Trong lĩnh vực điện có một loại sóng gọi là sóng hài. Sóng hài là các tần số cao không mong muốn được chồng lên dạng sóng cơ bản tạo ra một dạng sóng bị bóp méo. Nhưng nói chính xác thì sóng hài là gì? Có bao nhiêu loại? Điều gì tạo nên sóng hài? Tất cả đáp án Uniduc xin chia sẻ trong bài viết dưới đây.

I. Sóng hài là gì? Đặc điểm và các loại sóng hài.

1. Sóng hài là gì?

Sóng hài là điện áp và dòng điện trên hệ thống điện có thể gây ra các vấn đề về chất lượng điện. Vì thiết bị và máy móc có thể hoạt động sai hoặc hỏng hóc khi có mức điện áp và / hoặc dòng điện hài cao, nên hiện tượng méo sóng hài đã trở thành mối quan tâm ngày càng tăng của các nhà quản lý cơ sở, người sử dụng thiết bị tự động hóa và kỹ sư. Mặc dù sự hiện diện của sóng hài sẽ không làm cho nhà máy hoặc văn phòng không thể hoạt động, nhưng mức độ ảnh hưởng phụ thuộc vào mức độ chịu đựng của hệ thống điện và mức độ nhạy cảm của thiết bị với biến dạng sóng hài.

Sóng hài là một tần số, là bội số nguyên của tần số cơ bản. Các dao động cộng hưởng cưỡng bức của một vật được gây ra để tạo ra sóng dừng. Ở tần số tự nhiên, nó tạo thành một dạng sóng dừng. Các mẫu này được tạo ra ở các tần số cụ thể, chúng được gọi là “Tần số hài” hoặc “Sóng hài”.

Âm thanh do một dạng sóng tạo ra ở tần số điều hòa của nó rất rõ ràng, còn ở các tần số khác chúng ta bị nhiễu và không thể nghe được âm thanh rõ ràng của sóng.

Sóng hài có thể xảy ra ở bất kỳ dạng sóng có hình dạng nào, nhưng chủ yếu chúng chỉ xảy ra ở dạng sóng sin. Các dạng sóng không hình sin, như các dạng sóng hình tam giác và sóng răng cưa được tạo ra bằng cách cộng các tần số hài lại với nhau. Từ “sóng hài” thường được sử dụng để mô tả các biến dạng gây ra bởi các tần số không mong muốn khác nhau được gọi là “nhiễu”, của một sóng hình sin.

2. Đặc điểm của sóng hài.

Hầu hết các dao động mà chúng ta nghe được là do Sóng hài gây ra. Ví dụ, âm nhạc như guitar, violin và thậm chí cả giọng nói của con người. Các sóng hài còn được gọi là Harmonic partials. Các đặc tính của sóng hài sẽ phụ thuộc vào dao động của thiết bị hoặc dạng sóng.

Vì vậy, nói chung dao động là lý do để tạo ra Sóng hài. Dao động không là gì khác ngoài chuyển động hoặc dụng cụ dao động. Sóng hài từng phần sẽ tạo ra một tần số khác với tần số của Sóng hài toàn phần. Nhưng tần số hài chính xác sẽ được tạo ra bởi một thiết bị có dây dài và mỏng.

Chúng chỉ tạo ra một sóng hài chính xác. Các tần số sẽ xảy ra ở nhiều số nguyên của tần số cơ bản được gọi là tần số hài.

Tai người không thể nghe thấy rõ ràng tất cả các sóng hài. Trong đó, nhiều sóng hài được kết hợp để tạo thành âm thanh. Tai người có thể nghe được những âm thanh vô tính.

3. Các loại sóng hài.

Có hai loại sóng hài là sóng hài lẻ và sóng hài chẵn. Như tên gọi của chúng, sóng hài lẻ có số lẻ (ví dụ: 3, 5, 7, 9, 11) và sóng hài chẵn có số chẵn (ví dụ: 2, 4, 6, 8, 10). Số hài 1 được gán cho thành phần tần số cơ bản của sóng tuần hoàn. Số hài 0 đại diện cho thành phần hằng số hoặc DC của dạng sóng. Thành phần DC là hiệu số ròng giữa nửa âm và dương của một chu kỳ dạng sóng hoàn chỉnh.

4. Số hài.

Số hài (h) đề cập đến các phần tử tần số riêng lẻ tạo thành dạng sóng tổng hợp. Ví dụ, h = 3 đề cập đến thành phần hài thứ ba có tần số bằng lần thứ ba tần số cơ bản. Nếu tần số cơ bản là 60 Hz, thì tần số sóng hài thứ 3 (thứ ba) là 3 x 60, hoặc 180 Hz. Sóng hài số 6 là thành phần có tần số 360 Hz.

Xử lý các số hài và không với tần số hài được thực hiện vì hai lý do. Tần suất cơ bản khác nhau giữa các quốc gia và ứng dụng riêng lẻ. Tần số cơ bản ở Hoa Kỳ là 60 Hz, trong khi ở Châu Âu và nhiều nước Châu Á là 50 Hz. Ngoài ra, một số ứng dụng sử dụng tần số khác 50 hoặc 60 Hz; ví dụ, 400 Hz là tần số phổ biến trong ngành hàng không vũ trụ, trong khi một số hệ thống điện xoay chiều cho lực kéo điện sử dụng tần số 25 Hz.

Bộ phận biến tần của bộ truyền động tốc độ điều chỉnh xoay chiều có thể hoạt động ở bất kỳ tần số nào trong khoảng từ 0 đến tần số tối đa danh định đầy đủ của nó và tần số cơ bản sau đó trở thành tần số mà motor đang hoạt động. Việc sử dụng các số hài cho phép chúng ta đơn giản hóa cách thể hiện sóng hài. Lý do thứ hai để sử dụng các số hài là sự đơn giản hóa được thực hiện trong việc thực hiện các phép toán liên quan đến sóng hài.

5. Nhược điểm của sóng hài.

Sóng hài sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống điện. Những nhược điểm của sóng hài được liệt kê dưới đây.

• Sóng hài sẽ làm suy giảm chất lượng của nguồn điện trong mạng phân phối. Nó có thể gây ra một số tác động tiêu cực.
• Các sóng có hại có thể làm tăng dòng điện RMS hiệu dụng, điều này dẫn đến tổn thất điện năng của hệ thống phân phối.
• Sự gia tăng tích lũy của sóng hài thứ ba sẽ gây ra quá tải trong các dây dẫn trung tính.
• Các sóng hài sẽ làm tăng mức độ nhiễu của tín hiệu điện.
• Sóng hài có thể làm nhiễu loạn điện áp cung cấp, do đó chúng gây ra hoạt động sai của các tải nhạy cảm.
• Sóng hài gây ra nhiễu loạn trong đường dây liên lạc và đường dây điện thoại.
• Chúng ảnh hưởng đến sự cộng hưởng giữa độ tự cảm của nguồn cung cấp và mức điện dung của các tụ điện có hệ số công suất.

II. Tần số cơ bản.

Dạng sóng cơ bản (hay sóng hài bậc nhất) là dạng sóng hình sin có tần số cung cấp. Cơ bản là tần số cơ bản hoặc thấp nhất, ƒ mà dạng sóng phức hợp được xây dựng và như vậy theo thời gian tuần hoàn, Τ của dạng sóng phức hợp thu được sẽ bằng thời gian tuần hoàn của tần số cơ bản.

Chúng ta hãy xem xét dạng sóng AC cơ bản hoặc hài bậc 1 như được minh họa.

Trong đó: Vmax là giá trị đỉnh tính bằng vôn và ƒ là tần số dạng sóng tính bằng Hertz (Hz).

Chúng ta có thể thấy rằng dạng sóng hình sin là một điện áp (hoặc dòng điện) xoay chiều, biến thiên dưới dạng một hàm sin của góc, 2πƒ. Tần số dạng sóng, ƒ được xác định bằng số chu kỳ mỗi giây. Ở Vương quốc Anh, tần số cơ bản này được đặt ở 50Hz trong khi ở Hoa Kỳ là 60Hz.

Sóng hài là điện áp hoặc dòng điện hoạt động ở tần số là bội số nguyên (số nguyên) của tần số cơ bản. Vì vậy, với dạng sóng cơ bản 50Hz, điều này có nghĩa là tần số hài thứ 2 sẽ là 100Hz (2 x 50Hz), sóng hài thứ 3 sẽ là 150Hz (3 x 50Hz), thứ 5 ở 250Hz, thứ 7 ở 350Hz, v.v. Tương tự như vậy, với dạng sóng cơ bản 60Hz, các tần số hài thứ 2, 3, 4 và 5 sẽ lần lượt là 120Hz, 180Hz, 240Hz và 300Hz.

Vì vậy, nói cách khác, chúng ta có thể nói rằng “sóng hài” là bội số của tần số cơ bản và do đó có thể được biểu diễn dưới dạng: 2ƒ, 3ƒ, 4ƒ, v.v. như được hiển thị.

III. Nguyên nhân gây nên sóng hài.

Sóng hài được tạo ra bởi thiết bị điện tử có tải phi tuyến kéo dòng điện theo xung ngắn đột ngột. Các xung ngắn gây ra các dạng sóng dòng điện bị biến dạng, do đó làm cho các dòng điện hài chảy ngược vào các bộ phận khác của hệ thống điện. Sóng hài đặc biệt phổ biến khi có nhiều máy tính cá nhân, máy in laser, máy fax, máy photocopy, hoặc thiết bị kiểm tra y tế, ánh sáng huỳnh quang, nguồn điện liên tục (UPS) và ổ đĩa tốc độ thay đổi trên cùng một hệ thống điện.

Sóng hài làm suy giảm mức chất lượng điện năng và hiệu quả của nó, đặc biệt là trong một tòa nhà thương mại hoặc cơ sở công nghiệp. Nhìn chung, hầu hết các công trình có thể chịu tải phi tuyến lên đến 15% tổng công suất hệ thống điện mà không cần quan tâm. Nếu tải phi tuyến vượt quá 15%, có thể dẫn đến một số hậu quả tiêu cực không rõ ràng.

IV. Dạng sóng phức tạp do sóng hài.

Lưu ý rằng các dạng sóng màu đỏ ở trên là hình dạng thực tế của các dạng sóng khi được tải do hàm lượng hài được thêm vào tần số cơ bản.

Dạng sóng cơ bản cũng có thể được gọi là dạng sóng hài bậc 1. Do đó, sóng hài thứ hai có tần số gấp đôi tần số cơ bản, sóng hài thứ ba có tần số gấp ba lần tần số cơ bản và sóng hài thứ tư có tần số gấp bốn lần tần số cơ bản như được minh họa trong cột bên trái.

Cột bên tay phải hiển thị hình dạng sóng phức tạp được tạo ra do hiệu ứng giữa việc bổ sung các dạng sóng cơ bản và các dạng sóng hài ở các tần số hài khác nhau. Lưu ý rằng hình dạng của dạng sóng phức tạp thu được sẽ không chỉ phụ thuộc vào số lượng và biên độ của các tần số hài có mặt mà còn phụ thuộc vào mối quan hệ pha giữa tần số cơ bản hoặc tần số cơ bản và các tần số hài riêng lẻ.

Chúng ta có thể thấy rằng một sóng phức tạp được tạo thành từ một dạng sóng cơ bản cộng với các sóng hài, mỗi sóng có giá trị đỉnh và góc pha riêng của nó. Ví dụ, nếu tần số cơ bản được cho là; E = Vmax (2πƒt), giá trị của sóng hài sẽ được cho là:

Đối với sóng hài thứ hai:

Đối với sóng hài thứ ba:

Đối với sóng hài thứ tư:

và như thế.

Khi đó, phương trình cho giá trị của một dạng sóng phức tạp sẽ là:

Sóng hài thường được phân loại theo tên và tần số của chúng, ví dụ, sóng hài thứ hai của tần số cơ bản ở 100 Hz và cũng theo trình tự của chúng. Chuỗi sóng hài đề cập đến sự quay phasor của điện áp và dòng điện hài đối với dạng sóng cơ bản trong hệ thống 3 pha 4 dây cân bằng.

Một sóng hài thứ tự thuận (thứ 4, 7, 10,…) sẽ quay cùng chiều (thuận) với tần số cơ bản. Trong đó, một sóng hài thứ tự âm (thứ 2, 5, 8,…) quay theo hướng ngược lại (ngược) của tần số cơ bản.

Nói chung, sóng hài thứ tự thuận là không mong muốn vì chúng là nguyên nhân gây ra hiện tượng quá nhiệt của dây dẫn, đường dây điện và máy biến áp do bổ sung các dạng sóng.

Mặt khác, sóng hài thứ tự âm luân chuyển giữa các pha tạo ra các vấn đề bổ sung với động cơ khi quay phasor ngược lại làm suy yếu từ trường quay mà động cơ yêu cầu, và đặc biệt là động cơ cảm ứng, khiến chúng tạo ra mô-men xoắn cơ ít hơn.

Một tập hợp các sóng hài đặc biệt khác được gọi là "bộ ba" (bội số của ba) có trình tự quay bằng không. Bộ ba là bội số của hài thứ ba (3, 6, 9,…), v.v., do đó có tên gọi của chúng, và do đó được dịch chuyển bằng 0 độ. Sóng hài thứ tự không tuần hoàn giữa pha và trung tính hoặc đất.

Không giống như dòng điện hài thứ tự dương và âm triệt tiêu lẫn nhau, sóng hài bậc ba hoặc sóng hài bậc ba không triệt tiêu. Thay vào đó, hãy cộng theo số học trong dây trung tính chung chịu dòng điện từ cả ba pha.

Kết quả là biên độ dòng điện trong dây trung tính do các sóng hài bộ ba này có thể lên tới 3 lần biên độ của dòng điện pha ở tần số cơ bản khiến nó trở nên kém hiệu quả và quá nóng.

Sau đó, chúng ta có thể tóm tắt các hiệu ứng trình tự dưới dạng bội số của tần số cơ bản 50Hz như sau:

Giải trình tự sóng hài

Lưu ý rằng chuỗi hài tương tự cũng áp dụng cho các dạng sóng cơ bản 60Hz.

V. Các sự cố thường gặp do sóng hài gây ra.

1. Quá tải dây dẫn trung tính.

Hệ thống ba pha bao gồm ba dây dẫn pha riêng lẻ và một dây dẫn trung tính. Nếu tất cả các dây dẫn pha mang cùng một dòng điện, các dòng pha có xu hướng triệt tiêu lẫn nhau miễn là có tải cân bằng. Tải trọng cân bằng này làm cho nó có thể giảm kích thước của dây dẫn trung tính. Thật không may, nguồn điện ở chế độ chuyển mạch được sử dụng trong máy tính có dòng điện hài bậc ba rất cao. Trong khi dòng điện hài triệt tiêu trên dây trung tính, dòng điện hài thứ ba là phụ gia trong dây trung tính. Trong các tòa nhà có nhiều máy tính cá nhân được lắp đặt, dây trung tính có thể mang dòng điện cao hơn nhiều so với dây được thiết kế để chứa, tạo ra nguy cơ hỏa hoạn tiềm ẩn.

2. Máy biến áp quá nóng và tăng tổn thất liên quan.

Đối với máy biến áp nuôi tải sinh ra sóng hài, tổn hao dòng điện xoáy trong các cuộn dây là thành phần tổn hao chiếm ưu thế nhất trong máy biến áp. Tổn thất dòng điện xoáy này tăng tương ứng với bình phương của dòng điện hài của sản phẩm và tần số tương ứng của nó. Tổng tổn hao máy biến áp đối với máy biến áp có tải đầy đủ cung cấp cho tải phi tuyến cao gấp hai lần đối với tải tuyến tính tương đương. Điều này gây ra hiện tượng nóng máy biến áp quá mức và làm giảm chất lượng vật liệu cách điện trong máy biến áp, cuối cùng dẫn đến hỏng máy biến áp.

3. Sự cố gây phiền toái của bộ phận ngắt mạch.

Tất cả các đoạn mạch chứa điện dung và cuộn cảm đều có một hoặc nhiều tần số cộng hưởng. Khi bất kỳ tần số cộng hưởng nào tương ứng với tần số hài do tải phi tuyến tạo ra, thì có thể xảy ra hiện tượng cộng hưởng hài. Điện áp và dòng điện trong tần số cộng hưởng có thể bị bóp méo rất nhiều. Sự biến dạng này có thể gây ra va chạm phiền toái trong hệ thống điện, cuối cùng có thể dẫn đến tổn thất sản xuất.

VI. Cách chẩn đoán và khắc phục sóng hài.

Máy phân tích sóng hài là công cụ hiệu quả nhất để thực hiện phân tích chi tiết chất lượng điện năng nhằm xác định dạng sóng của điện áp và dòng điện trên phổ tần số tương ứng. Máy phân tích sóng hài cũng hữu ích trong trường hợp thiếu các triệu chứng rõ ràng khiến bạn không thể xác định xem sóng hài có phải là nguyên nhân đáng lo ngại hay không.

Máy phân tích sóng hài được sử dụng để cung cấp phân tích chi tiết về nguồn nghi ngờ. Sử dụng dữ liệu này, hàm tỷ lệ hài tính toán một giá trị từ 0% đến 100% để chỉ ra độ lệch của dạng sóng không hình sin và hình sin. Giá trị này cho biết sự hiện diện của sóng hài.

Với chức năng tỷ lệ hài được tích hợp sẵn, DMM cầm tay Agilent U1242 Series giúp các kỹ thuật viên và kỹ sư nhanh chóng xác minh sự hiện diện của sóng hài trong tín hiệu AC. Thông tin này có thể được sử dụng để ngăn ngừa hoặc giảm thời gian ngừng hoạt động của thiết bị và chi phí sửa chữa.

Chúc bạn thành đạt trong công việc và hạnh phúc trong cuộc sống !

Hotline / Zalo: 0903 666 014

Website: https://uniduc.com/vi

-------------////--------------------------------------------////------------

HUMANOID ROBOT CỦA CÔNG TY UNIDUC SẢN XUẤT PHÁT TRIỂN.