Es fundamental comprender la importancia de la calidad de la energía en el contexto de la eficiencia de los motores y equipos eléctricos. La calidad de la energía se evalúa a través de varios parámetros clave, incluidos los armónicos, el desequilibrio de voltaje y las fluctuaciones de voltaje. En un sistema de corriente alterna (CA), la interacción entre el potencial de voltaje y la corriente a través del circuito de carga se describe por frecuencia y amplitud. La frecuencia de la corriente coincidirá con la frecuencia del voltaje si la resistencia o impedancia de la carga no cambia. En cargas lineales, como resistencias, condensadores o inductores, donde la corriente y el voltaje comparten la misma frecuencia, el sistema se comporta de manera predecible.
Sin embargo, las cargas no lineales, como las fuentes de alimentación conmutadas, los transformadores que se saturan, los condensadores de carga y los convertidores utilizados en los motores, introducen variabilidad. A medida que la amplitud del voltaje fluctúa y la impedancia de la carga cambia, la frecuencia de la corriente también varía, creando una forma de onda de corriente compleja.
Los armónicos son frecuencias de voltaje y corriente adicionales que se superponen a las formas de onda de voltaje y corriente sinusoidales estándar. Estas frecuencias suelen ser múltiplos integrales de la frecuencia base, que es de 50 Hz en muchas partes del mundo. Los armónicos son generados por cargas no lineales, a menudo denominadas "cargas de conmutación", porque la corriente no varía suavemente con el voltaje como lo haría en cargas resistivas o reactivas simples. Cada vez que se enciende y apaga la corriente, se produce un pulso de corriente, lo que da como resultado una forma de onda pulsada que contiene un espectro de frecuencias armónicas, incluidos los 50 Hz fundamentales y sus múltiplos.
Las formas de onda de mayor frecuencia, conocidas colectivamente como distorsión armónica total (THD), no realizan ningún trabajo útil y pueden ser problemáticas. Si bien la corriente distorsionada causada por cargas no lineales tiene un efecto mínimo en otras cargas dentro de una instalación, su impacto en los sistemas de distribución puede ser severo debido al aumento del flujo de corriente, lo que genera mayores pérdidas en los componentes del sistema de energía tanto del cliente como de la empresa de servicios públicos.
Las fuentes de armónicos incluyen una variedad de cargas no lineales:
- Convertidores y rectificadores de potencia estática que se encuentran en sistemas de alimentación ininterrumpida (UPS), cargadores de baterías y aplicaciones similares.
- Hornos de arco utilizados en el procesamiento de metales.
- Electrónica de potencia para el control de motores, como accionamientos de CA y CC.
- Computadoras y otros dispositivos electrónicos.
- Transformadores saturados, donde la saturación magnética puede provocar un comportamiento no lineal.
- Iluminación fluorescente, especialmente diseños de balastos antiguos.
- Equipos de telecomunicaciones, incluidos interruptores y amplificadores.
Los efectos de los armónicos en diversos elementos de la red son múltiples. Cuando las corrientes armónicas pasan a través del equipo:
- They cause additional losses due to their higher frequency. Devices with laminated cores, like motors and transformers, experience higher losses because of the higher frequency of the harmonic current.
- In cables, the skin effect causes harmonic currents to flow along the outer skin of the conductor, leading to overheating.
- Harmonics can trigger false tripping of protective relays and the failure of capacitors installed in the distribution system for power factor correction.
- Certain harmonic currents, such as the 5th harmonic, have a reverse phase sequence, which can result in inaccurate meter readings. Similarly, in a network with significant harmonic pollution, a conventional induction motor may not generate sufficient torque due to harmonic currents producing counteracting torque.
- Higher order harmonics can interfere with telecommunications systems. When a telephone line runs parallel to a power line carrying harmonics, it can introduce noise into the telephone line, a phenomenon known as telephonic interference.
- A heavily polluted voltage waveform can lead to the malfunction of devices such as thyristors, whose operation depends on the zero crossing of the voltage waveform. This can result in commutation failures in thyristors.
- High harmonic content leads to a lower power factor. The displacement power factor is determined by the angle between the fundamental component of current and voltage, while the total power factor is affected by the presence of harmonic currents. In linear loads, the power factor and displacement power factor are equal, but for loads generating significant harmonics, the total power factor is significantly lower.
- Zero-sequence currents, such as third harmonic currents, tend to flow in the neutral wire of a three-phase, four-wire system. Most domestic and commercial loads that are non-linear in nature generate substantial amounts of third harmonic current, which can overheat the neutral conductor and potentially melt it. Under extreme conditions, the neutral current can surpass 1.5 times the normal line current.
- Harmonic currents can affect generators as well, especially those operating at maximum capacity without significant margin to absorb the additional heating losses caused by harmonic currents. Such losses can degrade the insulation of electrical equipment over time.
The cumulative impact of these effects highlights the importance of monitoring and managing harmonics to ensure optimal power quality and system reliability. By mitigating harmonics, one can prevent equipment damage, reduce energy waste, and improve the overall performance of electrical systems.
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Active Harmonic filters are highly effective in addressing and resolving the aforementioned harmonic issues. They are specifically designed to detect and counteract the negative impacts caused by harmonics, ensuring a more stable and clean power supply.
Al filtrar activamente los componentes armónicos, los filtros de potencia activos ayudan a mantener la calidad y la integridad del sistema eléctrico, minimizando las perturbaciones y los daños potenciales que pueden provocar los armónicos. Su aplicación es crucial en diversas industrias y sistemas de energía para lograr un rendimiento energético y una confiabilidad óptimos.
El filtro armónico activo funciona monitoreando continuamente la forma de onda actual e inyectando corrientes de compensación para cancelar los armónicos. El proceso implica:
Si desea saber más sobre los armónicos o tiene alguna otra pregunta, no dude en contactarnos : sales@yt-electric.com en cualquier momento. Nuestro equipo profesional estará dedicado a brindarle asistencia.
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