Sóng hài là gì? Ảnh hưởng của sóng hài đến các thiết bị công nghiệp

Sóng hài là gì  ?

Sóng hài là những thành phần có tần số cao hơn tần số cơ bản (50Hz) xuất hiện trong điện áp và dòng điện. Biến tần là một trong những nguồn phát thải sóng hài chính trong hệ thống điện, do quá trình chỉnh lưu và nghịch lưu điện năng. Sóng hài có thể gây ra nhiều tác hại như:

• Làm tăng tổn thất điện năng trong hệ thống
• Làm giảm tuổi thọ của các thiết bị điện
• Gây nhiễu cho các thiết bị điện tử
• Gây méo dạng điện áp, ảnh hưởng đến chất lượng điện năng

Xem thêm: Biến tần INVT GD270 – Chuyên dụng cho ứng dụng tải bơm và quạt

Nguyên nhân gây ra sóng hài

Sóng hài là những thành phần có tần số cao hơn tần số cơ bản (50Hz) xuất hiện trong điện áp và dòng điện. Có nhiều nguyên nhân tạo ra sóng hài, nhưng chủ yếu là do:

Tải phi tuyến

• Các tải phi tuyến là các tải có dòng điện không tỷ lệ thuận với điện áp. Ví dụ:
• Lò hồ quang điện: Dòng điện qua lò hồ quang điện có dạng xung, không liên tục.
• Bộ chỉnh lưu: Dòng điện qua bộ chỉnh lưu có dạng xung, chỉ xuất hiện trong một phần của chu kỳ điện áp.
• Khi các tải phi tuyến được nối vào hệ thống điện, chúng sẽ tạo ra dòng điện hài. Dòng điện hài này sẽ làm méo dạng điện áp và dòng điện, tạo ra sóng hài.

Thiết bị điện tử

• Các thiết bị điện tử sử dụng mạch chỉnh lưu và nghịch lưu cũng có thể tạo ra sóng hài. Ví dụ:
• Máy tính: Dòng điện qua máy tính có dạng xung, do hoạt động của các bộ nguồn xung.
• Bộ điều khiển tốc độ động cơ: Dòng điện qua bộ điều khiển tốc độ động cơ có dạng PWM.

Biến áp

• Biến áp có thể tạo ra sóng hài do hiện tượng bão hòa từ. Khi từ thông trong lõi biến áp bị bão hòa, dòng điện qua biến áp sẽ bị méo dạng, tạo ra sóng hài.

Hệ thống điện

• Hệ thống điện có nhiều tải phi tuyến và thiết bị điện tử sẽ có nhiều sóng hài.
• Sóng hài có thể cộng hưởng với các thành phần khác trong hệ thống điện, làm tăng mức độ của sóng hài.

Biến tần

Các biến tần hiện đang được sử dụng rất nhiều trong công nghiệp hiện đại phục vụ điều khiển mô tơ, chạy tàu biển, giàn khoan, máy bơm, máy quạt… và đây chính là nguồn tạo ra sóng hài phổ biến.

Tác hại của sóng hài đối với các thiết bị công nghiệp

Gây tổn thất điện năng: Sóng hài làm tăng dòng điện và điện áp trong hệ thống điện, dẫn đến tổn hao điện năng trong các dây dẫn, máy biến áp và các thiết bị khác.

Làm giảm tuổi thọ của thiết bị:

• Sóng hài làm tăng nhiệt độ trong các thiết bị điện, dẫn đến lão hóa cách điện và giảm tuổi thọ của thiết bị.
• Sóng hài làm tăng rung động và tiếng ồn trong các động cơ điện, dẫn đến hao mòn cơ học và giảm tuổi thọ của động cơ.

Gây nhiễu cho các thiết bị điện tử: Sóng hài có thể gây nhiễu cho các thiết bị điện tử như máy tính, bộ điều khiển PLC, hệ thống điều khiển tự động,… dẫn đến hoạt động sai lầm hoặc hư hỏng.

Gây méo dạng điện áp: Sóng hài làm méo dạng điện áp, ảnh hưởng đến chất lượng điện năng, gây ra các hiện tượng như nhấp nháy đèn, sụt áp, …

Gây nguy cơ cháy nổ: Sóng hài làm tăng nguy cơ cháy nổ do làm tăng nhiệt độ trong hệ thống điện và làm giảm khả năng cách điện của các thiết bị.

Giải pháp giảm thiểu sóng hài khi sử dụng biến tần

Sử dụng biến tần trong các ứng dụng công nghiệp ngày càng phổ biến. Tuy nhiên, biến tần cũng là một trong những nguồn phát thải sóng hài chính trong hệ thống điện. Sóng hài có thể gây ra nhiều tác hại như:

• Làm tăng tổn thất điện năng
• Làm giảm tuổi thọ của các thiết bị điện
• Gây nhiễu cho các thiết bị điện tử
• Gây méo dạng điện áp, ảnh hưởng đến chất lượng điện năng

Dưới đây là một số giải pháp để giảm thiểu sóng hài khi sử dụng biến tần:

Lựa chọn biến tần có độ méo hài thấp:

• Nên lựa chọn biến tần có THD (Total Harmonic Distortion) thấp (dưới 5%).
• Biến tần có cấu hình chỉnh lưu và nghịch lưu tiên tiến sẽ giúp giảm thiểu sóng hài đầu ra.

Sử dụng bộ lọc sóng hài:

• Lắp đặt bộ lọc sóng hài cho biến tần sẽ giúp loại bỏ các thành phần sóng hài khỏi dòng điện và điện áp.
• Có nhiều loại bộ lọc sóng hài khác nhau, cần lựa chọn loại phù hợp với công suất và loại tải sử dụng.

Sử dụng cuộn kháng

• Lắp đặt cuộn kháng đầu vào hoặc đầu ra của biến tần sẽ giúp giảm dòng điện hài.
• Tuy nhiên, cuộn kháng cũng có thể làm giảm hiệu suất và tăng chi phí cho hệ thống.

Cải thiện chất lượng điện năng:

• Bù công suất phản kháng để cải thiện hệ số công suất.
• Sử dụng các thiết bị có độ méo hài thấp.
• Lắp đặt hệ thống giám sát chất lượng điện năng để theo dõi và xử lý các vấn đề về sóng hài.

Việc lựa chọn giải pháp phù hợp phụ thuộc vào nhiều yếu tố như:

• Công suất của biến tần
• Loại tải sử dụng
• Chất lượng điện năng của hệ thống điện

Lưu ý:

• Việc giảm thiểu sóng hài là cần thiết để đảm bảo an toàn, hiệu quả và tiết kiệm năng lượng cho hệ thống điện.
• Nên tham khảo ý kiến của các chuyên gia điện để lựa chọn giải pháp phù hợp.

Ngoài ra:

• Việc sử dụng biến tần có thể ảnh hưởng đến hệ thống bảo vệ của hệ thống điện. Cần xem xét và điều chỉnh hệ thống bảo vệ cho phù hợp.
• Nên tuân thủ các tiêu chuẩn và quy định về phát thải sóng hài khi sử dụng biến tần.