THDi và tầm quan trọng của chỉ số THDi trong UPS

Định nghĩa chỉ số THDi

THDi (Total Harmonic Distortion of Current) là chỉ số đo tổng méo sóng hài của dòng điện, một chỉ số đo lường mức độ biến dạng của dòng điện do các sóng hài gây ra so với dòng điện cơ bản (sóng hình sin lý tưởng). Nó được tính bằng cách so sánh biên độ của các sóng hài bậc cao (thường từ bậc 2 trở lên) với biên độ của sóng cơ bản. Công thức tính THDi thường được sử dụng là:

Trong đó:

là biên độ của thành phần sóng cơ bản
là biên độ của các thành phần sóng hài bậc cao

Tại sao THDi lại tồn tại trong UPS?

THDi xuất hiện trong UPS là do một số quá trình và yếu tố kỹ thuật liên quan đến cách thiết kế và vận hành của thiết bị này:

Quá trình chỉnh lưu và nghịch lưu:
- UPS chuyển đổi dòng điện xoay chiều (AC) thành dòng điện một chiều (DC) để sạc pin. Sau đó, trong trường hợp mất điện, nó sẽ chuyển đổi từ DC sang AC để cấp cho tải.
- Các bước chuyển đổi này không hoàn toàn lý tưởng, và trong quá trình chỉnh lưu cũng như nghịch lưu, các sóng hài sẽ được tạo ra. Các sóng hài này xuất hiện dưới dạng tần số cao hơn, gây ra méo dạng dòng điện.
Chỉnh lưu phi tuyến tính:
- Chỉnh lưu trong các UPS thường là phi tuyến tính. Đặc biệt trong UPS công suất cao, chỉnh lưu thường tạo ra sóng hài do dòng điện không chạy đồng bộ với điện áp, mà thường chạy theo các xung ngắn.
- Điều này làm biến dạng dòng điện đầu vào, gây ra sóng hài bậc cao và tăng THDi.
Thiết bị tải phi tuyến tính:
- Các thiết bị phi tuyến như máy tính, bộ nguồn switching, thiết bị y tế, và động cơ đều có đặc tính tiêu thụ dòng điện không theo dạng hình sin thuần túy. Khi kết nối với UPS, các thiết bị này tạo ra sóng hài và làm tăng THDi của dòng điện mà UPS phải cung cấp.
Chất lượng của mạch inverter và rectifier:
- UPS cao cấp thường sử dụng mạch chỉnh lưu IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) có khả năng kiểm soát sóng hài tốt hơn, từ đó giúp giảm THDi.
- UPS chất lượng thấp thường dùng mạch chỉnh lưu thyristor hoặc diode, vốn tạo ra nhiều sóng hài hơn và không kiểm soát THDi tốt, dẫn đến độ méo cao hơn trong dòng điện.
Tần số chuyển mạch của inverter:
- Tần số chuyển mạch cao trong các UPS thường tạo ra nhiễu cao tần. Nhiễu này làm biến dạng dòng điện đầu ra của UPS và gây ra sóng hài, dẫn đến tăng THDi.

Ảnh hưởng của THDi cao trong UPS

Giảm hiệu suất năng lượng: THDi cao gây tổn thất năng lượng và sinh nhiệt nhiều hơn, làm giảm hiệu suất tổng thể của hệ thống UPS.
Quá nhiệt và ảnh hưởng đến tuổi thọ thiết bị: Các sóng hài làm tăng nhiệt độ trong dây dẫn, máy biến áp, và các thiết bị điện, dẫn đến giảm tuổi thọ.
Giảm chất lượng nguồn điện và độ ổn định của hệ thống: THDi cao ảnh hưởng đến chất lượng nguồn điện cung cấp cho các thiết bị, gây ra các hiện tượng nhấp nháy, nhiễu điện từ, và có thể gây lỗi hoặc mất dữ liệu trên các thiết bị nhạy cảm.
Chi phí bảo trì tăng: Do quá nhiệt và hao mòn nhanh hơn, chi phí bảo trì hệ thống UPS và các thiết bị kết nối cũng tăng lên.

Các mức THDi khuyến nghị trong UPS

Dưới 5%: Đây là mức THDi lý tưởng và thường chỉ đạt được ở các UPS cao cấp với mạch chỉnh lưu chất lượng cao (như IGBT). Mức này phù hợp cho các thiết bị nhạy cảm hoặc các trung tâm dữ liệu đòi hỏi độ ổn định cao.
Từ 5% đến 10%: Phù hợp cho văn phòng và các ứng dụng công nghiệp nhẹ, vẫn đảm bảo hiệu suất tốt cho các thiết bị có độ nhạy vừa phải.
Trên 10%: THDi cao có thể chấp nhận được cho các thiết bị tải không quá nhạy cảm và không yêu cầu chất lượng điện cao, nhưng về lâu dài có thể ảnh hưởng đến tuổi thọ thiết bị.

Cách giảm thiểu THDi trong UPS

Chọn UPS có mạch chỉnh lưu IGBT: UPS sử dụng mạch chỉnh lưu IGBT có khả năng giảm thiểu sóng hài tốt hơn so với các thiết bị sử dụng thyristor hoặc diode.
Sử dụng bộ lọc sóng hài: Các bộ lọc sóng hài có thể được thêm vào hệ thống để làm giảm sóng hài, đặc biệt là khi sử dụng nhiều tải phi tuyến tính.
Lựa chọn loại UPS phù hợp với nhu cầu: UPS online (double-conversion) có khả năng kiểm soát sóng hài tốt hơn các loại offline và line-interactive, do đó thích hợp cho các môi trường yêu cầu THDi thấp.
Giám sát tải phi tuyến: Giảm số lượng thiết bị tải phi tuyến, hoặc sử dụng chúng với các bộ lọc sóng hài để giảm mức độ méo dòng điện tổng thể.

Trên đây là một vài thông tin về THDi, một chỉ số quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất và độ bền của UPS cũng như các thiết bị điện. Nếu bạn đang có nhu cầu trang bị một Bộ lưu điện – UPS cho gia đình và còn đang gặp nhiều băn khoăn về thiết bị này, hãy liên hệ ngay đến hotline 0964.160.888 của Minh Phát Tech để được hỗ trợ kịp thời.

Tham khảo thêm: