sóng hài là gì| Blog tổng hợp các kỹ năng và kiến thức kỹ thuật điện lạnh 2023
Phần Giới thiệu của chúng tôi không chỉ là về kỹ năng và kiến thức kỹ thuật. Đó là về niềm đam mê của chúng tôi đối với công nghệ và những cách nó có thể làm cho cuộc sống của chúng tôi tốt hơn. Chúng tôi tin tưởng vào sức mạnh của công nghệ để thay đổi thế giới và chúng tôi luôn tìm kiếm những điều mới cách sử dụng nó để cải thiện cuộc sống của chúng ta.
sóng hài là gì, /song-hai-la-gi, ,
Mục lục bài viết
Định nghĩa sóng hài
Sóng hài là một dạng nhiễu không mong muốn, ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng lưới điện và cần được chú ý tới khi tổng các dòng điện hài cao hơn mức độ giới hạn cho phép trong hệ thống .
Dòng điện hài là dòng điện có tần số là bội của tần số cơ bản. Ví dụ dòng 250Hz trên lưới 50Hz là sóng hài bậc 5 , dòng điện 250Hz là dòng năng lượng không sử dụng được với các thiết bị trên lưới. Vì vậy, nó sẽ bị chuyển hoá sang dạng nhiệt năng và gây tổn hao .
Sóng hài được đặc trưng bởi dao động hoàn toàn trên phổ tần số công nghiệp cơ bản. Thành phần sóng hài trong nguồn AC được định nghĩa là thành phần sin của một chu kỳ sóng có tần số bằng số nguyên lần tần số cơ bản của hệ thống.
fh = h.fb
trong đó: h là số nguyên dương
Ảnh minh họa sóng hài
Nguyên nhân xảy ra sóng hài
Là do các phụ tải dạng phi tuyến trong hệ thống điện. Điện áp đầu vào của tải phi tuyến là dạng hình sin nhưng dòng qua nó có dạng không sin.
Một dạng sóng bất kỳ là tổng của các dạng sóng hình sin. Khi đồng nhất từ chu kỳ này sang chu kỳ khác nó có thể được miêu tả như những sóng sin cơ bản và bội số của tần số cơ bản, có nghĩa là bao gồm sóng sin cơ bản và chuỗi của các dạng sóng sin hài bậc cao, gọi là chuỗi Fourier.
Quá trình tính toán có thể độc lập với mỗi hài riêng. Kết quả tính toán của mỗi tần số sẽ được kết hợp vào một dạng của chuỗi Fourier để có dạng sóng ra tổng quát nếu cần.
Thông thường chỉ cần quan tâm đến biên độ của sóng hài . Khi cả nửa chu kỳ âm, dương của một dạng sóng có dạng đồng nhất, chuỗi Fourier chỉ chứa hài bậc lẻ. Vì hầu hết các thiết bị sinh ra sóng hài thông thường có dạng sóng đồng nhất nên trong thực tế ta chỉ cần quan tâm đến sóng hài bậc lẻ 3,5,7,…
Sóng hài xuất phát từ những thiết bị gì ?
Các tải công nghiệp: Các thiết bị điện tử công suất, lò hồ quang, máy hàn, bộ khởi động điện tử, thao tác đóng cắt mạch máy biến áp công suất lớn…
Các tải dân dụng: Đèn phóng điện chất khí, tivi, máy photocopy, máy tính, lò vi sóng…
Với nhiều các biện pháp khác nhau, người ta có thể giảm sóng hài đến một giá trị nhỏ không đáng kể. Việc khử bỏ hoàn toàn chúng là không thể hoàn toàn thực hiện được.
Bản chất sóng hài là gì
Như chúng ta đã biết, tần số làm việc ổn định của các thiết bị điện do nhà máy cung cấp là 50 Hz, nhưng trong quá trình truyền tải và phân phối điện năng, các thành phần sóng bậc cao được sinh ra và hòa vào lưới điện do các phần tử phụ tải phi tuyến như lò hồ quang, máy hàn vv.
Chúng sản sinh ra các thành phần sóng hài bậc cao khác nhau và trả lại lưới điện thông qua dây dẫn, kết hợp với tần số cơ bản làm méo mó biến dạng sóng của hệ thống phân phối năng lượng chung.
Đặc điểm của sóng hài là bội của tần số cơ bản 50 Hz, tuần hoàn liên tục và khi hòa vào lưới điện làm biến dạng sóng sin đơn thuần mà chúng ta thường thấy
Vậy dạng năng lượng hài bậc cao này không được các thiết bị điện sử dụng , nó biến đổi sang nhiệt năng và phát nóng trên đường dây gây hao mòn các thiết bị.
Phân tích nguyên nhân hình thành sóng hai bậc cao
Theo lý thuyết, các nguồn tín hiệu đưa đến tồn tại và hoạt động trên mạch gọi chung là hàm điều hòa. Nhưng trong thực tế, các nguồn tín hiệu này trộn lẫn bao gồm nhiều thành phần tần số khác nhau khác với tần số cơ bản của lưới điện.
Nếu theo toán học, thì các dạng sóng tuần hoàn được phân tích dưới dạng chuỗi fourier thành tổng của một thành phần không đổi và tổng các thành phần điều hòa dạng hình sin và cos có góc phi gấp N lần góc phi ở sóng điều hòa cơ bản. N chính là số bậc của sóng hài.
Máy đo sóng hài bậc cao
Đây là lý do vì sao hình thành các sóng hài bậc 3, 5, bậc 7 vv.
Các nguồn gây ra sóng hài trong hệ thống điện
Với sự phát triển chung của xã hội, các thiết bị điện phục vụ cho đời sống ngày càng đa dạng và phong phú. Cũng chính từ đây khi hòa vào lưới điện trong quá trình hoạt động, các thiết bị đó sản sinh ra nhiều loại sóng trả lại phía lưới
Xét góc độ hệ thống truyền tải điện năng :
Sóng hài được hình thành chủ yếu do cảm kháng từ hóa phi tuyến của các máy biến áp, lò hồ quang, các máy hàn công nghiệp, cuộn kháng điện hoạt động trên cơ sở cảm ứng điện từ.
Bên cạnh đó các tụ bù trong hệ thống lưới điện kết hợp với cảm kháng lưới điện, tạo ra mạch cộng hưởng làm khuếch đại sóng hài có tần số gần bằng tần số cộng hưởng tồn tại trong lưới.
Các hệ thống điện do điều kiện vận hành vì một nguyên nhân nào đó mà không cân bằng giữa các pha. Ví dụ điện áp, tổng trở, phụ tải không cân bằng thì sóng hài sẽ phát sinh ra trong ba thành phần đó.
Đặc thù của tải phi tuyến khi tổng trở của nó biến đổi, dòng của nó hấp thụ sẽ không Sin như mong muốn ban đầu, và từ đó nó tạo ra dòng sóng hài bậc cao bơm vào hệ thống. Các tải phi tuyến chúng ta thường gặp là
- Thiết bị văn phòng như: Nguồn đổi điện UPS, đèn huỳnh quang, máy copy
- Bộ thiết bị điều chỉnh động cơ, chỉnh lưu điện áp.
- Các máy thuộc ngành điện công nghiệp như: Lò hồ quang, máy hàn công nghiệp
- Với những thiết bị chuyển đổi điện năng nghịch lưu, chỉnh lưu, nó cũng gây ra sóng hài
Sóng hài là gì?
Khi bạn tìm hiểu sóng hài là gì? Sóng hài tiếng anh là gì? Hiokivn.com sẽ giải đáp ngay cho bạn dưới đây.
Sóng hài được hiểu đơn giản là một loại sóng nhiễu xuất hiện không mong muốn. Loại sóng này có những tác động không tốt đến chất lượng của lưới điện. Đặc biệt, khi song hài có tổng các dòng điện hài cao hơn mức độ quy định cần phải được chú ý và theo dõi kỹ lượng.
Sóng hài trong hệ thống điện có thể làm tăng nhiệt độ của hệ thống cũng như gây nhiễu cho mạng lưới điện. Chính vì vậy, sóng hài được đánh giá là loại sóng không tốt cho các thiết bị điện, có những ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ thống điện cũng như các máy móc, thiết bị.
Trong các loại sóng hài, bạn cần phải chú ý đến loại sóng hài bậc cao mang lại rất nhiều tác động xấu đến lưới điện. Vậy sóng hài bậc cao là gì?
Khi các thiết bị dân dụng sử dụng những điều khiển bằng công nghệ bán dẫn hoặc biến tần xuất hiện nhiễu ở mức tần số cao (có thể đạt tới vài kHz) sẽ lan truyền đến lưới điện. Khi đó, lưới điện bị méo dạng sóng dòng điện và điện áp.
Giá trị nhiễu sẽ được gọi là sóng hài bậc cao. Loại sóng hài này có thể có nhiều mức tần số khác nhau, Khi đó, sóng hài có thể kết hợp với nhiều ys tố như cường độ điện áp điện dung, điện trở khiến cho mức sóng lên cao.
Điều này chắc chắn sẽ ảnh hưởng đến các thiết bị máy móc, tín hiệu phát thanh, truyền hình, loa đài…
Ví dụ đơn giản về sóng hài bậc cao là gì. Khi dòng 250Hz trên lưới điện 50Hz sẽ là sóng hài bậc 5. Khi đó, sóng hài sẽ chuyển hóa thành dạng nhiệt năng và có thể gây tổn hao năng lượng điện.
Các loại sóng hài
Ngoài việc tìm hiểu sóng hài là gì? Bạn cũng cần biết đến các loại sóng hài hiện nay. Qua đó, bạn có thể phân loại được từng cấp độ sóng hài cũng như đánh giá tình trạng nguy hiểm của các thiết bị.
Khi tìm hiểu về sóng hài, bạn sẽ thấy chúng được phân loại theo tên cũng như tần số của từng loại. Ví dụ, sóng hài thứ 2 của tần số mức 100Hz và theo trình tự của chúng.
Hiện nay, có hai loại sóng hài chính là sóng hài chẵn và sóng hài lẻ. Theo như đúng tên gọi của từng loại:
- Sóng hài lẻ là loại có số lẻ như 3, 5, 7, 9… Ví dụ sóng hài bậc 3 là loại sóng hài lẻ.
- Sóng hài chẵn là loại có số chẵn như 2, 4, 6, 8… Sóng hài bậc 2 là loại sóng hài bậc chẵn.
Ngoài ra, với số hài 1 sẽ được đặt cho thành phần tần số cơ bản của sóng tuần hoàn. Trong khi đó, loại số hài 0 sẽ là biểu trưng cho thành phần của hằng số hay điện áp một chiều của dạng sóng.
Bản chất sóng hài là gì
Như chúng ta đã biết, tần số làm việc ổn định của các thiết bị điện do nhà máy cung cấp là 50 Hz, nhưng trong quá trình truyền tải và phân phối điện năng, các thành phần sóng bậc cao được sinh ra và hòa vào lưới điện do các phần tử phụ tải phi tuyến như lò hồ quang, máy hàn vv.
Chúng sản sinh ra các thành phần sóng hài bậc cao khác nhau và trả lại lưới điện thông qua dây dẫn, kết hợp với tần số cơ bản làm méo mó biến dạng sóng của hệ thống phân phối năng lượng chung.
Thành phần sóng hài bậc cao
Đặc điểm của sóng hài là bội của tần số cơ bản 50 Hz, tuần hoàn liên tục và khi hòa vào lưới điện làm biến dạng sóng sin đơn thuần mà chúng ta thường thấy
Vậy dạng năng lượng hài bậc cao này không được các thiết bị điện sử dụng , nó biến đổi sang nhiệt năng và phát nóng trên đường dây gây hao mòn các thiết bị.
Công thức tính sóng hài
Sóng hài được đặc trưng của dao động hoàn toàn trên phổ tần số công nghiệp cơ bản. Thành phần sóng hài trong nguồn AC được định nghĩa là thành phần sin của một chu kỳ sóng có tần số bằng số nguyên lần tần số cơ bản của hệ thống.
Công thức tính sóng hài như sau:
fh = h.fb
trong đó: h là số nguyên dương.
Nguyên nhân sinh ra sóng hài
Nguyên nhân gây ra sóng hài là do các phụ tải dạng phi tuyến trong hệ thống điện. Điện áp đầu vào của tải phi tuyến là dạng hình sin nhưng dòng qua nó có dạng không sin.
Một dạng sóng bất kỳ là tổng của các dạng sóng hình sin. Khi đồng nhất từ chu kỳ này sang chu kỳ khác nó có thể được miêu tả như những sóng sin cơ bản và bội số của tần số cơ bản, có nghĩa là bao gồm sóng sin cơ bản và chuỗi của các dạng sóng sin hài bậc cao, gọi là chuỗi Fourier.
Quá trình tính toán có thể độc lập với mỗi hài riêng. Kết quả tính toán của mỗi tần số sẽ được kết hợp vào một dạng của chuỗi Fourier để có dạng sóng ra tổng quát nếu cần. Thông thường chỉ cần quan tâm đến biên độ của sóng hài.
Khi cả nửa chu kỳ âm, dương của một dạng sóng có dạng đồng nhất, chuỗi Fourier chỉ chứa hài bậc lẻ. Vì hầu hết các thiết bị sinh ra sóng hài thông thường có dạng sóng đồng nhất nên trong thực tế ta chỉ cần quan tâm đến sóng hài bậc lẻ 3,5,7,…
Các nguồn sinh ra sóng hài:
Các tải công nghiệp: Các thiết bị điện tử công suất, biến tần, lò hồ quang, máy hàn, bộ khởi động điện tử, đóng mạch máy biến áp công suất lớn…
Các tải dân dụng: Đèn phóng điện chất khí, tivi, máy photocopy, máy tính, lò vi sóng…
Với nhiều biện pháp khác nhau, người ta có thể giảm một số sóng hài đến một giá trị nhỏ không đáng kể. Việc khử bỏ hoàn toàn chúng tất nhiên không thể hoàn toàn thực hiện được.
Tác hại sóng hài lên lưới điện:
Sóng hài là dạng nhiễu không mong muốn ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng điện năng, xuất hiện khi sử dụng những tải không tuyến tính (biến tần, bộ chuyển điện thế, UPS,…) có tác dụng rất xấu đến những thiết bị, máy móc được sử dụng trong nhà máy như:
– Sóng hài làm cho cáp bị quá nhiệt, phá hỏng cách điện.
– Giảm tuổi thọ động cơ, gây ra quá nhiệt động cơ, gây tiếng ồn lớn khi vận hành.
– Quá tải CB, quá nhiệt và gây cháy nổ máy biến áp (trong khi lượng điện sử dụng vẫn nhỏ hơn định mức).
– Máy cắt, Aptomat, cầu chì có thể bị tác động mà không rõ nguyên nhân.
– Sóng hài gây tác hại nghiêm trọng đến tụ bù do phá hỏng chất điện môi, tụ bị phồng, giảm tuổi thọ tụ bù, thậm chí gây nổ tụ bù bất thường.
– Gây nhiễu ảnh hưởng đến các thiết bị viễn thông, hệ thống tự động hóa như PLC, Role,…
– Các thiết bị đo hoạt động không chính xác.
– Lãng phí năng lượng…
Tiêu chuẩn quy định ngưỡng sóng hài:
Để giảm ảnh hưởng của sóng hài trong hệ thống điện, Thông tư 39/2015/TT-BCT ngày 18/11/2015 của Bộ Công Thương quy định:
Yêu cầu về sóng hài điện áp (trích Điều 7):
1. Tổng độ biến dạng sóng hài điện áp tại mọi điểm đấu nối trung và hạ áp không được vượt quá giới hạn như sau:
– Tổng biến dạng sóng hài: ≤ 6,5%
– Biến dạng riêng lẻ: ≤ 3,0%
2. Cho phép đỉnh nhọn điện áp bất thường trên lưới điện phân phối trong thời gian ngắn vượt quá tổng mức biến dạng sóng hài quy định như trên nhưng không được gây hư hỏng thiết bị của lưới điện phân phối.
Yêu cầu về sóng hài dòng điện (Điều 32):
1. Giá trị cực đại cho phép của tổng độ biến dạng sóng hài dòng điện phụ tải gây ra được quy định như sau:
a) Đối với đấu nối vào cấp điện áp trung áp và hạ áp có công suất nhỏ hơn 50 kW: Giá trị dòng điện của sóng hài bậc cao không vượt quá 20% dòng điện phụ tải;
b) Đối với đấu nối vào cấp điện áp cao áp hoặc các đấu nối có công suất từ 50 kW trở lên: Giá trị dòng điện của sóng hài bậc cao không vượt quá 12% dòng điện phụ tải.
2. Tổng độ biến dạng sóng hài dòng điện do Đơn vị phân phối điện đo tại điểm đấu nối của Khách hàng sử dụng lưới điện phân phối được đo đếm theo tiêu chuẩn IEC1000-4-7, kéo dài ít nhất 24 giờ với chu kỳ 10 phút 01 lần. Chậm nhất 06 tháng kể từ thời điểm phát hiện thiết bị của khách hàng không đạt được giá trị quy định tại Khoản 1 Điều này, khách hàng phải áp dụng các biện pháp khắc phục để đạt được giá trị tổng độ biến dạng sóng hài dòng điện trong giới hạn cho phép.
Thiết bị đo và phân tích sóng hài:
Để đo sóng hài cần phải có thiết bị chuyên dụng. Có một số thiết bị đo sóng hài ở mức độ đơn giản dạng như Ampe kìm cầm tay giá khoảng từ vài trăm $, cũng có các thiết bị đo và phân tích sóng hài có đầy đủ tính năng cần thiết (như hình ảnh minh họa) nhưng khá đắt tiền khoảng từ vài nghìn $. Do chi phí đầu tư thiết bị khá cao nên đa phần các nhà máy không trang bị sẵn cho nhân viên kỹ thuật điện. Bên cạnh đó để sử dụng được thiết bị đo và phân tích sóng hài cần phải có kiến thức chuyên sâu.
Các vấn đề liên quan đến tụ bù:
Tụ bù là thành phần tĩnh và tuyến tính nên nó không gây ra sóng hài. Tuy nhiên nó sẽ tương tác với các nguồn tự cảm của hệ thống điện và có thể tạo ra điều kiện cộng hưởng song song ở tần số hài. Việc này làm tăng dòng qua tụ một cách đáng kể và có thể gây ra nổ cầu chì, nhảy aptomat hay làm điện áp trên tụ tăng cao dẫn đến phá hỏng chất điện môi hoặc tụ bị phồng, nổ.
Với sóng hài trong hệ thống và việc bổ sung tụ bù để giảm hệ số công suất phản kháng cosφ, rất dễ gây ra sự cố cho hệ thống mặc dù trước đó hệ thống vận hành hoàn toàn bình thường. Nguyên nhân chính là do tụ bù điện đã gây ra cộng hưởng sóng hài làm tăng mức độ ảnh hưởng của sóng hài.
Thực tế lắp đặt và xử lý sự cố hệ thống tụ bù công suất phản kháng chúng tôi nhận thấy sóng hài gây ra thiệt hại khá nghiêm trọng cho tụ bù. Ngày nay các cơ sở sản xuất ứng dụng nhiều thiết bị điều khiển, tự động hóa hiện đại trong đó có biến tần là tác nhân chính gây ra sóng hài. Trong khi đó hệ thống tủ bù ngay từ đầu đã không được lắp đặt thiết bị lọc sóng hài dẫn tới tụ bị phồng, cháy thậm chí bị nổ rất nhanh. Muốn khắc phục phải lắp lắp ráp lại cả tủ điện, thay vỏ tủ kích thước lớn, khó khăn cho việc thi công, tốn nhiều chi phí, khó bố trí chỗ đặt tủ,…
Sử dụng cuộn kháng lọc sóng hài:
Để lọc sóng hài cho tụ bù chỉ cần lắp nối tiếp Cuộn kháng lọc sóng hài với Tụ bù. Có nhiều loại cuộn kháng 6%, 7%, 14% và được chế tạo tương ứng với các dung lượng khác nhau của tụ bù. Ví dụ cuộn kháng Mikro 7% dùng cho tụ bù 50kVAr cho phép lọc sóng hài bậc 5,7.
Lắp cuộn kháng làm tăng khá nhiều chi phí, có thể tăng thêm khoảng 50% so với phương án không lắp cuộn kháng. Đồng thời kích thước tủ lắp cuộn kháng cũng lớn hơn nhiều do cuộn kháng khá cồng kềnh và nặng. Cuộn kháng có tác dụng triệt tiêu sóng hài nhưng cũng làm tăng điện áp vào tụ do đó nên sử dụng tụ bù có điện áp cao sẽ bền hơn.
Terminology[edit]
Harmonics may also be called “overtones”, “partials” or “upper partials”. The difference between “harmonic” and “overtone” is that the term “harmonic” includes all of the notes in a series, including the fundamental frequency (e.g., the open string of a guitar). The term “overtone” only includes the pitches above the fundamental. In some music contexts, the terms “harmonic”, “overtone” and “partial” are used fairly interchangeably.
Characteristics[edit]
A whizzing, whistling tonal character, distinguishes all the harmonics both natural and artificial from the firmly stopped intervals; therefore their application in connection with the latter must always be carefully considered.[2]
Most acoustic instruments emit complex tones containing many individual partials (component simple tones or sinusoidal waves), but the untrained human ear typically does not perceive those partials as separate phenomena. Rather, a musical note is perceived as one sound, the quality or timbre of that sound being a result of the relative strengths of the individual partials. Many acoustic oscillators, such as the human voice or a bowed violin string, produce complex tones that are more or less periodic, and thus are composed of partials that are near matches to integer multiples of the fundamental frequency and therefore resemble the ideal harmonics and are called “harmonic partials” or simply “harmonics” for convenience (although it’s not strictly accurate to call a partial a harmonic, the first being real and the second being ideal).
Oscillators that produce harmonic partials behave somewhat like one-dimensional resonators, and are often long and thin, such as a guitar string or a column of air open at both ends (as with the modern orchestral transverse flute). Wind instruments whose air column is open at only one end, such as trumpets and clarinets, also produce partials resembling harmonics. However they only produce partials matching the odd harmonics, at least in theory. The reality of acoustic instruments is such that none of them behaves as perfectly as the somewhat simplified theoretical models would predict.
Partials whose frequencies are not integer multiples of the fundamental are referred to as inharmonic partials. Some acoustic instruments emit a mix of harmonic and inharmonic partials but still produce an effect on the ear of having a definite fundamental pitch, such as pianos, strings plucked pizzicato, vibraphones, marimbas, and certain pure-sounding bells or chimes. Antique singing bowls are known for producing multiple harmonic partials or multiphonics.
[3]
[4] Other oscillators, such as cymbals, drum heads, and other percussion instruments, naturally produce an abundance of inharmonic partials and do not imply any particular pitch, and therefore cannot be used melodically or harmonically in the same way other instruments can.
Dynamic tonality, building on the work[5] of William Sethares, introduces the notion of pseudo-harmonic partials, in which the frequency of each partial is aligned to match the pitch of a corresponding note in a pseudo-Just tuning, thereby maximizing the consonance of that pseudo-harmonic timbre with notes of that pseudo-just tuning.[6][7][8][9]
.
Chúng tôi bắt đầu trang web này bởi vì chúng tôi đam mê các kỹ năng và kiến thức kỹ thuật. Chúng tôi nhận thấy nhu cầu về video chất lượng có thể giúp mọi người tìm hiểu về các chủ đề kỹ thuật. Chúng tôi biết rằng chúng tôi có thể tạo ra sự khác biệt bằng cách tạo ra những video vừa nhiều thông tin vừa hấp dẫn. Chúng tôi ‘ liên tục mở rộng thư viện video của mình và chúng tôi luôn tìm kiếm những cách mới để giúp người xem học hỏi.
