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La alta distorsión armónica total de la corriente (THDi) es la relación entre el valor eficaz de todos los armónicos de la corriente y la corriente fundamental, expresada como porcentaje. Aumenta cuando cargas no lineales, como variadores de frecuencia (VFD), rectificadores, sistemas de alimentación ininterrumpida (UPS) y cargadores, consumen corriente en pulsos en lugar de una onda sinusoidal pura. Una lectura alta requiere explicación, no simplemente se corrige: se mide el espectro en el punto de acoplamiento común (PCC) y se ajusta la corrección a partir de la corriente armónica medida.
Esta guía explica qué causa un alto THDi, cómo medirlo y cómo elegir entre reactores de línea, filtros pasivos, un filtro armónico activo (AHF) y un generador estático de potencia reactiva (SVG).
La causa principal son las cargas no lineales, que controlan la potencia electrónicamente, por lo que la corriente que consumen no es proporcional al voltaje aplicado. Las fuentes comunes incluyen:
Un rectificador de seis pulsos produce principalmente los órdenes impares 5.º, 7.º, 11.º y 13.º; los equipos monofásicos añaden órdenes triples. La distorsión empeora cuando muchos dispositivos comparten un transformador o una barra colectora, o cuando la generación de reserva modifica la impedancia de la fuente.
La corriente armónica no realiza trabajo útil, pero aun así genera calor: los transformadores experimentan mayores pérdidas por corrientes parásitas y en los devanados, y los cables, las barras colectoras y los neutros se calientan más de lo que sugiere la frecuencia fundamental por sí sola. Los armónicos triples se suman al neutro en lugar de cancelarse, por lo que este puede transportar una corriente de secuencia cero cercana a la corriente de fase.
La corriente RMS adicional también consume capacidad que de otro modo alimentaría la carga, y los bancos de condensadores fijos pueden entrar en resonancia con la inductancia de la fuente de alimentación, amplificando un orden armónico y provocando el sobrecalentamiento de los condensadores o la activación de la protección.
Utilice un analizador de calidad de energía de Clase A para registrar el espectro en la carga, el alimentador y el PCC: THDi y amperios armónicos, órdenes armónicas individuales, factor de potencia, THDv y corriente de secuencia cero.
La ubicación de los transformadores de corriente (TC) es crucial: una lectura alta en una máquina puede ser inofensiva en el PCC, mientras que varias fuentes moderadas se combinan aguas arriba. Instale los TC para capturar la carga, no la salida del filtro; un TC invertido proporciona una referencia falsa y puede hacer que un filtro correcto parezca funcionar peor.
La selección depende del espectro, la variación de carga, la impedancia de la red y el resultado del PCC requerido.
Determine qué equipo genera la corriente armónica más intensa y cuándo, para que no se instale un filtro en el alimentador o rango armónico incorrecto.
Separe los equipos sensibles de las cargas no lineales y compruebe el dimensionamiento del cable, la capacidad del neutro y el equilibrio de fases antes de añadir hardware, ya que no siempre es posible filtrar un problema de red.
Los reactores y las bobinas de choque reducen la distorsión producida por los accionamientos y rectificadores individuales, pero suelen ser insuficientes cuando muchas cargas variables comparten una barra colectora.
Un filtro pasivo desafinado se dirige a frecuencias seleccionadas cuando el espectro es predecible, pero un filtro sintonizado cerca del punto de resonancia de la red puede amplificar el armónico que se supone que debe eliminar.
Un filtro armónico activo mide la corriente de carga, extrae los componentes armónicos e inyecta una corriente de compensación opuesta. La corrección se realiza orden por orden en lugar de estar sintonizada a una sola frecuencia, por lo que un AHF no introduce la resonancia de los bancos de capacitores fijos. YT Electric fabrica elFiltro armónico activo YTPQC-AHFCon una topología de convertidor de tres niveles y una frecuencia de conmutación y control de 25,6 kHz, en módulos de 15 A a 150 A.
Donde predominan un bajo factor de potencia y una potencia reactiva fluctuante en lugar de una corriente armónica,Generador de variables estáticas (SVG)Es la mejor herramienta: sintetiza corriente inductiva o capacitiva para mantener el factor de potencia objetivo y puede corregir el desequilibrio trifásico.
La tabla que aparece a continuación resume las diferencias entre las opciones, qué corrige cada una y dónde encaja cada una.
| Solución | Cómo funciona / topología | Lo que corrige | Mejor ajuste | Limitaciones |
|---|---|---|---|---|
| Reactor de línea / Bobina de choque de CC | Suavizado de la corriente de accionamiento mediante inductancia en serie | Pedidos seleccionados de una unidad | Variadores de frecuencia individuales | Limitado; no puede realizar un seguimiento de las cargas cambiantes. |
| Filtro pasivo desafinado | Rama LC sintonizada con reactor de desintonización | Uno o dos pedidos fijos | Espectro estable y carga constante | Sintonización fija; resonancia a medida que el espectro se desplaza. |
| Filtro armónico activo (AHF) | Convertidor IGBT de tres niveles; corriente en contrafase | Órdenes impares del 2.º al 51.º, potencia reactiva y desequilibrio | Plantas con gran cantidad de variadores de frecuencia y rectificadores, carga variable. | Mayor costo; requiere una correcta colocación de la tomografía computarizada. |
| Generador de variables estáticas (SVG) | Convertidor de fuente de tensión de tres niveles, fuente de corriente controlada | Potencia reactiva, factor de potencia y desequilibrio | Factor de potencia bajo y demanda reactiva fluctuante | No sustituye al filtrado armónico. |
| Híbrido (SVG + banco desregulado) | Convertidor activo más un banco de condensadores sintonizado | Potencia reactiva más pedidos seleccionados | Sitios con alta reactividad que necesitan ajuste | Diseño complejo; requiere un estudio de resonancia. |
Tabla 1 — Comparación de las principales tecnologías de mitigación de armónicos (datos de productos de YT Electric).
Dimensionar un filtro a partir del espectro medido, no de los kilovatios conectados ni de una única lectura THDi. La corriente armónica a cancelar es la suma RMS de los órdenes individuales, Ih= √(I5² + yo7² + yo11² + …). Con solo una lectura de THDi, estime la corriente armónica ≈ corriente de carga × THDi, más un margen del 20-30 % para el aumento de carga. Las unidades modulares se conectan fácilmente en paralelo, por lo que un diseño puede comenzar con un módulo y expandirse posteriormente.
Verifique el punto de instalación, el voltaje, el espacio del panel, la refrigeración y la compatibilidad con bancos de condensadores o generadores existentes, y confirme la corriente nominal a 45 °C ambiente. La topología de tres niveles reduce a la mitad el dv/dt de salida y disminuye la EMI, y una alta frecuencia de conmutación IGBT, como los 25,6 kHz utilizados en el YTPQC-AHF, amplía el ancho de banda, por lo que los órdenes superiores se compensan con un reactor de salida más pequeño. Para los órdenes más altos, unFiltro armónico activo MOSFET de SiCAmplía aún más el alcance.
| Parámetro | Filtro armónico activo YTPQC-AHF |
|---|---|
| Tensión nominal | 220 V (171–269 V), 400 V (300–456 V), 480 V (356–515 V), 690 V (483–793 V) |
| Corriente nominal (400 V) | Módulos de 15 / 25 / 50 / 75 / 100 / 150 A |
| Topología de circuitos | Convertidor de tres niveles |
| Modos de compensación | Desequilibrio armónico, reactivo y de carga |
| Rango de filtros | Órdenes impares del 2.º al 51.º, selectivas o completas. |
| Rendimiento de filtrado | THDi ≤ 5 % a carga nominal; reducción ≥ 97 % (típica) |
| Factor de potencia / equilibrio | PF −1,0 a +1,0; balance ≤ 5 % (secuencia negativa/cero) |
| Capacidad de filtrado neutro | 3 × corriente nominal (unidades de cuatro hilos) |
| Frecuencia de conmutación/control | 25,6 kHz |
| Estándares | IEEE 519, G5/4, EN 50160 |
Tabla 2 — Matriz de selección de ingeniería y parámetros para el YTPQC-AHF (confirme la calificación final con respecto a un estudio del sitio).
Estos límites son la razón por la que un estudio armónico precede a la selección de equipos y por la que las mediciones de puesta en marcha se repiten en todo el rango de funcionamiento.
La distorsión armónica total admisible (THDi) depende de la red, la carga, el estándar y la ubicación. La norma IEEE 519 limita la distorsión de corriente a aproximadamente un 5-15 % mediante la relación de cortocircuito en el punto de conexión común (PCC); siempre se debe medir con la corriente armónica en amperios.
El tamaño se determina a partir de la corriente armónica medida, no de la potencia nominal del transformador: utilice la suma RMS de los valores individuales o la corriente de carga multiplicada por THDi, más un margen de seguridad del 20-30 %. Especifique la tensión y la corriente nominales, el montaje y el THDi objetivo. YT Electric suministra el YTPQC-AHF desde 15 A hasta 150 A.
El filtro se conecta en paralelo, por lo que la instalación solo requiere una breve interrupción planificada para el montaje y cableado del transformador de corriente. Inspeccione los ventiladores de refrigeración y los filtros de aire anualmente (trimestralmente en sitios polvorientos) y verifique el par de apriete de la barra colectora, la temperatura de los terminales y la polaridad del transformador de corriente. PlanificadoMantenimiento de SVG y AHFprotege la inversión.
El caso se basa en elementos cuantificables: menores cargos por consumo reactivo y distorsión, capacidad de distribución liberada al eliminarse la corriente armónica y prevención de fallas en los equipos de la planta. El período de recuperación de la inversión depende de la tarifa local, el perfil de carga y el historial de fallas, por lo que debe calcularse a partir de los datos del medidor de la propia planta.
Un THDi elevado es un síntoma, no un diagnóstico: indica cargas no lineales, condiciones que amplifican la distorsión y la medición que identifica la fuente. Si su instalación presenta un THDi elevado, sobrecalentamiento o desconexiones intempestivas, YT Electric puede revisar sus datos de calidad de energía y recomendarle una solución adecuada. Póngase en contacto con nuestro equipo o explore laFiltro armónico activoy rangos de generadores de potencia reactiva estáticos para que coincidan con la potencia nominal de la carga medida.
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