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Las cargas no lineales, particularmente en entornos industriales y comerciales, contribuyen significativamente a los problemas de calidad de la energía eléctrica. Un excelente ejemplo de carga no lineal es la fuente de alimentación de modo conmutado (SMPS), que prevalece en la mayoría de los equipos electrónicos digitales en la actualidad. A diferencia de las cargas lineales, las cargas no lineales consumen corriente de forma no sinusoidal, lo que genera corrientes armónicas.
El SMPS, al extraer corriente en forma pulsada en lugar de un flujo suave y continuo, genera corrientes armónicas que distorsionan la forma de onda del voltaje. Esta distorsión se vuelve particularmente problemática cuando las altas densidades utilizan unidades SMPS, ya que pueden contribuir significativamente a la distorsión de voltaje en todo el sistema eléctrico.
La Figura 8-1 ilustra este fenómeno, donde el consumo de corriente pulsada de un SMPS monofásico produce una distorsión de voltaje, comúnmente conocida como voltaje plano. Esto ocurre porque la corriente se consume principalmente en el pico de la forma de onda de voltaje para cargar el capacitor de suavizado.
Como resultado, la caída de voltaje ocurre solo en el pico de la forma de onda debido a la impedancia del sistema, lo que lleva a un pico de voltaje aplanado. Dicha distorsión puede reducir el voltaje del bus de CC del SMPS, comprometer su capacidad de absorción de perturbaciones de energía y aumentar tanto el consumo de corriente como las pérdidas I²R.
En YT Electric, entendemos los desafíos que plantean las cargas no lineales y la importancia de mantener la calidad de la energía. Nuestros filtros de potencia activos de bajo voltaje y generadores de var estáticos (SVG) están diseñados para abordar estos problemas directamente mitigando los efectos dañinos de las corrientes armónicas y la distorsión de voltaje.
Nuestros filtros de potencia activos de bajo voltaje están diseñados para monitorear y filtrar activamente las corrientes armónicas generadas por cargas no lineales como SMPS. Al inyectar corrientes iguales pero opuestas para cancelar los armónicos, estos filtros garantizan que su sistema de energía permanezca limpio y estable, reduciendo los riesgos asociados con la caída de voltaje y otras formas de distorsión.
Beneficios clave:
Nuestros generadores Static Var están diseñados para proporcionar compensación dinámica de potencia reactiva, lo cual es crucial para mantener la estabilidad del voltaje en sistemas con cargas fluctuantes. Los SVG responden rápidamente a los cambios en las condiciones de carga, suministrando o absorbiendo energía reactiva según sea necesario para mantener niveles de voltaje óptimos.
Beneficios clave:
To better understand the impact of non-linear loads like SMPS, it's essential to analyze the behavior of harmonic currents as they flow through the distribution system's various impedances. According to Fourier analysis, the 2-pulse current drawn by the SMPS rectifier comprises a fundamental frequency component along with all odd harmonics (3rd, 5th, 7th, 9th, 11th, etc.).
When modeling the distribution system, each SMPS can be seen as a generator of harmonic currents. These harmonic currents, when injected into the power system, interact with the system impedance, leading to voltage drops at corresponding harmonic frequencies. This relationship is governed by Ohm’s Law (Vh = Ih x Zh), where:
Figure 8-2 highlights how system impedance relates to the voltage and current distortion components within a typical power system. By applying Parseval’s Theorem, we can calculate the RMS value of voltage or current distortion, which is essential for determining Total Harmonic Distortion (THD).
THD is a critical metric in analyzing power quality. It’s typically expressed as a percentage of the fundamental component's value. For voltage total harmonic distortion (Vthd), the formula is:
Similarly, current total harmonic distortion (Ithd) is calculated as:
Voltage distortion is influenced by both system impedance and the amount of harmonic current within the system. Higher system impedance, often caused by factors like long cable runs, high-impedance transformers, or weak power sources such as diesel generators, results in greater voltage distortion.
In Figure 8-2, we observe that voltage distortion peaks at the loads themselves. This occurs because the harmonic currents face the full system impedance at this point, which includes cables, transformers, and sources. A common misconception is that low voltage distortion at the service entrance implies minimal distortion at the loads, but this is not necessarily the case. Keeping system impedances low when managing non-linear loads is crucial to mitigate voltage distortion.
To effectively reduce voltage distortion, two approaches are recommended:
Comprender la relación entre cargas no lineales, corrientes armónicas y distorsión de voltaje es esencial para mantener la calidad de la energía en los sistemas eléctricos modernos. Al incorporar los filtros de potencia activos de bajo voltaje y los generadores de var estáticos de YT Electric, puede reducir significativamente los efectos adversos de la distorsión del voltaje, asegurando un suministro de energía estable y confiable incluso en entornos con altas densidades de cargas no lineales.
Si tiene alguna consulta o pregunta, no dude en contactarnos: sales@yt-electric.com
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