THD của UPS là gì? Ảnh hưởng tải tuyến tính, phi tuyến tính đến THD

Tổng méo hài (THD - Total Harmonic Distortion) là một chỉ số quan trọng trong hệ thống điện, đặc biệt là trong các hệ thống sử dụng bộ lưu điện UPS. THD đại diện cho mức độ biến dạng của dạng sóng điện áp hoặc dòng điện so với dạng sóng hình sin lý tưởng. Một hệ thống điện với tổng méo hài thấp sẽ hoạt động hiệu quả hơn, giảm thiểu tổn thất năng lượng và tăng độ bền của các thiết bị điện tử.

Bài viết này sẽ giúp bạn hiểu rõ về tổng méo hài THD của UPS, tầm quan trọng của nó cũng như ảnh hưởng của tải tuyến tính và phi tuyến tính đối với tổng méo hài THD

I. Khái niệm THD trong UPS

1. Khái niệm

THD là tên viết tắt của tổng méo hài, đây là một chỉ số quan trọng trong việc đánh giá chất lượng điện năng. Nói cách khác, tổng méo hài thể hiện mức độ méo dạng của sóng điện áp hoặc dòng điện do sự hiện diện của các thành phần sóng hài.

Sóng hài là các tần số bội của tần số cơ bản của hệ thống điện (thường là 50 Hz hoặc 60 Hz). Trong bộ lưu điện, THD sẽ đo lường mức độ sóng hài trong đầu ra của UPS, từ đó phản ánh chất lượng điện năng mà bộ lưu trữ điện cung cấp cho các tải. 

2.  Công thức tính

THD được tính bằng công thức:

Trong đó:

• V1 là điện áp (hoặc dòng điện) của sóng cơ bản.

• V1, V2, V3, V4 ,… là điện áp (hoặc dòng điện) của các sóng hài bậc 2, bậc 3, bậc 4,...

Tổng méo hài thường được biểu thị dưới dạng phần trăm, cho thấy tỷ lệ của tổng công suất sóng hài so với công suất của sóng cơ bản.

3.  Đánh giá các mức THD trong bộ lưu điện

3.1. THD < 5%

Mức THD dưới 5% được xem là lý tưởng cho hầu hết các ứng dụng, đặc biệt là trong các môi trường yêu cầu độ chính xác cao và ổn định như trung tâm dữ liệu, bệnh viện, và các hệ thống viễn thông. 

Ở mức này, điện áp đầu ra của bộ lưu trữ điện UPS rất gần với dạng sóng hình sin lý tưởng, đảm bảo các thiết bị điện tử nhạy cảm được bảo vệ tối đa. Do đó, việc duy trì mức tổng méo hài dưới 5% giúp giảm thiểu nguy cơ hỏng hóc do nhiễu điện, kéo dài tuổi thọ thiết bị và đảm bảo hoạt động ổn định của hệ thống.

>>> Xem thêm: Khám phá hệ số công suất nào tốt nhất cho bộ lưu trữ điện UPS?

3.2. THD > 7%

Mức THD trên 7% thường chỉ phù hợp với các ứng dụng không yêu cầu khắt khe về chất lượng điện năng. Các thiết bị gia dụng thông thường kết nối UPS hoặc các ứng dụng không nhạy cảm với biến dạng sóng điện áp có thể hoạt động tốt trong điều kiện này. 

Tuy nhiên, đối với các thiết bị điện tử phức tạp và nhạy cảm, chỉ số của tổng méo hài cao có thể dẫn đến nhiều vấn đề về hiệu suất, chẳng hạn như hiệu năng giảm, nhiệt độ hoạt động tăng cao và tuổi thọ thiết bị bị giảm sút. Vì vậy, việc duy trì mức THD thấp là điều cần thiết để đảm bảo hoạt động ổn định và bảo vệ thiết bị điện tử.

3.3. THD < 7%

Mức THD dưới 7% vẫn được đánh giá là tốt và phù hợp cho nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm các hệ thống văn phòng, gia đình và các thiết bị công nghiệp nhẹ. Đây là mức THD thường được chấp nhận cho các sản phẩm bộ lưu điện thuộc phân khúc trung cấp. 

Các thiết bị tiêu thụ điện phi tuyến tính như máy tính và bộ chuyển đổi điện tử vẫn có thể hoạt động hiệu quả trong môi trường này mà không gặp phải các vấn đề nghiêm trọng về hiệu suất hay tuổi thọ.

II. Tầm quan trọng của tổng méo hài đối với bộ lưu điện

1. Ảnh hưởng đến thiết bị

Tổng méo hài cao có thể gây ra nhiều vấn đề cho các thiết bị điện kết nối với UPS bởi chúng nhạy cảm với sự thay đổi của dạng sóng điện áp và dòng điện. Khi THD cao, dạng sóng bị méo mó, dẫn đến việc các thiết bị không hoạt động đúng cách, thậm chí có thể gây ra hỏng hóc. Việc này làm giảm tuổi thọ và hiệu suất của thiết bị.

Ví dụ, trong các thiết bị điện tử như máy tính và máy chủ, tổng méo hài trong bộ lưu điện cao có thể gây ra lỗi dữ liệu, treo máy và hỏng hóc phần cứng. Đối với các thiết bị động cơ, THD cao có thể gây quá nhiệt, rung động và làm giảm tuổi thọ của động cơ. 

2. Nhiễu điện từ

THD cao có thể tạo ra nhiều nhiễu điện từ (EMI), gây cản trở hoạt động của bộ lưu điện cũng như các thiết bị điện tử khác trong cùng hệ thống. Điều này không chỉ ảnh hưởng đến hiệu suất UPS mà còn có thể gây ra các vấn đề về an toàn và tuân thủ các quy định về nhiễu điện từ.

>>> Xem thêm: ​Tự động ổn áp AVR trong UPS là gì? Nguyên lý hoạt động và ứng dụng

3. Hiệu suất của UPS

Tổng méo hài cao làm giảm hiệu suất của bộ lưu trữ điện. Khi dạng sóng điện bị méo, UPS phải làm việc nhiều hơn để điều chỉnh và duy trì điện áp ổn định. Điều này không chỉ làm giảm hiệu suất mà còn tăng mức tiêu thụ năng lượng của UPS, dẫn đến chi phí vận hành cao hơn và tuổi thọ ngắn hơn của thiết bị.

Một bộ lưu điện với THD cao sẽ gặp khó khăn trong việc cung cấp nguồn điện ổn định cho các thiết bị, đặc biệt là các thiết bị điện tử nhạy cảm. Điều này có thể dẫn đến các vấn đề về hiệu suất, làm gián đoạn hoạt động của các thiết bị và hệ thống.

III. Ảnh hưởng của tải tuyến tính và tải phi tuyến đến THD

1. Tải tuyến tính

1.1. Định nghĩa

Tải tuyến tính là loại tải mà dòng điện tiêu thụ tỷ lệ thuận với điện áp đặt vào. Dạng sóng của dòng điện tiêu thụ có dạng sóng sin, giống như dạng sóng điện áp đầu vào. 

1.2. Đặc điểm của tải tuyến tính

• Dòng điện và điện áp cùng pha: Dòng điện và điện áp có dạng sóng sin và cùng pha hoặc có độ lệch pha nhỏ.

• Không gây méo hài: Tải tuyến tính không tạo ra các thành phần hài, do đó không gây méo dạng tín hiệu.

1.3. Ảnh hưởng của tải tuyến tính lên THD

Tải tuyến tính không gây ra các thành phần hài, do đó không làm tăng THD của hệ thống. Khi bộ lưu trữ điện cung cấp điện cho các tải tuyến tính, dạng sóng điện áp và dòng điện đầu ra của UPS vẫn giữ nguyên dạng sóng sin lý tưởng, với giá trị THD gần bằng 0%. Điều này giúp duy trì chất lượng điện năng cao và bảo vệ các thiết bị điện tử khỏi những ảnh hưởng tiêu cực do méo dạng tín hiệu.

2. Tải phi tuyến tính

2.1. Định nghĩa

Tải phi tuyến là loại tải mà dòng điện tiêu thụ không tỷ lệ thuận với điện áp đặt vào. Dòng điện tiêu thụ của tải phi tuyến có dạng sóng bị biến dạng so với dạng sóng điện áp đầu vào, tạo ra các thành phần hài. 

>>> Xem thêm: Phân biệt UPS sóng sin chuẩn và sin mô phỏng. Ưu, nhược mỗi loại

2.2. Đặc điểm của tải phi tuyến

• Dạng sóng bị biến dạng: Dòng điện tiêu thụ của tải phi tuyến có dạng sóng không phải dạng sin, gây ra các thành phần hài.

• Gây méo hài: Tải phi tuyến tạo ra các thành phần hài, làm méo dạng tín hiệu điện áp và dòng điện.

• Hiệu ứng nhiệt: Các thành phần hài tạo ra hiệu ứng nhiệt, làm tăng nhiệt độ của thiết bị và có thể gây giảm tuổi thọ.

2.3. Ảnh hưởng của THD cao do tải phi tuyến tính

THD cao do tải phi tuyến tính có thể dẫn đến nhiều hậu quả tiêu cực trong hệ thống điện:

• Hiệu suất giảm: Các thành phần hài làm giảm hiệu suất của thiết bị điện tử và hệ thống bộ lưu điện.

• Nhiệt độ tăng: THD cao gây ra hiệu ứng nhiệt, làm tăng nhiệt độ của thiết bị và hệ thống UPS, dẫn đến tuổi thọ giảm.

• Nhiễu điện từ (EMI): Các thành phần hài tạo ra nhiễu điện từ, có thể ảnh hưởng đến hoạt động của các thiết bị điện tử nhạy cảm.

• Tăng nguy cơ hỏng hóc: THD cao có thể gây ra hỏng hóc các sản phẩm bộ lưu điện và các thiết bị khác do các thành phần hài tác động lên các mạch điện tử và linh kiện.

>>> Xem thêm: Bật mí cách tính dung lượng ắc quy UPS và các yếu tố ảnh hưởng

IV. Cách giảm thiểu THD trong bộ lưu trữ điện

Để đảm bảo hệ thống bộ lưu điện hoạt động hiệu quả và bảo vệ các thiết bị điện tử, việc giảm thiểu THD là rất quan trọng. Dưới đây là một số biện pháp để giảm thiểu THD trong hệ thống UPS:

• Sử dụng bộ lọc hài: Bộ lọc hài giúp loại bỏ các thành phần hài bậc cao, giảm thiểu THD và cải thiện chất lượng điện năng.

• Chọn bộ lưu điện có THD thấp: Khi lựa chọn bộ lưu điện, bạn nên chọn các dòng sản phẩm có giá trị THD thấp để đảm bảo chất lượng điện năng đầu ra.

• Cải thiện hệ số công suất: Sử dụng các thiết bị cải thiện hệ số công suất bộ lưu điện giúp giảm thiểu sự xuất hiện của các thành phần hài và giảm thiểu THD.

• Bảo trì định kỳ: Bạn cần thực hiện các biện pháp bảo trì định kỳ hệ thống bộ lưu điện UPS và các thiết bị kết nối giúp phát hiện và khắc phục sớm các vấn đề gây ra THD cao.

Tổng méo hài (THD) đóng vai trò quan trọng và không thể thiếu trong việc đánh giá hiệu suất và chất lượng của bộ lưu điện. Việc kiểm soát mức THD là cần thiết để đảm bảo sự an toàn, độ tin cậy và hiệu suất cao của các thiết bị điện tử, cũng như tối ưu hóa hiệu quả năng lượng và chi phí vận hành. Hãy theo dõi thêm các bài viết khác của Điện Máy Bigmart để cập nhật những thông tin bổ ích nhé!

>>> Xem thêm:

• [Góc thắc mắc] Sự khác nhau giữa đơn vị công suất W và VA là gì?
• So sánh sự khác nhau giữa bộ lưu điện (UPS) và máy phát điện