26 febrero 2013

Guía de armónicos con variadores de frecuencia




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:

En un caso teórico donde la corriente de salida puede estimarse como una corriente continua limpia, las frecuencias de corriente de armónicos del rectificador trifásico de 6 pulsos es n veces la frecuencia fundamental (50 o 60 Hz). La información dada abajo es válida en el caso en el que la inductancia de línea es comparada significativamente con la inductancia del reactor de corriente continua. La corriente de línea es entonces rectangular con bloques de 120 º. Los números de orden n son calculados con la fórmula indicada a continuación:


Los valores rms de los componentes armónicos son:

Y los componentes de armónicos se muestran en la siguiente figura:




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

El software hace la selección del motor para la carga definida. Si se requiere hay una opción para seleccionar un motor diferente al seleccionado por DriveSize

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
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