La distorsión armónica en los sistemas eléctricos, causada por cargas no lineales como variadores de frecuencia (VFD) y fuentes de alimentación conmutadas, degrada la calidad de la energía, aumenta las pérdidas y pone en riesgo los equipos. Existen dos soluciones principales: filtros armónicos activos (AHF) y reactancias de línea. Si bien ambos abordan los armónicos, sus métodos, eficacia e impacto general difieren significativamente.
Filtro armónico activo (AHF): tecnología de cancelación activa
Un AHF es un sofisticado dispositivo electrónico de potencia. Sus componentes principales son transistores bipolares de puerta aislada (IGBT) y un controlador digital de alta velocidad. El AHF funciona continuamente.
escucha
La forma de onda de la corriente de carga en tiempo real. Su controlador
calcula con precisión
las magnitudes y fases de componentes armónicos específicos (por ejemplo, los problemáticos armónicos 5.º, 7.º, 11.º y 13.º). El AHF entonces
genera e inyecta corrientes armónicas
Que son iguales en magnitud pero exactamente opuestas en fase, regresan al sistema de energía en el punto de acoplamiento común (PCC). Esta acción
cancela activamente
Las corrientes armónicas producidas por la carga directamente en su fuente. El resultado es una reducción drástica de la distorsión armónica total de la corriente (THDi), que a menudo alcanza niveles inferiores al 5 %.
Reactor de línea: atenuación armónica pasiva
Un reactor de línea es un componente electromagnético pasivo, esencialmente un inductor compuesto por bobinas enrolladas en un núcleo magnético. Está conectado en serie con la carga. Su función fundamental es...
añadir impedancia
(resistencia al flujo de corriente alterna) en el circuito. Fundamentalmente, esta impedancia
aumenta linealmente con la frecuencia
Por lo tanto, las corrientes armónicas de mayor frecuencia encuentran mucha más oposición al intentar fluir de regreso hacia la fuente de energía en comparación con la corriente fundamental de 50/60 Hz. Esta característica hace que el reactor actúe como un
limitador de corriente armónica de banda ancha
,
atenuando (reduciendo la amplitud de)
corrientes armónicas en un amplio rango de frecuencias, logrando normalmente una reducción en THDi de alrededor del 30-50%.
Diferencias clave que resaltan la superioridad de AHF
Método de reducción armónica: eliminación vs. limitación:
AHF:
Elimina activamente los armónicos mediante la inyección de contracorrientes precisas. Esto neutraliza la distorsión armónica.
Reactor de línea:
Limita pasivamente la amplitud de las corrientes armónicas que regresan a la fuente mediante una impedancia dependiente de la frecuencia. No elimina los armónicos generados en la carga.
Por qué AHF es mejor:
Los AHF logran
niveles de THDi fundamentalmente más bajos
(p. ej., <5%) en comparación con la reducción limitada (30-50%) que ofrecen los reactores. La eliminación proporciona una calidad de energía superior.
Precisión de segmentación: específica vs. banda ancha:
AHF:
Se puede programar para apuntar y cancelar órdenes armónicas problemáticas específicas (por ejemplo, 5.º, 7.º) con alta precisión.
Reactor de línea:
Proporciona únicamente atenuación de banda ancha no selectiva. Reduce todos los armónicos por encima de la frecuencia fundamental proporcionalmente a su frecuencia.
Por qué AHF es mejor:
Los AHF ofrecen
precisión quirúrgica
, eliminando eficazmente los armónicos que causan los problemas más significativos, mientras que los reactores ofrecen un enfoque menos específico y general.
Impacto en el factor de potencia (FP): Corrección vs. Degradación:
AHF:
Puede generar e inyectar dinámicamente potencia reactiva adelantada o retrasada (kVAR) según sea necesario.
mejora activamente el factor de potencia del sistema
sin crear condiciones de resonancia peligrosas.
Reactor de línea:
Añade reactancia inductiva (kVAR en atraso) al circuito. Esto
degrada inherentemente el factor de potencia de desplazamiento
, que a menudo requieren condensadores de corrección del factor de potencia adicionales.
Por qué AHF es mejor:
AHFs
mejorar la calidad general de la energía
mitigando simultáneamente los armónicos
y
Corrección de un factor de potencia bajo. Reactores
crear o exacerbar un problema de PF
, lo que hace necesaria una mayor inversión en correcciones.
Riesgo de resonancia: mitigación vs. creación potencial:
AHF:
Presenta una
muy baja impedancia
Al sistema, contrarresta o amortigua activamente las resonancias existentes. No crea rutas de baja impedancia que puedan amplificar los armónicos.
Reactor de línea:
Altera el perfil de impedancia del sistema.
Esta alteración puede potencialmente desplazar las frecuencias de resonancia hacia órdenes armónicos problemáticos (como el 5.º o el 7.º), especialmente si hay bancos de condensadores cerca. Esto crea un riesgo de...
amplificación de resonancia armónica peligrosa
.
Por qué AHF es mejor:
Los AHF son
inherentemente más seguro
En redes eléctricas complejas con condensadores. Reactores.
requieren estudios armónicos detallados
antes de la instalación para evitar crear inadvertidamente condiciones de resonancia severas.
Estabilidad del voltaje: Prevención vs. Causa:
AHF:
No provoca una caída significativa de tensión de frecuencia fundamental en los terminales de carga.
Reactor de línea:
Provoca una
caída de tensión
Proporcional a la corriente de carga y a la impedancia de frecuencia fundamental del reactor. Esto puede causar problemas de subtensión en equipos sensibles.
Por qué AHF es mejor:
AHFs
mantener niveles de voltaje estables
en la carga, mientras que los reactores causan inherentemente una caída de voltaje, lo que potencialmente afecta el rendimiento del equipo.
Conclusión: AHF: la solución superior para aplicaciones exigentes
Si bien los reactores de línea ofrecen simplicidad, menor costo inicial y brindan funciones valiosas como atenuación armónica básica, protección del motor (reducción dv/dt) y limitación de corriente de cortocircuito,
Los filtros armónicos activos son fundamentalmente superiores para el objetivo principal de mitigación armónica efectiva.
Los AHF se destacan por su capacidad para
eliminar activamente
armónicos (logrando una THDi drásticamente menor), su
precisión
Al apuntar a pedidos específicos, sus
corrección simultánea del factor de potencia
capacidad, su
eliminación de riesgos de resonancia
, y sus
mantenimiento de niveles de voltaje estables
Los reactores, por el contrario, sólo limitan ampliamente los armónicos, degradan el factor de potencia, corren el riesgo de causar resonancia y provocan caídas de tensión.
Por lo tanto, para entornos con una distorsión armónica significativa que requiere niveles bajos de THD (por ejemplo, para cumplir con estándares como IEEE 519), protección de equipos sensibles, voltaje estable o la necesidad de corrección del factor de potencia, el
El filtro armónico activo es una tecnología claramente superior y más efectiva.
, lo que justifica su mayor inversión inicial. Los reactores de línea suelen ser la mejor solución preliminar o parcial en aplicaciones menos críticas.
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