Las corrientes y voltajes de
armónicos se crean por cargas no lineales conectados al sistema de distribución
de potencia. La distorsión de armónicos es una forma de contaminación en la
planta eléctrica que puede causar problemas si la suma de corrientes de
armónicos se incrementan por encima de ciertos límites.
Todos los convertidores electrónicos de potencia usados en diferentes tipos de sistemas electrónicos pueden incrementar las perturbaciones de armónicos inyectando corrientes de armónicos directamente a la red. La figura anterior muestra cómo los armónicos de corriente (ih) en las corrientes de entrada (is) de un convertidor electrónico de potencia afectan el voltaje de alimentación (ut).
La corriente de línea de un rectificador de 6 pulsos, trifásicos puede ser calculada de la corriente de salida directa usando la siguiente fórmula:
La corriente fundamental es entonces:
Los valores rms de los componentes armónicos son:
El principio de cómo los
componentes de armónicos se añaden a la corriente fundamental se muestran en la
siguiente figura, donde sólo se muestra el 5º armónico.
Fuentes y efectos de la distorsión de armónicos
Las cargas no lineales comunes incluyen arrancadores, variadores de velocidad variable, computadoras y otros dispositivos electrónicos, iluminación electrónica, alimentación de soldadura y alimentación de energía ininterrumpida.
Los efectos de los armónicos pueden
ser sobrecalentamiento de transformadores, cables, motores, generadores y
condensadores conectados a la misma fuente de potencia con los dispositivos
generando los armónicos. Los displays electrónicos y las luces pueden
parpadear, los interruptores de circuitos pueden dispararse, los computadores
pueden fallar y los medidores pueden dar falsas lecturas.
Si las causas anteriormente
mencionadas no son conocidas, entonces deben investigarse los motivos de
distorsión de la distribución de electricidad de la planta. Los efectos es
probable se muestren en la planta del cliente antes de que se observen en las
instalaciones de la distribuidora. En este artículo explicamos formas para
ayudar al cliente a comprender los posibles problemas armónicos y estar seguros
que los niveles de distorsión de armónicos no son excesivos.
Cálculo de la distorsión de armónicos usando software DriveSize
Las corrientes de armónicos causan una distorsión del voltaje de línea. En principio los armónicos de voltaje pueden calcularse en cualquier punto de la red si las corrientes de armónicos y la impedancia de la fuente correspondiente son conocidas. Los diagramas de circuito en la siguiente figura muestran la red suministrando al convertidor y las otras partes de la instalación.
Veamos un ejemplo de cálculo
utilizando el software ABB DriveSize.
En la figura se muestra una red suministrando a un convertidor de frecuencia en el medio y su diagrama equivalente a la derecha.
Los datos de carga del motor más importantes para el cálculo de armónicos son la potencia base en kW
Los datos de la unidad de alimentación se definen por DriveSize de acuerdo con
el tipo de inversor seleccionado
La entrada de datos del transformador y red vienen dados aquí
Los armónicos se calculan haciendo una transformación de Fourier discreta a la corriente de fase simulada de la unidad de entrada.
Bibliografía
- Guide to Harmonics with AC Drives. Technical Guide Nº 6. ABB
- Guide to Harmonics with AC Drives. Technical Guide Nº 6. ABB
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