informe de armónicos

8/18/2019 Informe de armónicos

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE

INGENIERÍA

FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

INFORME DE LABORATORIO N° 6

C RSO: LABORATORIO DE CIRC ITOS ELÉCTRICOS II

Sección: A

Aut!e": Ai#ui$% &!'e (e)! Mi*%i+

Ben%,i)e" R*%" Die' An-.%+

C%"ti++ F%!/0n M%nue+ 1u2.e!t

Ve+0"#ue3 (0!!%'% Die' A4!tn

FEC1A DE REALI5ACIN DEL E7(ERIMENTO : 06 noviembre de 2015

FEC1A DE ENTREGA DEL INFORME : 13 noviembre de 2015

MEDICIÓN Y MITIGACIÓN DEARMÓNICOS DE VOLTAJE YCORRIENTE EN CIRCUITOSCON CARGAS NO LINEALES


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UNI - FIM

INDICE

INDICE88888888888888888888888888889999999999999999

INTRODUCCIN99888888888888888888888888888;

9 OB&ETIVOS8888888888888888888888888899999999999<

;9 FUNDAMENTO TERICO888888888888888888888999999<

9 CÁLCULOS ? RESULTADOS8888888888888888888999999999>

69 CUESTIONARIO8888888888888888888888888889

@9 CONCLUSIONES8888888888888888888888888999999

9 RECOMENDACIONES888888888888888888888888

9 BIBLIOGRAFÍA8888888888888888888888888889

INTRODUCCIN


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UNI - FIM

En el presente informe de laboratorio se realizó la experiencia de “Medición y mitigación de

armónicos de voltaje y corriente en circuitos con cargas no lineales”. La experiencia tuvo como

finalidad utilizar el analizador de calidad Flue para comprobar la existencia de armónicos de

voltaje y corriente.

!e analizaron magnitudes tales como "asa de distorsión armónica #"$%&' Factor de cresta'

Factor de desclasificación #(&' etc.

)ara la realización de la experiencia utilizamos como carga* módulos de l+mparas a,orradoras'

l+mparas led' un transformador' etc.

-l final del informe se presentan los c+lculos y conclusiones obtenidas luego de la experiencia.

.

Me)ición 4 2iti'%ción )e

%!2ónic" )e ,+t%*e 4c!!iente

;


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UNI - FIM

9 OB&ETIVOS

. /tilizar el analizador de calidad Flue en un circuito con cargas no lineales para comprobar

la existencia de armónicos de voltaje y corriente.0. 1ealizar mediciones y verificar el error con los instrumentos de medida de valor eficaz

#1M!&' analizador de calidad e instrumentos #"1M!& en una red 2ue contienen armónicos.3. /sar filtros pasivos para disminuir los armónicos en la red.

;9 FUNDAMENTO TERICO

¿Qué son los armón!os " !ómo nos a#$!%an&

4on la instalación masiva de e2uipos a base de electrónica de potencia #ordenadores'

variadores de velocidad' onduladores5&' la mayor6a de los usuarios se enfrenta a la presencia

de armónicos en las redes de distribución el7ctrica.

"oda red el7ctrica est+ comprendida por una determinada cantidad de cargas. 4uando la

corriente 2ue atraviesa una carga tiene la misma forma 2ue la tensión' esta cargase denomina

lineal8 por contra' cuando la forma de la corriente no se corresponde con la forma de la tensión'

la carga se denomina no lineal #v7anse las figuras y 0&

Lo

2ue provoca la deformidad de la se9al' es la presencia de armónicos.


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UNI - FIM

¿Qué son los armón!os&

Las corrientes armónicas son los componentes similares de una corriente el7ctrica periódica

descompuesta en la serie de Fourier. Los armónicos tienen una frecuencia 2ue es m:ltiplo #0' 3'

;'


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UNI - FIM

Es'$!%ro ($ #r$!u$n!as armón!as

/n elemento esencial del estudio es el espectro de frecuencias armónicas de la se9al8 se trata

de la representación gr+fica 2ue enumera los armónicos presentes' la se9al en frecuencia y enamplitud. -2u6 puede ver #figura 3& el espectro de algunas cargas ,abituales.

%ebe tenerse en cuenta 2ue

adem+s de los armónicos

indicados anteriormente'

en las redes tambi7n se encuentran otros dos tipos de componentes superpuestos ala onda

fundamental. Los interDarmónicos 2ue se caracterizan por una frecuencia 2ue no es m:ltiplo

dela fundamental #por ejemplo* @< $z no es m:ltiplo de


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UNI - FIM

M$(!ón ($ los armón!os 'r$s$n%$s $n una r$(

La resultante de los armónicos normalmente se explica por la distorsión armónica total #"$%*

"otal $armonics %istortion&. El c+lculo de "$% permite calificar globalmente el nivel decontaminación de una red en tensión o en corriente #consulte la tabla inferior&.

Cormalmente se utilizan los m7todos de

c+lculo. La 4E >===D0D0 define el "$%F como la relación #indicada en porcentajes& entre el

valor eficaz de las componentes armónicas y la amplitud de la fundamental*

6


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UNI - FIM

En cuanto al T!" de#inido $e%&n la norma !IN' re(re$enta la di$tor$i)n arm)nica en relaci)n al valor

e#ica* real+

!ebe tener$e en cuenta ,ue' $i bien lo$ valore$ obtenido$ mediante lo$ do$ mtodo$ $on e,uivalente$ en

ca$o$ de di$tor$ione$ reducida$' di#ieren muco cuando lo$ valore$ $on im(ortante$.

In/+uenci% )e +" %!2ónic" ".!e +" $%!02et!" 2e)i)" en +% !e)

% In/+uenci% ".!e e+ /%ct! )e $tenci%

/aracter$tico del rece(tor elctrico' el #actor de (otencia e$ i%ual a la (otencia activa con$umida (or el

e,ui(o elctrico dividida (or el (roducto de lo$ valore$ e#icace$ de la corriente de la ten$i)n (otencia

a(arente. 4iem(re e$t com(rendido entre el 1 el 0.

F( 784

4i la corriente la ten$i)n $on #uncione$ %enerale$ del tiem(o' el #actor de (otencia e$ i%ual al co$eno del

de$#a$e entre la corriente la ten$i)n co$ .ϕ

En (re$encia de corriente$ arm)nica$ im(ortante$' e$to a no $e cum(le' debido a la (re$encia de una

(otencia di$tor$ionante. 9a (otencia activa $e obtiene de+

@


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UNI - FIM

!onde I1 e$ el valor e#ica* de la corriente #undamental co$ 1 e$ el #actor de de$(la*amiento !7F'ϕ

!i$(lacement 7o:er Factor ,ue re(re$enta el de$#a$e entre #undamental de la ten$i)n #undamental de lacorriente va$e #i%ura 5.

7or una (arte' la (otencia

a(arente $e obtiene de+

!onde ; e$ la (otencia reactiva ; U. I1. $en 1 ! e$ la (otencia de#ormante !2 U12.I2 donde I e$ϕ

el valor e#ica* del con


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UNI - FIM

A ttulo de e


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UNI - FIM

7or norma %eneral' el #actor arm)nico de ten$i)n ?F debe $er in#erior al 2@. E$te #actor $e calcula con

la #)rmula $i%uiente+

En .%te!-%" )e cn)en"%)!e": 9a in$talaci)n de batera$ de conden$adore$ en una in$talaci)n elctrica

(uede im(licar una re$onancia (aralela ,ue am(li#i,ue la$ corriente$ arm)nica$ (re$ente$ en la

in$talaci)n. E$te rie$%o de(ende (rinci(almente de la (otencia de cortocircuito de la in$talaci)n del valor

ca(acitivo del $i$tema de com(en$aci)n. En tal ca$o' (ueden circular corriente$ arm)nica$ inten$a$ en lo$

conden$adore$ (rovocar el enve


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UNI - FIM

Focos

)inza amperim7trica sin medición de valor real

pinza amperim7trica Flue "1M! #"rue 1M!DGalor

real&

Mult6metro Flue "1M!


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UNI - FIM

llave termo magn7tica monof+sica

=9 (ROCEDIMIENTO

;


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UNI - FIM

CASO I) M$(!ón($

armón!os* 'o%$n!a* !orr$n%$

. mplementar el circuito colocando una carga de 3 l+mparas led en paralelo.

0. /sando en analizador de calidad Flue ingresar en la opción armónicos' tomar datos del

"$% de voltaje #G& y corriente #&' ' ' ' ' 5 ,asta el

armónico 0A aproximadamente' igualmente tomar valores de ' '

5 ,asta el armónico 2ue sea visible.

3. ngresar en la opción potencia del analizador y tomar datos de la potencia activa #)&'

reactiva #H& y aparente #!&' adem+s el valor de )F #factor de potencia& y %)F #cosφ&.

;. ngresar en la opción voltiosIamperiosI$z y tomar datos de los valores 4F #factor de cresta&

de la onda de corriente.


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UNI - FIM

>. 1ealizar la medición de la corriente en la l6nea con la pinza amperim7trica #"1M!& y la pinza

#1M!&' luego medir el voltaje en la l6nea con el mult6metro #"1M!&.

@. mplementar el circuito colocando una carga de 3 l+mparas fluorescentes en paralelo y

repetir las mediciones anteriores #pasos* 0' 3' ;' &.

A. mplementar el circuito colocando una carga de > l+mparas a,orradoras en paralelo y

repetir las mediciones anteriores #pasos* 0' 3' ;' >&.

=. mplementar el circuito colocando una carga de A l+mparas a,orradoras en paralelo y

repetir las mediciones anteriores #pasos* 0' 3' ;'


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UNI - FIM

0.19 0.2 231.9 0 .17 231

.2 24.5 2.3

0.0

1 0.04

0.0

4

1.

4

0.

27

0.

26

0.19 0.2 231.9 0 .18 231

.4 24.5 2.3

0.0

1 0.04

0.0

4

1.

4

0.

27

0.

26

0.19 0.2 231.9 0 .18

231

.2 25.6 2.3

0.0

1 0.04

0.0

4

1.

4

0.

27

0.

26

0.19 0.2 231.9 0 .18 231

.3 24.9 2.4

0.0

1 0.04

0.0

4

1.

4

0.

27

0.

26

CARGA: TRANSFORMADOR (220/20V ! KVA)MULTIMETRO Y PINZA ANALIZADOR DE CALIDAD FLUKE

IRMS(A)

ITRMS(A)

VTRMS

(V)

IRMS(A)

VRMS

THD R(I) %

THDR(V)%

P(KW

)

Q(KVA

R)

S(KVA)

CF

DPF

PF

0.12 0.2 122.4 0.09 121.

6 33.3 2.4 0.01 0 0.01

1.

4

0.7

3 1

0.12 0.2 122.4 0.1 121.

8 27.5 2.2 0.01 0 0.01

1.

4

0.7

3 1

0.12 0.2 122.4 0.11 121.

8 32.7 2.3 0.01 0 0.01

1.

4

0.7

3 1

0.12 0.2 122.4 0.09 121.

8 33.4 2.2 0.01 0 0.01

1.

4

0.7

3 1

0.12 0.2 122.4 0.09 121.

9 28.7 2.2 0.01 0 0.01

1.

4

0.7

3 1

0.12 0.2 122.4 0.09 121.

8 32.5 2.3 0.01 0 0.01

1.

4

0.7

3 1

CARGA: FOCOS AHORRADORES (!)MULTIMETRO Y

PINZAANALIZADOR DE CALIDAD FLUKE

IRMS(A)

ITRMS (A)

VTRMS

(V)

IRMS(A)

VRMS

THD R(I) %

THDR(V)%

P(K W)

Q(KVA

R)

S(KVA)

CF

DPF

PF

0.467 1 232 1.03 231 87.1 2.3 0.11 0.22 0.25 1.

4

0.9

1

0.4

5

0.467 1 232 1.02 231.

2 87.3 2.3 0.11 0.22 0.25

1.

4

0.9

1

0.4

5

0.467 1 232 1.03 231.

3

87.4 2.3 0.11 0.22 0.25 1.

4

0.9

1

0.4

5

0.467 1 232 1.03 231.

3 87.5 2.3 0.11 0.22 0.25

1.

4

0.9

1

0.4

5

0.467 1 232 1.01 231.

4 87.5 2.3 0.11 0.22 0.25

1.

4

0.9

1

0.4

5

0.467 1 232 1.03 231.

1 86.7 2.3 0.11 0.22 0.25

1.

4

0.9

1

0.4

5

>


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UNI - FIM

CARGA: FOCOS AHORRADORES (")MULTIMETRO Y


IRMS

(A)

ITRMS

(A)

VTRMS

(V)

IRMS

(A)

VR

MS

THD R

(I) %

THDR

(V)%

P(K W)

Q(KVA

R)

S(KVA)

C

F

DP

FPF

1.04 2.08 231.5 2.08 232 85.7 1.9 0.23 0.43 0.43 1.

4

0.9

3

0.4

7

1.04 2.08 231.5 2.07 231.

8 85.8 2 0.23 0.43 0.43

1.

4

0.9

3

0.4

7

1.04 2.08 231.5 2.06 232.

1 85.6 1.9 0.23 0.43 0.43

1.

4

0.9

3

0.4

7

1.04 2.08 231.5 2.05 232 85.7 1.9 0.23 0.43 0.43 1.

4

0.9

3

0.4

7

1.04 2.08 231.5 2.05 231.

9 85.8 2 0.23 0.43 0.43

1.

4

0.9

3

0.4

7

1.04 2.08 231.5 2.06 231.

7 85.6 1.9 0.23 0.43 0.43 1.

4

0.9

3

0.4

7

1.04 2.08 231.5 2.01 231.

6 85.3 1.9 0.23 0.43 0.43

1.

4

0.9

3

0.4

7

CARGA: FOCOS AHORRADORES (#)MULTIMETRO Y


IRMS(A)

ITRMS(A)

VTRMS

(V)

IRMS(A)

VRMS

THD R(I) %

THDR(V)%

P(K W)

Q(KVA

R)

S(KVA)

CF

DPF PF

1.53 2.9 230.4 3 229.9

85.9 2.6 0.34 0.62 0.7 1.4

0.43 0.48

1.53 2.9 230.4 3 230 85.6 2.6 0.34 0.62 0.7 1.

4 0.43

0.4

8

1.53 2.9 230.4 3 229.

7 85.6 2.6 0.34 0.62 0.7

1.

4 0.43

0.4

8

CARGA: FOCOS AHORRADORES (") CON FILTRO EN SERIEMULTIMETRO Y


IRMS(A)

ITRMS (A)

VTRMS

(V)

IRMS(A)

VRMS

THD R(I) %

THDR(V)%

P(K W)

Q(KVA

R)

S(KVA)

CF

DPF

PF

1.06 1.1 231.3 1.08 230.4

36.4 2.8 0.22

0.1 0.24 1.4

0.99

0.91

1.06 1.1 231.3 1.08 231.

4 35.8 2.7

0.2

2 0.1 0.24

1.

4

0.9

9

0.9

1

1.06 1.1 231.3 1.08 231.

2 37 2.6

0.2

2 0.1 0.24

1.

4

0.9

9

0.9

1

CARGA: FOCOS AHORRADORES (") CON FILTRO EN PARALELO

6


18/21

UNI - FIM

MULTIMETRO Y PINZA

ANALIZADOR DE CALIDAD FLUKE

IRMS(A)

ITRMS(A)

VTRMS

(V)

IRMS(A)

VRMS

THD R(I) %

THDR(V)%

P(K W)

Q(KVA

R)

S(KVA)

CF

DPF

PF

2.06 2.6 231.8 2.57 231 73.6 2.5 0.24 0.53 0.58 1.

4

0.6

1

0.4

1

2.06 2.6 231.8 2.44 231.

7 73.5 2.4 0.24 0.53 0.58

1.

4

0.6

1

0.4

1

2.06 2.6 231.8 2.42 231.

6 73.3 2.4 0.24 0.53 0.58

1.

4

0.6

1

0.4

1

,- 4on los datos obtenidos de los armónicos de voltaje y corriente #,' ,0' ,3'5' ,n& obtenerlos valores de "$%f #G&' "$%r #G&' "$%f #&' "$% #& y compararlos en un cuadro con los

valores obtenidos por el analizador de calidad #"$%r& para cada uno de los casos.

C%" : < FOCOS LED EN (ARALELO

FOCOS LED

$ $! $$&

$#$

$!

$

$&

$#

THD' C*+,-

THD.C*+

,-

THD.M,,-

E..-.(%)

C-..

1 (I) 0.17

0.0

4

0.0

2 0

0.0

1

0.0

1

0.0

1

0.0

1

0.0

1

0.0

1 29.994 28.730 24.8

15.845

6

V-3 (V)

231.

4 0.4 4.8

1.

9 0.1 0.3 0.1 0.1 0.1 0.1 2.243 2.243 2.3 2.4833

C%" ;: < FOCOS A1ORRADORES EN (ARALELO

TRANSORMADOR (220/20V !KVA)

$ $! $ $& $# $$!

THD' C*+,-

THD.C*+

,-

THD.M,,-

E..-. (%)

C-..1 (I)

0.09 0.0

2 0.01 0 0 0 0 24.845 24.112

31.35

0

23.0

87

V-3 (V)121.

8 0.3 2.5 0.9 0 0.1 0.0

1 2.197 2.196 2.267 3.10

1

@


19/21

UNI - FIM

A. Explicar K)or 2u7 la corriente presenta m+s armónicos 2ue el voltaje

)odemos aproximar el concepto de distorsión armónica a una “malformación” de la corriente

el7ctrica 2ue llega a nuestros ,ogares y empresas. Esta “malformación” est+ originada por los

e2uipos electrónicos 2ue consumen energ6a el7ctrica de una forma “no lineal”' es decir' de una

forma no continua en el tiempo. Esta forma de consumir electricidad' provoca 2ue la forma de

onda senoidal de la corriente el7ctrica se distorsione. Esta distorsión se puede descomponer en

diferentes componentes' conocidas como armónicos.

=. K)or 2u7 se consideran a los armónicos impares 3' '5

Los armónicos de rango par #0';' >' ?5& no suelen estudiarse en los entornos industriales

por2ue se anulan gracias a la simetr6a de la se9al alterna. !ólo se tienen en cuenta en

presencia de una componente continua. )or contra' las cargas no lineales monof+sicas

tienen un espectrorico en componentes armónicas de rango impar #3'


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UNI - FIM

THD f = 2 3 4

… n2 2 2 2

• ' 5' * representan el valor eficaz de los armónicos de orden '0'5'n

• * %istorsión total armónica con respecto a la se9al total.

• * %istorsión total armónica con respecto a la componente fundamental' muy

utilizado en Europa.

0. K4u+les son las causas y consecuencias de los armónicos de voltaje y de corriente en una

instalación el7ctrica

Causas)

- Cecesidad de sobredimensionamiento de los conductores y de las potencias contratadas en

una instalación.- Cecesidad de sustitución con mayor frecuencia de los aparatos y ma2uinas da9ados por los

armónicos.- )aradas de producción debidas a los disparos intempestivos de los elementos de protección

y mando.- /sos de e2uipos 2ue generan armónicos como* fuentes de alimentación de funcionamiento

conmutado #!M)!&' estabilizadores electrónicos de dispositivos de iluminación fluorescente'

pe2ue9as unidades de !- #sistemas de alimentación ininterrumpida o /)!&' cargas

trif+sicas como motores de velocidad variable y grandes unidades de /)!.

Cons$!u$n!as)

- !obrecalentamientos en los conductores especialmente en el neutro de las instalaciones'debido al efecto pelicular.

- %isparos intempestivos de nterruptores -utom+ticos y %iferenciales.- %isminución del factor de potencia de una instalación y envejecimiento e incluso destrucción

de las bater6as de condensadores utilizadas para su corrección debido a fenómenos de

resonancia y amplificación.- Gibraciones en cuadros el7ctricos y acoplamientos en redes de telefon6a y de datos.- %eterioro de la forma de onda de la tensión' y consiguiente malfuncionamiento de los

aparatos el7ctricos.


21/21

UNI - FIM

- 4alentamientos' degradaciones en los aislamientos' embalamientos y frenados en motores

as6ncronos.- %egradaciones del aislamiento de los transformadores' p7rdida de capacidad de suministro

de potencia en los mismos.

69 CONCLUSIONES

@9 RECOMENDACIONES

9 BIBLIOGRAFIA

1B "obert 9. Cole$tad. 2011. Introducci)n al anli$i$ de circuito$. 12va ed.

;

informe de armónicos

Documents