Sóng hài là gì

Sóng hài (harmonics) là các thành phần dòng điện hoặc điện áp có tần số là bội số nguyên của tần số cơ bản (bội số của 50Hz hoặc 6Hz)
Điện áp và dòng điện lý tưởng trong hệ thống điện xoay chiều phải là hình sin thuần với tần số cơ bản 

• ${\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;">f</span>}}_{\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;">1</span>}}<span\; style="font-size:\; medium;">=</span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;">50</span>}\text{<span style="font-size: medium;"> Hz</span>}$f1​=50 Hz (ở Việt Nam) hoặc 60 Hz (một số nước khác).

• Sóng hài (harmonics) là các thành phần dòng điện hoặc điện áp có tần số là bội số nguyên của tần số cơ bản:

  $${\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;">f</span>}}_{\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;">h</span>}}<span\; style="font-size:\; medium;">=</span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;">h</span>}<span\; style="font-size:\; medium;">\times </span>{\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;">f</span>}}_{\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;">1</span>}}<span\; style="font-size:\; medium;">(</span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;">h</span>}<span\; style="font-size:\; medium;">=</span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;">2</span>}<span\; style="font-size:\; medium;">,</span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;">3</span>}<span\; style="font-size:\; medium;">,</span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; medium;">4</span>}<span\; style="font-size:\; medium;">,</span><span\; style="font-size:\; medium;">\dots </span>\text{<span style="font-size: medium;">\hspace{0.17em}</span>}<span\; style="font-size:\; medium;">)</span>$$fh​=h×f1​(h=2,3,4,…)

  Ví dụ: nếu lưới 50 Hz thì bậc hài 3 là 150 Hz, bậc 5 là 250 Hz…

Khi nhiều thành phần hài xuất hiện, dạng sóng tổng hợp sẽ méo so với hình sin lý tưởng.

 Các loại sóng hài

Có nhiều cách phân loại, phổ biến nhất:

 Theo bậc sóng hài

• Hài bậc chẵn (2, 4, 6…): ít phổ biến hơn, thường xuất hiện khi hệ thống có bất đối xứng hoặc méo không cân bằng.

• Hài bậc lẻ (3, 5, 7, 9…): gặp nhiều nhất, đặc biệt là bậc 3 và bội số của 3 trong mạng hạ áp.

 Theo tính chất pha

• Hài đồng pha (in-phase): cộng hưởng trên cả 3 pha.

• Hài thứ tự không (zero sequence): bậc 3, 9, 15…, cộng dồn trên dây trung tính, gây quá tải trung tính.

• Hài thứ tự thuận và nghịch: ảnh hưởng trực tiếp đến mô-men động cơ, gây rung, nóng máy.

 Nguồn phát sinh sóng hài

Hầu hết đến từ tải phi tuyến — thiết bị mà dòng điện không tỷ lệ tuyến tính với điện áp:

• Biến tần (VFD), UPS, nguồn xung, bộ chỉnh lưu thyristor/diode.

• Máy tính, thiết bị văn phòng, đèn LED, đèn huỳnh quang ballast điện tử.

•  Lò hồ quang, máy hàn, thiết bị công nghiệp điều khiển điện tử.

•  Các hệ thống tiết kiệm năng lượng nhưng dùng linh kiện bán dẫn (SMPS).

 Nguyên nhân chính

• Chỉnh lưu phi tuyến: dòng bị cắt, méo do quá trình chuyển mạch.

• Tải không cân bằng giữa các pha: sinh ra hài bậc 3 và bội số.

• Cộng hưởng giữa dung kháng (tụ bù) và điện kháng hệ thống: làm biên độ hài tăng mạnh.

• Thiết bị công suất lớn khởi động/điều khiển điện tử: như biến tần, UPS.

 Tác hại của sóng hài

• Nóng dây dẫn, MBA, tụ bù, làm giảm tuổi thọ thiết bị.

• Quá tải dây trung tính (do hài bậc 3 cộng dồn).

•  Gây sụt áp, méo dạng điện áp, làm hỏng thiết bị nhạy cảm (PLC, điều khiển số).

• Mất mô-men động cơ, rung, phát nhiệt bất thường.

•  Gây nhảy CB, bảo vệ sai hoặc làm tụ bù nổ.

 Cách đo và đánh giá

• Dùng máy phân tích chất lượng điện năng (Power Quality Analyzer) để đo THD – Total Harmonic Distortion.

• Theo chuẩn IEC 61000-3-2/3-4, IEEE 519, mức THD cho điện áp ≤ 8% (thường yêu cầu ≤ 5% cho mạng công nghiệp).

 Biện pháp khắc phục

 Thiết kế & lắp đặt

• Bộ lọc sóng hài:

  • Passive Filter (PHF): LC cộng hưởng để triệt bậc cụ thể (3, 5, 7…).

  • Active Harmonic Filter (AHF): thiết bị điện tử phát dòng bù để triệt nhiều bậc cùng lúc.

• Sử dụng biến tần có tích hợp lọc hài / chỉnh lưu 12–18 xung / Active Front End.

• Chia tải hợp lý, cân bằng pha, hạn chế quá nhiều tải phi tuyến cùng một bus.

• Thiết kế tụ bù kèm cuộn kháng (detuned reactor) để tránh cộng hưởng.

  Quản lý vận hành

• Giám sát THD định kỳ.

• Bật/tắt tụ bù hợp lý theo tải.

• Bảo trì biến tần, UPS đúng chuẩn.

Tóm tắt nhanh:

         Sóng hài = thành phần điện áp/dòng điện có tần số bội số của 50 Hz.

• Chủ yếu phát sinh từ tải phi tuyến như biến tần, UPS, nguồn xung.

• Gây nóng, quá tải, méo điện áp, hỏng thiết bị.

• Khắc phục bằng lọc hài (AHF/PHF), chọn thiết bị ít hài, cân bằng tải, tụ bù có cuộn kháng.