Cómo acabar con la distorsión de armónicos

El concepto

Los armónicos son por definición una distorsión del estado estacionario en la frecuencia fundamental (50/60 Hz)  de la red eléctrica en corriente alterna. La distorsión de armónicos de corrientes ocurre cuando un voltaje sinusoidal se aplica a una carga no lineal (ej. balasto electrónico, PLC, variador de velocidad ajustable, hornos de arco, y convertidor ac/dc). El resultado es una distorsión de la forma de onda fundamental. Esta distorsión ocurre en múltiplos enteros de la frecuencia fundamental (50/60 Hz). De aquí, el segundo armónico tiene una frecuencia de 2 x 60 = 120 Hz, el tercer armónico = 180 Hz y así sucesivamente. La distorsión de armónicos, por otra parte, se genera indirectamente como resultado de corrientes armónicas fluyendo a través del sistema de distribución.

Es importante indicar que la vasta mayoría de las corrientes armónicas encontradas en un sistema de distribución son armónicos de orden superior (3º, 5º, 7º, etc.). También; más a menudo que no, las fuentes de corrientes armónicas en un sistema de distribución son las cargas en operación dentro las instalaciones. Es interesante indicar que son las más sensibles a la distorsión en la corriente y/o voltaje.

La distorsión de armónicos es un problema creciente en todo el mundo, y sus efectos son una preocupación para las generadoras, distribuidoras de energía y los usuarios que consumen la energía.

Se está produciendo un rápido incremento de dispositivos eléctricos y electrónicos, tales como suministros de energía ininterrumpidos, computadores, equipos de telecomunicaciones e iluminación fluorescente, que producen armónicos que contaminan la red de potencia. Los variadores de velocidad variable también producen armónicos, lo cual es un problema particularmente importante en aplicaciones con alto consumo de potencia, por ejemplo las estaciones de bombeo.

Los fabricantes de variadores han intentado reducir los niveles de distorsión de armónicos generados por variadores de velocidad variable. El método convencional es equipar el variador con componentes extra – reactores, filtros activos o rectificadores multi-pulso – para conseguir disminuir la distorsión de armónicos en el variador.

Cada uno de estos componentes tiene éxito en reducir los armónicos en mayor o menor grado.

Los reactores son ahora una característica estándar en la mayoría de los variadores y reducen THD de corriente a 30 – 40 %, pero ahora no es factible para niveles por debajo del 30 %.

Las soluciones multi – pulso requieren un transformador de cambio de fase adicional y uno o más rectificadores, lo cual añade más complejidad, cableado y coste a la solución. El transformador requerido puede ser difícil de manejar, ya que no se trata solamente de unidades de distribución, ya que no son solamente unidades de distribución.

Los filtros armónicos pasivos típicamente reducen los armónicos a entre un 6 – 8 % y requieren un componente extra (el filtro) que es externo al variador. Esto puede crear dificultades en compatibilidad y calidad del componente entre el variador y el filtro y otros componentes de la red.

Variadores bajos en armónicos

ABB ha desarrollado un rango de variadores bajos en armónicos que ayudan a resolver los problemas creados por las tecnologías de variadores existentes para reducir la distorsión de armónicos.

La compañía dice que el variador reduce la distorsión de armónicos hasta niveles no previamente alcanzados sin necesidad de componentes externos adicionales. También ofrecen ahorro energético adicional típico del 50 % o más alto para aplicaciones tales como las de bombeo.

El variador bajo en armónicos es en sí mismo una variante del variador industrial de la compañía, que se ha fabricado por millones de unidades e instalado en todo el mundo. El variador no requiere filtros externos, transformadores multi-pulso u otros equipos adicionales para la reducción de armónicos, que reduce el número de componentes, complejidad, cableado y mantenimiento.

El variador utiliza un rectificador activo controlado para eliminar armónicos de bajo orden, y un filtro de línea LCL (inductor, condensador, inductor) para reducir armónicos de alta frecuencia. Así se recorta la distorsión de corriente de armónicos a entre 3 – 5 % de la capacidad de corriente del inversor nominal a plena carga.

Bibliografía:

• Ending harmonic distortion. World pumps september 2009
• Heshey Energy Systems

Palabras clave: Total harmonic distortion (THD)