Sóng hài là gì? Nguyên nhân và phương pháp lọc sóng

Sóng hài là một thuật ngữ phổ biến trong các lĩnh vực vật lý và kỹ thuật. Sóng hài là hiện tượng xảy ra hàng ngày đối với chúng ta. Từ các vấn đề về âm thanh, điện tử cho đến các vấn đề cơ học. Để hiểu rõ hơn về sóng hài và phương pháp lọc sóng, bạn hãy cùng với mayphatnhapkhau tìm hiểu chi tiết ngay trong bài viết sau đây.

Sóng hài là gì?

Sóng hài và các bậc sóng lẻ

Sóng hài là một loại sóng dao động theo một đồ thị đồng nhất và đồng tần số. Hiểu đơn giản sóng hài là một dạng nhiễu điện. Là sóng có tần số là bội số của tần số gốc. Ví dụ tần số sóng gốc bình thường được quy định là 50Hz, vậy sóng hài sẽ là 100Hz, 150Hz,…

Các tần số như 150Hz hay 200Hz đều là những tần số không thể sử dụng được đối với các thiết bị điện lưới. Vì thế những tần số này sẽ chuyển hóa thành nhiệt năng và gây hư hạo cho các thiết bị kết nối.

Nguyên nhân tạo ra hiện tượng sóng hài

Sóng hài có vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực, từ âm nhạc và điện tử đến sóng âm và cơ học sóng. Hiện tượng này có thể đến từ nhiều nguyên nhân khác nhau như:

Tải không tuyến tính

Đây là thành phần tải có đặc tính điện áp và được gọi là dòng không tuyến tính. Nghĩa là điện áp và các dòng điện không biến đổi đồng thời theo một tỉ lệ tuyến tính. Trường hợp này xảy ra rất nhiều trên các thiết bị điện tử các thiết bị dân dụng cho tới các thiết bị công nghiệp.

• Thiết bị điện tử dân dụng: máy tính, máy in, điện thoại, đèn LED đều là các thiết bị tải không tuyến tính. Các thiết bị này có sử dụng nhiều linh kiện điện tử như transistor, diode .
• Thiết bị công nghiệp: máy hàn, máy biến tần, máy phát điện biến tần, các dòng máy móc sử dụng động cơ không đồng bộ đều có thể tạo ra sóng hài. Các thiết bị này có sử dụng cuộn cảm, máy biến áp, linh kiện có đặc tính dòng không tuyến tính.

Sử dụng chỉnh lưu

Nguyên nhân lớn nhất tạo ra sóng hài đó là các dòng máy móc có tích hợp chỉnh lưu. Đối với các thiết bị có sử dụng công nghệ inverter đều có bộ lọc sóng hài. Bộ lọc sóng hài sẽ giúp cho dòng điện AC đi vào chỉnh lưu nhằm điều chỉnh thành dòng điện DC. Tuy nhiên nếu dòng điện không đi đúng vào chỉnh lưu mà đi vào biến tần trước. Điều này cũng sẽ gây ra hiện tượng nhiễu sóng ở dòng AC và gây ra sóng hài. Lúc này sẽ đẩy độ méo hài THC lên cao so vượt xa so với mức bình thường.

Tác hại của sóng hài đối với môi trường và con người

Sóng hài thường được tạo ra bởi một số thiết bị điện không tuyến tính như máy biến áp, máy in, máy tính, máy hàn,… Loại sóng này có nhiều ứng dụng quan trọng. Tuy nhiên cũng gây những tác hại không mong muốn đối với môi trường và sức khỏe con người.

Ảnh hưởng tới môi trường

Một số ảnh hưởng của sóng hài tới môi trường sẽ liên quan tới hê sinh thái, các vấn đề về ô nhiễm âm thanh như:

• Ô nhiễm âm thanh: Một khi sóng hài có tần số vượt qua mức độ chịu đựng của con người sẽ gây ra ô nhiễm âm thanh.
• Ảnh hưởng tới hệ sinh thái: Các loại động vật trên cạn hay dưới nước. Dưới tác động của sóng hài có thể bị ảnh hưởng tới hành vi sinh sản. Ảnh hưởng tới hệ sinh thái rừng và làm thay đổi cấu trúc xã hội của các loài động vật.
• Tăng tổn thất điện: sóng làm do dòng điện tổng có dạng phức tạp hơn. Tăng tổn thất điện năng do tỏa nhiệt trong dây dẫn và các thiết bị điện khác.
• Làm nhiễu điện: Sóng hài gây nhiều điện và giảm chất lượng điện năng. Gây nhiễu cho các thiết bị điện tử nhạy cảm. Có gây thêm các tác hại như rung, ồn và ảnh hưởng tới tuổi thọ của thiết bị.

Ảnh hưởng đối với con người

Ảnh hưởng của sóng tới con người

Ảnh hưởng lớn nhất của lại sóng này đối với con người đó là về sức khỏe. Sóng hài gây ra nhiều ảnh hưởng tiêu cực như mệt mỏi, chóng mặt, rối loạn giấc ngủ,… Ảnh hưởng rất nhiều tới sức khỏe tâm thần.

Do những tác hại trực tiếp đến hệ thống thần kinh của con người. Một số nghiên cứu gần đây cho thấy những nơi có mức độ ô nhiễm âm thanh do sóng này thường tăng nguy cơ về bệnh lý như giảm thị lực, stress. Đặc biệt ảnh hưởng nhiều tới người già và trẻ em. Nguy cơ mắc các bệnh lý nguy hiểm như ung thư cũng tăng lên.

Phương pháp lọc sóng hài

Lọc sóng hài dùng để loại bỏ, triệt tiêu sóng này ra khỏi dòng điện. Hiện nay chúng tôi tìm hiểu 2 phương pháp lọc chính là lọc thụ động và lọc tích cực.

Lọc thụ động

Phương pháp này sử dụng các linh kiện điện tử thụ động. Một số linh kiện như tụ điện, cuộn cảm, cuộn kháng kết hợp với nhau nhằm kiểm soát sóng. Bộ lọc thụ động này hoạt động dựa trên nguyên lý công hưởng điện. Bộ lọc này thường được sử dụng cho hệ thống điện có tải lớn hơn 500KVA.

Mạch này được tạo bởi cuộn cảm và tụ điện. Khi dòng điện đi qua bộ lọc. Sóng hài có trong dòng điện sẽ bị triệt tiêu bởi mạch cộng hưởng. Lúc này, sóng hài bị triệu tiêu sẽ chuyển hóa thành năng lượng điện từ. Được lưu trữ tại tụ điện hoặc cuộn cảm tích hợp trong bộ lọc.

Hiệu suất lọc của bộ lọc tự động còn phụ thuộc vào 1 số yếu tố:

• Tỷ số điện kháng của mạch cộng hưởng và điện kháng của dòng điện có sóng hài. Tỷ số này càng lớn thì hiệu suất lọc càng cao.
• Mức độ sóng càng cao thì hiệu suất lọc càng thấp.

Lọc tích cực

Mô phỏng bộ lọc tích cực AHF

Lọc tích cực sử dụng các linh kiện điện tử như đi ốt, chỉnh lưu transistor của các thiết bị có biến tần như máy phát điện biến tần, ups,… Lọc tích cực có thể lọc được nhiều bậc sóng hài với hiệu suất cao hơn lọc thụ động. Và về chi phí cũng tốn kém hơn. Bộ lọc tích cực này được sử dụng cho hệ điện có tải dưới 500KVA.

Lọc tích cực được chia ra 2 loai lọc chính là APF (Active Power Filter) và AHF (Active Harmonic Filter). Cụ thể:

• Lọc APF lọc sóng bằng cách sử dụng bộ điều khiển để điều chỉnh dòng điện qua cuộn cảm.
• Lọc AHF lọc sóng bằng cách dùng bộ điều khiển nhằm điều chỉnh điện áp. Cấu tạo của lọc AHF bao gồm: cầu chỉnh lưu, bộ lọc cầu, bộ điều khiển và khuếch đại. Điện từ lưới điện đi qua cầu chỉnh lưu sẽ được chuyển thành điện 1 chiều. Tiếp tục điện áp này sẽ đi qua bộ lọc cầu. Lúc này sóng hài bậc 2 được lọc ra. Điện áp 1 chiều khi đi qua khuếch đại đã được điều chỉnh tăng lên và điều khiển dòng điện qua cuộn cảm và từ đó loại bỏ sóng hài. Tất cả được thể hiện qua hình bên trên.

Ứng dụng của sóng hài đối với những lĩnh vực cụ thể

Ngoài những ảnh hưởng tiêu cực mà loại sóng này mang lại. Thì sóng hài cũng có bản chất là truyền dẫn năng lượng. Và cũng được ứng dụng rất nhiều đối với đời sống hiện nay. Sau đây là những ứng dụng thực tế của loại sóng này đối với từng lĩnh vực cụ thể:

• Y học: Đối với lĩnh vực y học, sóng hài được kiểm soát và được dùng điều trị với các bệnh liên quan tới hệ thống thần kinh. Các loại bệnh đau đầu do căng thẳng hay mất ngủ,… Hơn nữa sóng hài cũng được áp dụng vào một số loại bệnh đặc biệt khác như trầm cảm, parkinson, alzheimer,…
• Công nghiệp: Sóng hài có thể tạo ra những loại có tần số cấp bậc khác nhau. Có thể được dùng để kiểm tra độ chắc của vật liệu. Khả năng chịu lực hoặc tạ ra những tín hiệu điều khiển tốc độ động cơ, điều khiển nhiệt độ… Sóng này cũng được dùng trong sonar và thủy văn để đo độ sâu của các vật thể dưới nước.
• Khoa học: Loại sóng này cũng được dùng để nghiên cứu với những hiện tượng thiên nhiên. Những vấn đề liên quan tới đất đai, lõi trái đất,…
• Nghệ thuật: được dùng để tạo ra các tác phẩm nghệ thuật về âm nhạc, giọng nói hay âm thanh,…

Trên đây là những thông tin thú vị về sóng hài và các phương pháp lọc sóng hiện đang được sử dụng. Chúng tôi hy vọng bài viết sẽ mang lại những kiến thức bổ ích đến với các bạn. Hãy đọc thêm những bài viết khác trên trang web của chúng tôi nhé!