UNIVERSIDAD DE LAS

FUERZAS ARMADAS ESPE-L

SEDE - LATACUNGA

INGENIERA ELECTRNICA

INFORME

Control electrnico de potencia

Nombre:

CADENA ALEX

MALLITASIG MAYRA

NIVEL:

Sptimo A

Tema:

Consulta de los armnicos, como sus efectos y causas que los producen para buscar

soluciones y as poder eliminarlos.

Objetivos

General:

Estudiar los armnicos, como sus efectos y causas que los producen para buscar soluciones y as poder eliminarlos.

Especficos:

Consultar la definicin de armnicos. Investigar las causas que producen los armnicos.

Consultar los efectos que producen los armnicos.

Conocer las soluciones para reducir y eliminar los armnicos.

Marco Terico

En un sistema de potencia ideal, el voltaje que abastece a los equipos de los clientes, y la

corriente de carga resultante son perfectas sinusoides. En la prctica, sin embargo, las

condiciones nunca son ideales, tan as que estas formas de onda se encuentran

frecuentemente muy deformadas. Esta diferencia con la perfecta sinusoide se expresa

comnmente desde el punto de vista de la distorsin armnica de las formas de onda del

voltaje y de la corriente. La distorsin de la sinusoide fundamental, generalmente ocurre

en mltiplos de la frecuencia fundamental. As sobre un sistema de potencia de 60 Hz, la

onda armnica tiene una frecuencia expresada por:

donde n es un entero. La figura 1 ilustra la onda senoidal a la frecuencia fundamental (60 Hz) y su 2do, 3ro, 4to, y 5to armnicos.

Figura 1: La Onda Senoidal a la Frecuencia Fundamental (60 Hz) y Armnicos

La Figura 2 muestra como una onda deformada puede ser descompuesta en sus

componentes armnicas. La onda deformada se compone de la fundamental combinada

con las componentes armnicas de 3er y 5to orden.

Figura 2. La Onda Deformada Compuesta por la Superposicin de una Fundamental a 60 Hz y

Menores Armnicos de Tercer y Quinto Orden.

El factor de distorsin puede usarse para caracterizar tanto la distorsin en las ondas de

voltaje como de corriente. Los factores totales de distorsin armnica pueden

especificarse para una gama de armnicos tal como el segundo a travs del undcimo

armnico. El factor de distorsin tambin puede ser obtenido para armnicos sencillos o

de pequea magnitud. La distorsin armnica total (THD) es el factor de distorsin que

incluye a todos los armnicos relevantes (tpicamente tomado como el segundo a travs

del quincuagsimo armnico).

La Importancia de Entender a los Armnicos, en los sistemas actuales.

Como se mencion recientemente, los problemas por distorsin armnica no son nuevos

ni para las compaas de distribucin elctrica ni para los sistemas industriales. De hecho,

la distorsin fue observada por los operadores de las compaas de distribucin a

principios de la primera dcada de este siglo. Tpicamente, la distorsin era ocasionada

por cargas no lineales conectadas a la red de distribucin.

Sin embargo, hoy da son necesarios ciertos mtodos para reducir los armnicos, debido

a tres razones principales:

1. La proliferacin en el uso de los convertidores estticos de potencia.

2. Las resonancias de red han aumentado.

3. Las cargas del sistema de potencia son cada vez ms sensibles al armnico.

La introduccin de convertidores de potencia confiable y eficiente ha ocasionado un

aumento elevado en el nmero de dispositivos generadores de armnicas lo que ha

resultado en su dispersin sobre todo el sistema de potencia. El trmino " convertidor

esttico de potencia ", como se usa en este texto, se refiere al dispositivo semiconductor

que convierte potencia de una frecuencia en potencia de otra frecuencia. Los tipos de

convertidores ms comunes en la industria son el rectificador, convertidor de potencia ac

en dc, y el inversor que convierte de potencia dc a ac.

Adems, el problema de los armnicos es agravado frecuentemente por la tendencia

actual de instalar condensadores para mejorar el factor de potencia o regular el voltaje.

Adems del aumento en los generadores de armnicas y la resonancia de la red, las

cargas y los sistemas elctricos no se han quedado atrs, y en algunos casos son an

ms sensibles a los armnicos. Hay un nmero de nuevas reas de inters continuo:

1. Computadoras, la computadora controla herramientas, mquinas, y los diversos tipos

de controladores digitales los cuales son especialmente susceptibles al armnico, as

como tambin a otros tipos de interferencia.

2. El armnicos puede ocasionar daos calentando el dialctico en cables subterrneos.

3. La medicin de reactivos puede ser adversamente afectada por los armnicos.

4. Las fallas en bancos de capacitores son frecuentemente ocasionadas por los

armnicos.

5. Diseos menos conservadores para mquinas de rotacin y transformadores, agravan

los problemas de calentamiento ocasionados por los armnicos.

6. Los armnicos puede ser especialmente problemticos para los sistemas de

comunicacin.

Los actuales problemas de armnicos pueden tener ms consecuencias serias y

generalizadas que en el pasado. Los diseadores y los proyectistas de sistemas deberan

ser capaces de reconocer y evitar o mitigar tales problemas.

Los efectos de los Armnicos

Los efectos de los armnicos se dividen en tres categoras generales:

1. Efectos sobre el sistema de potencia mismo

2. Efectos sobre la carga del consumidor

3. Efectos sobre circuitos de comunicacin

En el sistema de potencia, las corrientes armnicas son el problema principal,

ocasionando recalentamiento y prdida de vida til. Esto refirindonos a motores o

transformadores. El impacto es peor cuando la resonancia de la red amplifica las

corrientes armnicas. Los armnicos pueden tambin interferir en la operacin de relees y

mediciones.

Los armnicos pueden ocasionar tambin errores de disparo a los tiristores en equipos

convertidores y en instalaciones SVC, inexactitudes en las mediciones, y falsos disparos

en los dispositivos de proteccin. El desempeo de los equipos de los consumidores,

tales como controladores de velocidad de motores y fuentes de alimentacin de

computadoras, puede ser adversamente afectado por los armnicos. Adems, las

corrientes armnicas que fluyen sobre las lneas de potencia pueden inducir ruido sobre

lneas cercanas de comunicacin.

La distorsin armnica de voltaje puede ocasionar esfuerzos en el aislamiento de equipos,

particularmente en condensadores. Cuando los armnicos deforman el voltaje en el banco

de condensadores, el voltaje pico puede ser lo suficientemente alto como para ocasionar

una descarga parcial, o efecto corona, dentro del dielctrico del condensador. Esto puede

producir eventualmente un cortocircuito entre bornes y carcasa y hacer fallar al

condensador.

Las corrientes armnicas altas tambin ocasionan el disparo de fusibles en bancos de

condensadores. Esto ocasiona la prdida de una fuente de alimentacin reactiva al

sistema, lo que puede ocasionar otros problemas.

Equipos Que Producen Armnicos

Convertidores Electrnicos de Potencia:

Equipos de Computacin, Control de Luminarias, UPS, Variadores Estticos de Velocidad, PLCs, Control de Motores, Televisores, Microondas, Fax, Fotocopiadoras, Impresoras, etc.

Equipos con Arqueo de Electricidad:

Hornos de Fundicin, Balastros Electrnicos, Equipos de Soldadura Elctrica,

Sistemas de Traccin Elctrica.

Equipos Ferromagnticos:

Transformadores Operando Cerca del Nivel de Saturacin, Balastos Magntico.

Soluciones para armnicos

El principio de los filtros pasivos se ilustra en la siguiente figura:

Los componentes principales del filtro pasivo son las inductancias y condensadores, conectados en una configuracin de circuito resonante, sintonizados en el orden de las

frecuencias armnicas a ser eliminadas. Estos dispositivos se conectan en paralelo con el generador de armnicos. Este circuito paralelo absorber las corrientes armnicas, evitando su circulacin en el circuito de alimentacin. Un equipo puede incluir varios dispositivos para eliminar los armnicos segn el orden correspondiente.

Las funcionalidades son satisfactorias en la mayora de los casos, pero esta tecnologa permite solo una reduccin parcial de las corrientes armnicas. Adems, la accin se limita solo a unos pocos rdenes (tpicamente: 5, 7, y 11).

Adicionalmente, la corriente nominal del filtro es muy dependiente de la distorsin existente, dado que el filtro presenta una baja impedancia en su frecuencia de resonancia.

As, la implementacin de filtros pasivos requiere un anlisis detallado de las caractersticas de la instalacin, lo cual es una limitacin en el uso de esta tecnologa.

Las aplicaciones tpicas para los filtros pasivos son las instalaciones de potencia media o de potencia alta (> pocos cientos de kVA) lo que incluye variadores de velocidad, hornos de induccin, hornos de arco y rectificadores, y tambin aquellas que requieren correccin del factor de potencia.

El principio de los compensadores activos se ilustra en la siguiente figura:

El compensador activo es un equipo de electrnica de potencia, con control digital. Los sensores de corriente se usan para la medicin de la corriente de carga de la lnea. El circuito de control digital calcula el contenido de la corriente armnica Ihar de estas corrientes de carga y genera las seales del orden adecuado en la unidad de potencia. La unidad de potencia genera la corriente Iact en oposicin a las corrientes armnicas de la carga.

La corriente resultante Is tiene un contenido de corrientes armnicas muy reducida. Esta reduccin puede estar en el orden de 10 a 20 dependiendo del tipo de carga, as como tambin si la corriente nominal del compensador es suficiente.

La compensacin armnica cubre el rango desde el orden 2 al orden 25, o desde el orden 2 al orden 50 segn el compensador usado, con posibilidades de compensar parcial o totalmente.

El equipo se adapta automticamente a cualquier tipo de carga, monofsica o trifsica y puede ser conectado a cualquier red trifsica con o sin neutro.

Una de las ventajas de esta tecnologa es que es menos crtica en su interaccin con las caractersticas de la instalacin, y se adaptan mucho mejor a las fluctuaciones de los par-metros.

Las aplicaciones tpicas de los compensadores activos estn en instalaciones de potencia baja y potencia media (desde pocas decenas de kVA a pocos cientos de kVA), incluyendo equipos de computacin, UPS, variadores de velocidad e iluminacin fluorescente, entre otras.

Filtros Hbridos

Para extender el rango de aplicacin de los compensadores activos, y mejorar las funcionalidades de los filtros pasivos, las nuevas tcnicas permiten combinar ambas tecnologas dentro del mismo equipo.

El principio del Filtro Hbrido se ilustra en la siguiente figura:

El filtro pasivo se sintoniza en la frecuencia armnica predominante, y entrega la energa reactiva requerida. El compensador activo se dedica al resto de los armnicos.

Esta solucin permite un alto nivel de funcionalidad, dado al gran nmero del orden armnico cubierto. El uso del filtro pasivo dedicado a la frecuencia del orden predominante permite cubrir un rango ms amplio de potencia. El compensador activo es ajustado slo para una fraccin (tpicamente: entre 1/3 y ) de la corriente armnica total.

Las aplicaciones tpicas de los filtros hbridos son las mismas aplicaciones de los filtros pasivos, es decir, para instalaciones de potencia media y potencia alta (> pocos cientos de kVA), aplicaciones que demandan correccin del factor de potencia, adems de la funcionalidad de eliminar el resto armnicos de orden diferente.

Con la reduccin de la seccin activa y la alimentacin natural de la energa reactiva, la tecnologa hbrida ofrece una solucin ptima y econmica para la mayora de las instalaciones de alta potencia. El filtro hbrido combina las ventajas de ambas tecnologas bsicas: el filtro pasivo es una solucin de bajo costo y el compensador activo es una solucin de alta funcionalidad.

Conclusiones:

En un sistema elctrico la influencia de los armnicos es un problema de gran atencin debido a que el efecto y los daos que estos causan son sumamente influyente en la vida til de los equipos conectados al sistema.

Los armnicos son distorsiones de las ondas senoidales de tensin y de corriente

de los sistemas elctricos, debido al uso de cargas con impedancia no lineal, a

materiales ferromagnticos, y al uso de equipos que necesiten realizar

conmutaciones.

Es necesario ciertos mtodos para reducir los armnicos, debido a la

proliferacin en el uso de los convertidores estticos de potencia y tambin a que

las resonancias de red han aumentado.

Los armnicos pueden ocasionar errores de disparo a los tiristores en equipos

convertidores y falsos disparos en los dispositivos de proteccin.

Para la eliminacin de armnicos se utilizan filtros activos, filtros pasivos y la

combinacin de ambos llamado el filtro hibrido.

El filtro hbrido es una solucin que tiene las ventajas de los filtros activos y

pasivos, esta filtro permite obtener altas funcionalidades de filtrado sobre un

amplio rango de potencia.

Recomendaciones:

Se recomienda un previo estudio de los efectos de los armnicos para eliminarlos

con mtodos de filtrado.

Utilizar una buena puesta tierra para dismunuir armnicos.

Bibliografa:

http://www.emb.cl/electroindustria/articulo.mvc?xid=121

http://www.todomonografias.com/electronica-y-electricidad/armonicos/

http://jaimevp.tripod.com/Electricidad/armonico519_pag3.htm