Trong bài viết này các bạn sẽ tìm hiểu về nguồn gốc sinh ra sóng hài ở các bộ nghịch lưu (Biến tần). Với các bộ nguồn xung cũng có nguyên lý tạo ra sóng hài tương tự. Nếu bạn chưa biết sóng hài là gì xin hãy xem lại bài Sóng hài là gì?
Hầu như tất cả các biến tần hiện có trên thị trường đều hoạt động dựa trên nguyên lý cầu chỉnh lưu để chuyển đổi điện áp xoay chiều AC thành điện áp một chiều DC. Sau đó, điện áp DC này sẽ được một bộ nghịch lưu (inverter) chuyển đổi ngược trở lại điện áp AC với độ lớn và tần số đã định trước để điều khiển chính xác tốc độ của động cơ.
Hầu hết các biến tần đều hoạt động dựa trên nguyên lý cầu chỉnh lưu để chuyển đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều (DC). Sau đó, điện áp một chiều này sẽ được một bộ nghịch lưu (inverter) chuyển đổi ngược trở lại điện áp xoay chiều (AC) với độ lớn và tần số đã định trước để điều khiển tốc độ quay của động cơ.
Mạch chỉnh lưu diode và nghịch lưu mang lại hiệu suất cao cho biến tần, nhưng lại gây ra nhiều sóng hài trên dòng điện ở phía nguồn AC. Sóng hài xuất hiện là do dòng điện không thể chạy qua chỉnh lưu và đi vào biến tần khi điện áp AC đầu vào bé hơn điện áp một chiều DC trên tụ. Điều này chỉ diễn ra trong một khoảng thời gian ngắn trên mỗi pha nhưng đủ làm biến dạng hoàn toàn dòng AC đầu vào khiến nó không còn là hình sin chuẩn nữa. Hơn nữa, do bị chặn bởi chênh lệch điện áp AC và DC ở đầu vào, dòng điện phải có biên độ đỉnh cao hơn để truyền đủ năng lượng cho động cơ trong một chu kỳ lưới.
Có thể dòng điện không còn mang hình Sin nữa mà trở thành 4 xung dòng biên độ cao (2 xung cho mỗi bán kỳ) và độ méo hài THD của dòng điện kiểu này là rất cao.
Sóng hài trên dòng điện sẽ kéo theo sóng hài trên điện áp, độ méo sóng hài áp phụ thuộc nhiều vào trở kháng của hệ thống phân phối điện và số lượng tải phi tuyến (máy tính, máy fax, máy photocopy, đèn chiếu dùng inverter, …) trong hệ thống đó. Để so sánh sóng hài dòng và sóng hài áp cần có các phân tích sóng hài chi tiết.
Trong phân tích sóng hài, mọi dạng sóng đều có thể được biểu diễn dưới dạng tổng của nhiều sóng hình sin có biên độ và tần số khác nhau. Tập hợp các sóng hình sin nói trên bao gồm 1 sóng sin cơ bản (tần số 50 Hz đối với lưới điện Việt Nam) và các sóng hình sin là bội của sóng sin cơ bản, gọi là sóng hài.
Tổng độ méo hài, hay THD là đại lượng thể hiện mức độ biến dạng của dòng điện hay điện áp, được tính bằng công thức sau:
