Có tồn tại đồng hồ đo điện có thể loại bỏ sóng hài không?

Bạn có nhận thấy một hiện tượng kỳ lạ không: chúng ta có thể phát hiện các sóng hài bậc -lẻ như sóng hài bậc 3, bậc 5 và bậc 7 trong lưới điện, nhưng hầu như chúng ta không bao giờ nhìn thấy các sóng hài bậc-chẵn như bậc 2, bậc 4 và bậc 6? Tại sao lại thế này? Có phải các sóng hài bậc chẵn- vốn không thể phát hiện được không?

Để hiểu lý do tại sao-sóng hài bậc chẵn lại hiếm, trước tiên chúng ta phải hiểu "sóng hài" thực sự là gì. Dòng điện xoay chiều mà chúng ta sử dụng lý tưởng nhất là sóng hình sin tiêu chuẩn có tần số cố định 50Hz, được gọi là "sóng cơ bản", giống như "giai điệu chính" trong âm nhạc.

Trên thực tế, nhiều thiết bị điện không "ngoan ngoãn tuân theo mệnh lệnh"-chẳng hạn như đèn LED, bộ sạc điện thoại di động, bộ nguồn máy tính xách tay và máy điều hòa không khí. Chúng là "thiết bị phi tuyến tính" và không hoạt động theo nhịp của sóng cơ bản. Thay vào đó, chúng “can thiệp” vào sóng cơ bản, “bẻ cong” sóng hình sin trơn tru thành những dạng sóng kỳ lạ.

Những dạng sóng bị biến dạng này, khi được chia nhỏ bằng phương pháp toán học "phân rã Fourier", cho thấy rằng chúng thực sự bao gồm một tần số cơ bản (50Hz) và một chuỗi "sóng hài" có tần số là bội số nguyên của tần số cơ bản. Ví dụ: sóng hài bậc 3 là 150Hz (50×3), sóng hài bậc 5 là 250Hz (50×5) và sóng hài bậc chẵn là dạng sóng có tần số chẵn là bội số của tần số cơ bản, chẳng hạn như 100Hz (thứ 2) và 200Hz (thứ 4).

Tại sao chúng ta gần như không bao giờ nhìn thấy-các sóng hài bậc đều? Điều quan trọng nằm ở chỗ hầu hết các thiết bị phi tuyến tính trên thị trường hiện nay đều sử dụng công nghệ cốt lõi được gọi là "-cầu chỉnh lưu toàn bộ"-đây là "hoạt động ẩn" của các thiết bị điện xung quanh chúng ta và là lý do quan trọng khiến-các sóng hài bậc đều rất hiếm.

Chỉnh lưu toàn bộ cầu là gì? Chúng ta có thể hiểu nó bằng một phép tương tự đơn giản: dòng điện xoay chiều trong lưới điện giống như một làn sóng lên xuống, với nửa chu kỳ-dương đi lên và nửa chu kỳ-âm đi xuống và hướng liên tục thay đổi; trong khi chỉnh lưu toàn bộ cầu-giống như một "bộ chuyển đổi dạng sóng", có thể "điều chỉnh" hướng của dòng điện, bất kể dòng điện đang ở nửa chu kỳ- dương hay âm và biến nó thành dòng điện một chiều (hoặc dòng điện một chiều dao động) theo cùng một hướng, giống như làm phẳng các sóng nhấp nhô thành dòng nước một chiều.

Đèn LED, bộ sạc điện thoại di động, bộ nguồn máy tính và thậm chí cả máy điều hòa không khí và máy giặt trong nhà chúng ta hầu hết đều sử dụng-công nghệ chỉnh lưu toàn bộ cầu, do đó, các sóng hài mà chúng tạo ra đều có-thứ tự lẻ và-các sóng hài bậc chẵn đương nhiên rất khó nhìn thấy.

Tất nhiên, các sóng hài bậc chẵn không hoàn toàn không tồn tại nhưng chúng cực kỳ hiếm trong lưới điện hiện đại. Sóng hài bậc chẵn chỉ xuất hiện khi dạng sóng trong lưới điện "không đối xứng" và có hai trường hợp phổ biến:

1. Loại đầu tiên liên quan đến thiết bị sử dụng công nghệ "chỉnh lưu nửa sóng". Không giống như chỉnh lưu toàn bộ cầu, chỉnh lưu nửa sóng chỉ sử dụng nửa chu kỳ dương (hoặc âm) của dòng điện xoay chiều, loại bỏ nửa còn lại của dạng sóng. Điều này dẫn đến dạng sóng không đối xứng, dẫn đến-các sóng hài có thứ tự chẵn sau khi phân tách Fourier. Tuy nhiên, chỉnh lưu nửa sóng cực kỳ kém hiệu quả, gây lãng phí một lượng năng lượng đáng kể. Nó đã bị loại bỏ hoàn toàn bằng cách chỉnh lưu toàn bộ cầu và chỉ được sử dụng trong một số thiết bị rất cũ, gần như lỗi thời (chẳng hạn như bộ sạc từ nhiều thập kỷ trước), khiến cho việc phát hiện trong lưới điện trở nên khó khăn.

Loại thứ hai là lỗi thiết bị. Ví dụ: một điốt chỉnh lưu bị hỏng trong một thiết bị có thể ngăn cản quá trình chuyển đổi bình thường giữa nửa chu kỳ dương và âm, dẫn đến dạng sóng không đối xứng và tạo ra các sóng hài bậc đều. Tuy nhiên, đây là tình trạng lỗi; một khi nó xảy ra, thiết bị thường gặp trục trặc hoặc kích hoạt cơ chế bảo vệ và nó không có tác động-lâu dài đến lưới điện nên khó phát hiện.

Nói một cách đơn giản, các sóng hài bậc đều gần như không thể nhìn thấy được trong lưới điện, chủ yếu là do việc áp dụng rộng rãi "công nghệ chỉnh lưu toàn bộ cầu": nó giữ cho dạng sóng do các thiết bị điện tạo ra đối xứng và các dạng sóng đối xứng không thể bị phân tách thành các sóng hài bậc chẵn, nghĩa là thiết bị thông thường không tạo ra các sóng hài bậc đều; Ngoài ra, bản thân các máy biến áp trong hệ thống điện cũng có khả năng nhất định để triệt tiêu các sóng hài-có thứ tự chẵn.

Nói một cách chính xác thì không có đồng hồ đo điện nào có thể “loại bỏ” được sóng hài. Chức năng của đồng hồ điện là để “đo” chứ không phải để “quản lý”. Trong khi đồng hồ đo điện không loại bỏ được sóng hài, nhưng quả thực có những thiết bị trong hệ thống điện được thiết kế đặc biệt để "loại bỏ" sóng hài; chúng được gọi là bộ lọc.

Nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng việc lắp đặt các bộ lọc thích hợp ở mặt trước của đồng hồ đo điện có thể làm giảm hiệu quả tác động của sóng hài lên độ chính xác của đồng hồ đo.