ARMONICOS

Prof. Luis Campusano

Definición de armónicas

Este concepto proviene del teorema de Fourier Sondistorsiones de las ondas senosoidales de tensión y/ocorriente de los sistemas eléctricos, debido al uso decargas no lineales, y en general al uso de equiposque necesiten realizar conmutaciones en suoperación normal.

Primera armónica, denominada también señalfundamental, del mismo período y frecuencia que lafunción original y el resto serán funciones senoidalescuyas frecuencias son múltiplos de la fundamental.

ARMONICOS

• Cargas no lineales comunes son arrancadores deestado sólido, variadores de frecuencia,computadoras, maquinas de soldar, lámparaselectrónicas, UPS

• Pueden causar sobrecalentamiento de cables,transformadores, generadores, condensadores,parpadeo de luces, disparo de interruptores, falsalectura de medidores, etc.

Análisis de Fourier

• Onda senoidal de voltajeobservado conosciloscopio. Es la ondaideal. No tiene armónicos.

• Es la forma de onda quenos suministra la empresaeléctrica.

• Ejm.: 220VAC. El voltajepico es 311V.

• Ejm.: 60 Hz. El periódo esde 16.6 ms.

DISTORSION ARMONICACuando el voltaje o la corriente de un sistema eléctrico tienen deformaciones con respecto a la forma de onda senoidal, se dice que la señal está distorsionada. La distorsión puede deberse a:

a.- arranque de motores, b.- conmutación de capacitoresc.- efectos de tormentas o fallas por cortocircuito entre otras.

FACTORES Y SUS EFECTOS

CAUSAS CONSECUENCIAS

Motor más grande Mayor contenido de armónicos

de corriente

Mayor carga en el motor Maryor contenido de armónicos

de corriente

Mayor inductancia AC o DC Menor contenido de armónicos

de corriente

Mayor número de pulsos del

rectificador

Menor contenido de armónicos

de corriente

Transformador más grande Menor contenido de armónicos

de voltaje

Menor impedancia del

transformador

Menor contenido de armónicos

de voltaje

Mayor capacidad de

cortocircuito del sistema

Menor contenido de armónicos

de voltaje

COMO REDUCIR ARMONICOS

• Los armónicos se pueden reducir por medio de modificaciones estructurales en el variador de frecuencia o mediante filtros externos

• Estas modificaciones pueden ser el uso de rectificadores de 12 o más pulsos, rectificadores controlados o filtros internos al variador de frecuencia

RECTIFICADORES

RECTIFICADOR DE 6 PULSOS• El circuito rectificador de 6 pulsos es el más comúnmente utilizado

• Consiste en un puente de 6 diodos junto con un condensador y una inductancia que forman un filtro pasa bajos para suavizar la corriente DC

• Simple y costo relativamente bajo pero genera armónicos de 5°, 7° y 11°orden

RECTIFICADOR DE 12 PULSOS• Está formado por dos rectificadores de 6 pulsos en paralelo

• La entrada está formada por un transformador de tres bobinados o dos transformadores de dos bobinados con un desfase de 30°

• Los armónicos generados están en oposición de fases y eliminados entre sí

• En teoría el armónico de menor orden es el 11°

• Requiere de transformadores especiales muy costosos

RECTIFICADOR DE 24 PULSOS

• El rectificador de 24 pulsos está formado por dos transformadores de tres bobinados cada uno desfasados 30°

• Prácticamente se eliminan todos los armónicos de bajo orden

• Para variadores de gran potencia y sistemas de variadores múltiples es la solución más económica con la menor distorsión armónica

ESPECTRO DE ARMONICOS

RECTIFICADORES CONTROLADOS

• Reemplazan el puente de diodos por tiristores

• Como el tiristor necesita un pulso de disparo para pasar del estado de no conducción al de conducción, el desfase se puede retrasar 90° permitiendo el flujo regenerativo a la red

• Tienen un menor factor de potencia que los diodos y generan mayor contenido de armónicos

RECTIFICADORES DE IGBT• Permite la rectificación y la regeneración

• Permite controlar el voltaje DC y el factor de potencia independientemente del consumo de potencia

• Corriente de forma senoidal con bajo contenido de armónicos

• Alto costo

RECTIFICADORES

FILTROS ACTIVOS

FILTROS ACTIVOS• Estos filtros proporcionan compensación de acuerdo

a los armónicos generados en determinado momento

• Generan el mismo nivel de armónicos generados por cargas no lineales en oposición de fase

• Son comparativamente caros frente a otros métodos pero son la mejor alternativa contra armónicos generados por muchos variadores pequeños en paralelo

FILTROS ACTIVOS

Análisis de Fourier• Se observa que la onda cuadrada tiene periodo y además es

no senoidal. Entonces se dice que tiene “armónicos”.

• Su valor pico es:

u

Serie de Fourier

...)5sen5

13sen

3

1(sen

4

tttu

u

DISTORSIÓN ARMÓNICA TOTAL (THD)Es la magnitud que sirve para representar la calidad de un señal . Mide la cantidad de armónicos no deseados presentes en la salida. Es decir si la señal de salida se parece mucho a la de entrada (sinusoidal, cuadrada, etc).

Ejemplo

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