Ý nghĩa của tổng độ méo hài THD trong hệ thống điện

Tổng độ méo hài THD là một chỉ số đo lường sóng hài nhằm đánh giá chất lượng dòng điện. Sóng hài là dạng sóng gây hại tới thiết bị điện và cần phải được loại bỏ bằng nhiều phương pháp. Tìm hiểu về tổng độ méo hài THD trong bài viết sau sẽ giúp bạn áp dụng các phương pháp giảm thiểu sóng hài hiệu quả hơn.

Mục lục

Nguyên nhân dẫn đến sóng hài

Dạng sóng phổ biến của nguồn điện AC có hình sin thuần với tần số 50Hz và 60Hz. Trong thực tế, dòng điện AC lý tưởng thường bị gây nhiễu bởi các dạng sóng hài bậc cao có tần số là bội số của tần số dòng điện thông thường.

song hai 1

Biến dạng dòng điện sinh ra sóng hài được tạo ra từ ảnh hưởng của các thiết bị chuyển đổi điện năng như biến tần, chỉnh lưu công nghiệp. Biến tần có khả năng điều chỉnh tốc độ của động cơ qua việc chuyển đổi điện áp và tần số thành các giá trị thích hợp và sản sinh ra sóng hài.

Ý nghĩa của tổng độ méo hài (THD)

Tổng độ méo hài THD (Total Harmonic Distortion) là tỷ lệ thành phần sóng hài với thành phần sóng cơ bản. Đây là chỉ số quan trọng để đánh giá sóng hài trong nguồn điện. THD được tính theo công thức sau:

cong thuc tinh song hai thd 1

Trong đó:

THD: Tổng độ méo hài
Vi: Giá trị hiệu dụng sóng hài điện áp bậc i với N là bậc cao nhất của sóng hài cần đánh giá
VI: Giá trị hiệu dụng của điện áp cơ bản với tần số 50Hz

THD còn được sử dụng để phân tích độ rung và dạng sóng âm thanh. THD bao gồm THD-F (sóng hài cơ bản) và THD-R (sóng hài RMS)

Các tiêu chuẩn về tổng độ méo hài THD

THD hay giới hạn hàm lượng sóng hài mỗi bậc được quy định trong các tiêu chuẩn IEC 61000-3-2, EN 50160 và IEEE 519. Các giới hạn này bao gồm nhiều yếu tố như điện áp nguồn điện, dòng định mức,… Giá trị THD trong điện áp thường dao động từ 1% đến dưới 10%. Trong dòng điện, giá trị này có thể vượt quá 100% khi có quá nhiều sóng hài.

Ví dụ trong tiêu chuẩn EN 50160, giới hạn hàm lượng sóng hài trong điện áp dưới 1000V được thể hiện trong bản sau:

Bậc	Giá trị tới hạn
THD	8%
2	2%
3	5%
4	1%
5	6%
6	0.5%
7	5%
9	1.5%
11	3.5%

Cách đo lường THD

Để đo lường THD có thể dùng các thiết bị đo chuyên dụng như Oscilloscope, Spectrum Analyzer, Distortion Analyzer,… Cách đo là áp sóng hình sin thuần vào bộ khuếch đại trong một cấu hình mạch xác định. Tiếp theo cần điều chỉnh mức công suất đầu vào cho bộ khuếch đại để đạt được mức công suất mong muốn. Cuối cùng là quan sát phổ sóng hài đầu ra của bộ khuếch đại trên máy phân tích phổ so với biên độ của đầu ra tín hiệu cơ bản.

Mức độ biến dạng hiện diện ở đầu ra của bộ khuếch đại phụ thuộc vào một số thông số như:

Biên độ hoặc mức công suất đầu ra của bộ khuếch đại
Tần số của bộ khuếch đại
Thiết bị phía đầu tải
Điện áp nguồn của bộ khuếch đại
Một số yếu tố khác: bảng mạch, dây nối đất, nhiệt độ,…

Công thức đo THD theo công suất:

cong thuc thd

Công thức đo THD theo điện áp:

cong thuc thd

Lưu ý:

n = 1 là tần số cơ bản của tín hiệu thử nghiệm đưa vào bộ khuếch đại thử.
Chuyển đổi dBm sang W:
Chuyển đổi Vpk thành Vrms:

Tham khảo bảng giá trị sau:

Tần số (GHz)	Bậc hài	Công suất đầu ra (dBm)	Công suất đầu ra (μW)
2.5	1	16.17	41400
5	2	-35.3	0.2951
7.5	3	-6.83	207.5
10	4	-40.6	0.0871
12.5	5	-35.1	0.309
15	6	-37.5	0.1778
17.5	7	-54	0.003981

Dựa vào bảng trên, khi đo lường sóng hài ở tần số 2.5GHz và công suất đầu ra 3.6 Vpp sẽ có THD là:

cong thuc thd

Tham khảo về định nghĩa tổng độ méo hài, cách đo lường THD và ví dụ thực tiễn trên sẽ giúp bạn biết cách đánh giá hiện trạng sóng hài trên hệ thống và có giải pháp khắc phục sóng hài thích hợp. Tham khảo thêm những tư vấn khác về sóng hài trên website BTB Electric.