài Ih, dòng điện hài đi qua trở kháng của hệ thống (Zh) sẽ tạo ra một điện áp hài Uh tại điểm B. Tại điểm B có thể có dòng hài bậc 1 (50Hz), dòng hài bậc 3,5,7... và chúng cũng lần lượt tạo ra một điện áp hài bậc 1,3,5,7...
Do đó sóng hài dòng điện THDi là nguồn khởi sinh và sóng hài điện áp THDv là hệ quả sinh ra, hài điện áp sẽ càng lớn khi trở kháng hệ thống càng lớn.
Giới hạn sóng hài điện áp, và dòng điện theo 30/19/TT-BCT
3. Tác Hại của sóng Hài bậc cao
Sóng hài nếu không được xử lý sẽ gây ảnh hưởng rất lớn đến hệ thống điện và các thiết bị điện:
- Đối với động cơ, sóng hài gây tổn hao trên lõi thép và cuộn dây, làm méo dạng momen, rung lắc, phát nóng, giảm hiệu suất...
- Đối với các máy biến áp, sóng hài sẽ gây tổn hao điện năng dưới dạng điện năng, nặng hơn sẽ gây cháy nổ máy biến áp trong khi (U/I vẫn dưới giá trị định mức)
- Làm sai lệch kết quả đo
- Các thiết bị chiếu sáng bị chập chờn
- Trong lưới 3 pha 4 dây sóng hài làm cho hệ thống mất cân bằng, xuất hiện dòng điện lớn chạy qua dây trung tính.
- Đối với các tụ bù, tần số lớn của sóng hài làm giảm dung kháng, thực tế sóng Hài gây ra dòng điện đi qua tụ, làm nóng và có thể nổ tụ.
3. Các giải pháp khắc phục sóng hài
- Dùng cuộn kháng AC (line choke) hoặc cuộn kháng DC (DC choke) cho biến tần – giải pháp tốt nhất với các ứng dụng cần lọc cho nguồn lưới bị nhiếu nặng và yêu cầu giảm sóng hài không phải là ưu tiên hàng đầu.
- Giải pháp chỉnh lưu 12 xung ( 12 pulse)– cho hiệu suất cao nhất trong việc làm giảm sóng hài nhưng quy trình lại phức tạp nhất
- Sử dụng loại biến tần có sóng hài thấp (low harmonice drive) – Biến tần sử dụng công nghệ giảm sóng hài mà không cần dùng tới bộ lọc ngoài hay biến áp đa xung với tổng độ méo dạng hài dọng điện (THDi) thấp hơn 5%.
- Bộ lọc thụ động (Passive filter) hệ thống gồm các tụ điện và cuộn kháng lắp thành một mạch cộng hưởng để loại bỏ một bậc sóng hài, một hệ thống có thể loại bỏ được một vài bậc sóng hài
- Bộ lọc tích cực ( Ative filter ) giải pháp này được áp dụng cho nhiều biến tần lắp song song vói nhau trên một đường dây phân phối. có nhiệm vụ là bù công suất, bù sóng hài điện áp và bù sóng hài dòng điện. (Thu nhận dạng sóng hài -> phát ngược lại vào lưới một sóng hài cùng bậc ngược pha để triệt tiêu)
No comments:
Post a Comment