Armónicas en los Sistemas Eléctricos
- Origen del Problema: Fuentes Armónicas
- Introducción
- La proliferación de los dispositivos de electrónica
de potencia ha influido notablemente en el aumento del
nivel de armónicas en las redes
eléctricas. Este aumento de la contaminación
eléctrica o distorsión de las formas de onda de tensión
y corriente debido a las armónicas de frecuencias
distintas a la fundamental, se debe al desarrollo y
perfeccionamiento de los semiconductores de potencia
que ha motivado la utilización de aparatos como
conversores estáticos, dada su eficiencia y fiabilidad
en el control de la energía eléctrica. Así como
también hornos de arcos, debido a sus características
especiales para fundir metales y otros dispositivos
de electrónica de potencia que tienen un comportamiento
no lineal.
- Los niveles de perturbación armónica de estas
fuentes se pueden clasificar en dos categorías, la
primera en un rango de frecuencias armónicas menores
que la fundamental (50 [Hz]) y que sólo será nombrada,
la segunda corresponde a las frecuencias mayores que
50 [Hz]).
- I.-Señales de frecuencias menores a 50 [Hz]
- Si algún equipo produce este tipo de señal, llamadas también
subarmónicas, éstas podrían ocasionar parpadeos luminosos perceptibles que
son molestos para el ojo humano (por ej. Flicker, rango 0.1 a 25 [Hz]).
- II.-Señales de frecuencias mayores a 50 [Hz] (Armónicas)
- El origen de las señales perturbadoras en los sistemas de distribución
industrial -que producen un aumento en la distorsión de voltaje y corriente
del sistema- se debe a los siguientes factores:
- El aumento en la utilización de equipos de electrónica de potencia,
los cuales tienen características de voltaje y corriente no sinusoidales,
comportándose como verdaderas fuentes que inyectan corrientes armónicas al
sistema. Entre estos aparatos se encuentran los rectificadores, inversores,
convertidores de frecuencias, compensadores estáticos de reactivos y
cicloconversores.
- El incremento en la aplicación de los bancos de condensadores, ya sea
para corregir factor de potencia o regulación de voltaje, los cuales pueden
estar ubicados próximos a fuentes generadoras de armónicas propiciando la
condición de resonancia, la cual puede magnificar el nivel de armónicas
existente.
- Conversores Estáticos de Potencia
- Se entenderá como conversores estáticos de potencia a los aparatos
basados en dispositivos electrónicos de estado sólido (diodos y tiristores)
que pueden ser equipos rectificadores, convertidores de frecuencia,
inversores, cicloconversores y compensadores estáticos de potencia reactiva.
- Los conversores de potencia están presentes en la industria en muchas
formas y aplicaciones. En potencias elevadas estos conversores exhiben
elevados índices de disponibilidad, confiabilidad y rendimiento a costos
razonables. Su campo de aplicación cubre desde rectificación de altas
corrientes (electrorefinación), hasta accionamiento de grandes máquinas en
continua o alterna (cicloconversores).
- Todos estos equipos tienen una característica común que es requerir o
absorber corriente del sistema que es no sinusoidal. Por lo tanto, todos
ellos son gobernados por las mismas leyes básicas que permiten un análisis
de su comportamiento. Durante el funcionamiento normal de estos equipos, aparecen armónicas de tensión y/o corrientes en las redes. Para el caso de los rectificadores por ejemplo,
se generan armónicos tanto en el lado de continua como en el alterno, donde
las del lado continuo son del orden:
- h=k*p
- y las del lado alterno son del orden:
- h=k*p±1
- siendo
h : orden de armónico
p : número de pulsos del rectificador
k : un entero positivo 1, 2, 3 ....
- Luego, se tienen que por cada armónico en el lado continuo existen dos
en el lado alterno, siendo los del lado alterno los más perjudiciales para
el sistema.
- Para un análisis más detallado ver:
Rectificador de 6 pulsos
Rectificador de 12 pulsos
Convertidores de Frecuencia
Contaminantes de potencia pequeña
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