| Việt nam
Sóng Hài Là Gì và Làm Thế Nào Để Xác Định Nguồn Sóng Hài Trong Cơ Sở Của Bạn Với Thiết Bị PQ3198 Của Hioki?
September 7, 2021Sóng Hài Là Gì và Làm Thế Nào Để Xác Định Nguồn Sóng Hài Trong Cơ Sở Của Bạn Với Thiết Bị PQ3198 Của Hioki?
Sóng Hài Là Gì Và Nó Được Tạo Ra Như Thế Nào?
Trong mạch AC lý tưởng với sóng điện áp hình sin, dòng điện tương ứng qua điện trở tuyến tính cũng sẽ có dạng sóng hình sin [1]. Dạng sóng này được gọi là dạng sóng cơ bản (hoặc sóng hài bậc 1) và tương ứng với tần số nguồn cấp duy nhất được gọi là tần số cơ bản, cũng là tần số thấp nhất.
Tuy nhiên, do các tải điện có đặc tính dòng điện – điện áp phi tuyến tính [2] (dòng điện không tỷ lệ với điện áp và dao động theo trở kháng tải xoay chiều), nên dạng sóng hình sin thu được sẽ có tần số bằng bội số nguyên của tần số cơ bản. Nếu tần số tương ứng là bội số n của tần số cơ bản thì nó là sóng hài bậc n của tần số cơ bản. Ví dụ như với điện áp 50 Hz, tần số sóng hài bậc 2 là 2×50=100Hz, sóng hài bậc 3 là 3×50=150 Hz, cứ tiếp tục như vậy.
Việc nhiều dạng sóng tần số bội này xếp chồng lên nhau và tần số cơ bản sẽ dẫn đến một dạng sóng bị biến dạng khỏi hình sin. Dạng sóng ấy được gọi là sóng hài. Hình 1.0 minh hoạ khái niệm sóng hài điện áp của điện áp tần số cơ bản 50 Hz.
Hình 1.0 Dạng sóng sóng hài điện áp đối với điện áp tần số cơ bản 50 Hz
Các nguồn gây ra Sóng Hài
Tải phi tuyến tính là nguồn sóng hài phổ biến trong hệ thống điện, nơi dòng điện không tỷ lệ với điện áp [3].
Ví dụ về các tải phí tuyến tính là:
Thành phần nguồn cấp điện (PSU: Power Supplu Unit) cho các thiết bị IT (để chuyển đổi AC thành DC)
Thiết bị chiếu sáng với mạch điều chỉnh hệ số công suất (PFC) (để tăng hiệu suất năng lượng)
Biến tần (VFD: Variable Frequency Drive) và Bộ điều khiển tốc độ (VSD: Variable Speed Drive)(để kiểm soát tốc độ động cơ)
Ảnh Hưởng Của Sóng Hài
Bảng 1.0 bên dưới liệt kê một số ví dụ về ảnh hưởng của sóng hài lên các thiết bị
Bảng 1.0 Ảnh hưởng của sóng hài lên các thiết bị
Nói chung, sóng hài làm giảm hệ số công suất của tổng thể hệ thống điện (PF). Hệ số công suất đó được thể hiện qua tỷ lệ của công suất thực tế (lượng điện có thể dùng) so với công suất biểu kiến (công suất theo nhu cầu). PF thấp hơn 1 cho biết năng lượng có mức hiệu suất thấp.
Đo Sóng Hài
Sóng hài được đo bằng Tổng độ méo sóng hài (Total Harmonic Distortion: THD) và Tổng độ méo điện tiêu thụ (Total Demand Distortion: TDD). Bảng 2.0 so sánh hai thông số từ các khía cạnh khác nhau.
Bảng 2.0 So sánh THD và TDD
Đối với dòng điện, thông số TDD của dòng đưa ra cái nhìn chính xác và rõ nét hơn về ảnh hưởng của độ méo sóng hài lên hệ thống điện. Ví dụ như giá trị dòng THD có thể rất cao nhưng nếu tải thấp, ảnh hưởng của sóng hài lên hệ thống cũng thấp (TDD thấp). Tuy nhiên, đối với điện áp, chỉ số THD là thông số được ưu tiên để mô tả độ méo sóng hài điện áp theo lĩnh vực chất lượng điện [7].
Hioki PQ3198 Trong Đo Sóng Hài Và Xác Định Nguồn Sóng Hài
Hioki PQ3198 được trang bị màn hình biểu đồ vector đơn giản giúp đảm bảo kết nối đúng khi đo sóng hài. Màn hình hiển thị vector theo mã màu thể hiện cả đo lường điện áp và dòng điện. Kết nối đúng được hiển thị bằng cùng một màu trong phần kim chỉ thị và phần chia vòng tròn, như Hình minh hoạ 2.0 bên dưới.
Hình 2.0 Màn hình biểu đồ vector trên PQ3198 về xác định kết nối
PQ3198 có thể xác định loại tải đo sóng hài (tải cảm ứng hoặc tụ điện) bằng dấu của Hệ số công suất (PF) trong Hình minh hoạ 3.0 bên dưới.
Hình 3.0 Màn hình giá trị hệ số công suất trên PQ3198 để xác định loại tải
Tải cảm ứng, được biểu thị bằng giá trị PF dương (+), làm cho tốc độ dòng điện bị chặn. Do đó, sóng dòng điện dịch chuyển theo phương ngang và trễ hơn sóng điện áp. Tải cảm ứng chủ yếu bao gồm các thiết bị có cuộn dây hoặc chức năng dựa trên Nguyên Lý Cảm Ứng Từ (Hình minh hoạ 4.0). Tải cảm ứng tiêu thụ công suất hoạt động và sinh ra công suất phản kháng. [8]
Hình 4.0 Ví dụ về các tải cảm ứng
Tải điện dung được biểu thị bằng giá trị PF âm (-) với dòng điện sớm pha so với sóng điện áp. Tải điện dung gồm bất kỳ thiết bị điện nào có thể hấp thụ năng lượng điện trong một thời điểm (điện dung) (Hình minh hoạ 5.0)
Hình 5.0 Ví dụ về tải tụ điện
Người dùng có thể xác định hướng của dòng sóng hài dựa trên dấu của công suất sóng hài và giá trị góc pha sóng hài. Hình 6.0 là ví dụ các phép đo cho cả 2 thông số trên PQ3198 đối với sóng hài bậc 3.
Hình 6.0 Công suất sóng hài (trái) và góc pha (phải) đối với sóng hài bậc 3
Tuy nhiên, giá trị công suất sóng hài giảm khi bậc sóng hài cao hơn, gây khó khăn cho việc đánh giá chiều phân cực. Do đó, góc pha công suất sóng hài đóng vai trò là tham số thứ hai để xác định hướng của dòng chảy (Hình minh hoạ 7.0)
Hình 7.0 Công suất sóng hài (trái) và góc pha (phải) đối với sóng hài bậc 11
Bảng 3.0 tóm tắt các phương pháp dùng để xác định hướng của dòng chảy sóng hài dựa trên dấu hiệu công suất sóng hài và giá trị góc pha.
Bảng 3.0 Công suất sóng hài và góc pha công suất sóng hài để xác định hướng dòng chảy sóng hài
Giá trị THD và TDD có thể được đo bằng PQ3198 và các giá trị này có thể được phân tích, hiển thị bằng phần mềm PQ One (Hình minh hoạ 8.0)
Hình 8.0 Phân tích TDD và THD bằng phần mềm PQ One
Phương án khác để xem vector sóng hài là hiển thị theo dạng Tuyến tính và dạng Logarit, rất hữu ích để xem giá trị vector góc pha thấp (Hình minh hoạ 9.0).
Hình 9.0 Chế độ xem vector của sóng hài theo dạng tuyến tính (trái) và logarit (phải)
PQ3198 còn có khả năng bắt dạng sóng hài bậc cao lên đến 80 kHz (loại này chủ yếu được tạo ra bởi các linh kiện điện tử trong Unit cấp nguồn (PSU) lắp trong các thiết bị bán dẫn) (Hình minh hoạ 10.0)
Hình 10.0 Ảnh chụp màn hình dạng sóng sóng hài bậc cao
Các đặc điểm quan trọng khác của PQ3198 để đo sóng hài gồm:
- Tuân thủ Tiêu chuẩn IEC 61000-4-30 Ed.3 Class A
- Chế độ tự động khôi phục khi nguồn điện cạn kiệt. PQ3198 sẽ tự động khởi động lại và bắt đầu ghi khi nguồn điện AC được nối lại, đảm bảo ghi chép dữ liệu liên tục
- Chức năng máy chủ HTTP tích hợp cho phép người dùng kiểm tra kết quả và cấu hình PQ3198 bằng trình duyệt
- Chức năng FTP tích hợp cho phép người dùng truy xuất dữ liệu tại bất kỳ thời điểm, địa điểm nào.
- Tích hợp với phần mềm miễn phí GENNECT One để ghi chép lên đến 512 thông số từ nhiều thiết bị (tối đa 15 thiết bị) và chức năng BMS độc lập
- Đồng bộ hoá theo thời gian chuẩn UTC bằng Hộp GPS PW9005 của Hioki (hữu ích cho việc so sánh dữ liệu nhiều PQ3198)
Do sóng hài là thông số đo được, nên có thể được kiểm soát bằng một số phương pháp cơ bản [9]:
- Giảm dòng điện sóng hài trong tải bằng cách thêm một cuộn kháng dòng hoặc máy biến áp nối tiếp
- Thêm bộ lọc để chuyển hoặc chặn dòng sóng hài khỏi hệ hống như bộ lọc Shunt – loại dùng được cho dòng điện sóng hài ngắn mạch càng gần nguồn càng tốt, và bộ lọc điện tích cực cung cấp thành phần sóng hài của dòng điện vào tải phi tuyến tính bằng điện.
- Thay đổi phản hồi tần số của hệ thống với sóng hài như thay đổi kích thước tụ điện, chuyển đi hoặc bỏ tụ điện, và thêm cuộn kháng để điều chỉnh giảm hệ thống
Tóm lại, đo lường sóng hài vô cùng quan trọng vì nó ảnh hưởng đến hiệu suất điện năng, chức năng và vòng đời của thiết bị; các nguồn của sóng hài cần phải được xác định và kiểm soát trước khi gây hại cho thiết bị. Từ thực tế đó, thiết bị PQ3198 được Hioki trang bị nhiều tính năng để thực hiện đo sóng hài và xác định nguồn đúng và ý nghĩa.
Để tham khảo thông tin về thiết bị Phân Tích Chất Lượng Điện Hioki, vui lòng truy cập:
Thiết Bị Phân Tích Chất Lượng Điện PQ3198
Catalogue các Thiết Bị Phân Tích Chất Lượng Điện Hioki
Cách Lựa Chọn Thiết Bị Phân Tích Chất Lượng Điện Và Ghi Công Suất Thích Hợp
Nguồn tham khảo
- https://www.electronics-tutorials.ws/accircuits/harmonics.html
- https://www.riello-ups.co.uk/questions/39-what-s-the-difference-between-linear-and-non-linear-loads
- https://www.mtecorp.com/blog/2018/04/09/effects-of-harmonics-in-power-system/
- http://www.elnet.cc/thd-and-tdd/
- https://www.allaboutcircuits.com/technical-articles/the-importance-of-total-harmonic-distortion/
- https://corpwebstorage.blob.core.windows.net/media/36814/understanding-current-voltage-harmonics.pdf
- https://www.ecmweb.com/design/article/20890327/understanding-harmonic-indices
- https://diary-of-electric.blogspot.com/2020/02/explanations-about-resistive-inductive-and-capacitive-loads.html
- https://electrical-engineering-portal.com/principles-for-controlling-harmonics
