Trong những năm gần đây, các thiết bị điện tử ( như bộ điều chỉnh tốc độ động cơ, các bộ chỉnh lưu điều khiển, máy vi tính, ...) đã gây ra nhiều vấn đề liên quan đến sóng họa tần trong hệ thống điện. Đối với hệ thống truyền tải điện thì ảnh chủ yếu do cảm kháng từ hóa phi tuyến
92 của máy biến áp, thiết bị hồ quang như : các lò điện hồ quang, các máy hàn, các cuộn kháng điện trong các thiết bị hoạt động trên cơ sở cảm ứng điện từ.
Đối với điều kiện vận hành không cân bằng giữa các pha như điện áp hệ thống không cân bằng, tổng trở hệ thống hay tải khơng cân bằng mỗi thành phần sóng hài có thể xảy ra trong ba thành phần (thuận, nghịch, khơng). Ngồi ra các tụ bù trong lưới điện thường kết hợp với cảm kháng lưới tạo ra mạch cộng hưởng làm khuếch đại các dịng hài có tần số lân cận tần số cộng hưởng tồn tại trong lưới. Sau đây đi xem xét chi tiết các nguồn họa tần.
Tải phi tuyến: Do ở tải phi tuyến tổng trở của nó thay đổi, dịng mà nó hấp thu sẽ khơng sin mặc dù điện áp đặt vào có tính sin và từ đó có thể tạo nên nguồn dòng họa tần bơm vào hệ thống. Các tải phi tuyến thường gặp như:
+ Các quá trình chỉnh lưu điện áp.
+ Thiết bị văn phòng và dân dụng như: UPS, máy tính, máy photocopy TV, đèn huỳnh
quang...
+ Bộ điều chỉnh tốc độ động cơ.
+ Thiết bị thuộc lĩnh vực điện cơng nghệ: máy hàn, lị hồ quang...
Các quá trình chỉnh lưu điện áp:
Những tiến bộ vượt bậc của lĩnh vực điện tử công suất tạo cơ sở cho các bộ chuyển đổi điện và chúng trở thành nguồn gây sóng hài chính trong hệ thống. Các bộ chỉnh lưu được sử dụng rộng rãi như:
+ AC/DC
+ AC/DC/AC một số ảnh hưởng của sóng hài
+ Với động cơ sóng hài sẽ sinh ra các mơmen không sinh công gây ra tổn hao về mặt cơng suất, ngồi ra nó cịn có thể làm rung động cơ
+Với máy biến áp sóng hài sẽ gây tổn hao cơng suất dưới dạng nhiệt
+ Với dây trung tính trong hệ thống 3 pha 4 dây nếu sóng hài suất hiện sẽ làm cho hệ thống mất cân bằng sẽ làm cho dây trung tính có dịng điện chảy qua có thể là dịng rất lớn gây phá hoại hệ thống
+ Với các thiết bị đo, các hệ thống máy tính, các tải đỏi hỏi chất lượng điện áp cao nếu có sóng hài bậc cao có thể sẽ làm chúng hoạt động khơng chính xác
+Sóng hài bậc cao cịn làm giảm hệ số cơng suất hệ thống
+ Đối với các bộ tụ điện, dung kháng của các tụ giảm khi tần số tăng lên. Do đó các tụ thường rất nhạy với tần số của nguồn cung cấp. Trong thực tế, điều này có nghĩa là chỉ một giá trị nhỏ
93 của sóng hài điện áp có thể tạo nên dịng điện lớn đi qua mạch chứa tụ. Ảnh hưởng của các thành phần điều hịa trên bộ tụ điện đó là sự gia tăng nhiệt của điện mơi cao hơn
Các nguyên nhân cơ bản sinh ra sóng hài:
- Do cảm kháng từ hóa phi tuyến của máy biến áp ( mạch từ của máy biến áp làm việc ở chế
độ bão hòa - đoạn nằm ngang trên đường cong từ hóa )
- Do ballast của đèn huỳnh quang sinh ra.
- Do các mạch điện tử công suất của các thiết bị trong mạng điện gây nên........ cịn nhiều Cách
khắc phục:
- Sóng hài có ảnh hưởng xấu đến tụ điện, ta có thể dùng các bọ lọc sóng hài để loại bỏ bớt các
thành phần hài lẻ bậc cao. ( Chỉ có sóng hài bậc lẻ mới đáng quan tâm và có hại ). Tất nhiên việc lọc tồn bộ sóng hài để dịng điện sin hồn tồn là không thể.
Bản thân các bộ biến có chứa các phần tử phi tuyến là nguồn gốc gây ra sóng hài. Tuy nhiên, dịng điện hài nhiều hay ít cịn phụ thuộc vào cấu trúc của hệ truyền động và tải, nếu sử dụng động cơ lớn (so với biến áp nguồn) hay tăng tải động cơ đều làm tăng dòng điện hài. Do vậy, để giảm được sóng hài, buộc các nhà sản xuất công nghiệp phải sử dụng các bộ biến tần phát sóng hài thấp hoặc sử dụng các phương pháp lọc ngồi. Trong đó, muốn giảm dịng điện hài phải tăng điện cảm AC, DC hoặc tăng số van chỉnh lưu trong bộ chỉnh lưu và giảm điện áp hài gây ra bởi dịng điện hài phải tăng cơng suất biến áp, giảm trở kháng biến áp hay tăng khả năng chịu ngắn mạch của nguồn.Dùng chỉnh lưu 6 xung, 12 xung và 24 xung Mạch chỉnh lưu trong các biến tần 3 pha sử dụng công nghệ điều chế độ rộng xung (PWM) thông thường là cầu diode 6 van. Các bộ chỉnh lưu đó có đặc điểm là đơn giản, chắc chắn và rẻ, nhưng thành phần đầu vào chứa nhiều sóng hài bậc thấp.
Cầu chỉnh lưu diode 12 van được tạo ra bằng cách nối song song hai bộ chỉnh lưu 6 van, nó cho ra dịng điện trơn hơn cầu 6 van. Tương tự, bộ chỉnh lưu 24 van được tạo ra đơn giản từ việc ghép bốn bộ 6 van với nhauSử dụng cầu IGBT (Integrated Gate Bipolar Thyristor) Một bộ biến đổi tích cực IGBT có thể dùng để chỉnh lưu điện áp xoay chiều đầu vào. Nó sẽ giúp làm cải thiện hệ số cơng suất, giảm sóng hài và mang lại nhiều lợi ích như: An tồn cả khi mất nguồn; điều khiển chính xác tồn dải trong chế độ chỉnh lưu và tái sinh; cho phép trả ngược năng lượng về lưới; dịng điện cung cấp có dạng sóng gần sin với thành phần hài nhỏ. IGBT có ít thành phần hài thấp ở tần số thấp, nhưng lại tăng cao ở tần số cao hơn; có khả năng nâng điện áp. Khi điện áp nguồn bị giảm xuống, điện áp một chiều DC có thể được khuyếch lên để giữ cho điện áp động cơ cao hơn điện áp nguồn cung cấp