Armonicos 3

Simposio de Metrología 2004

25 al 27 de Octubre

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN FILTRO SUPRESOR DE ARMÓNICOS PARA LA LÍNEA ELÉCTRICA
Blancas Núñez Jorge Centro Nacional de Metrología, División de Apoyo Tecnológico Km. 4,5 Carretera a Los Cués Municipio El Marqués Querétaro Qro. México C.P. 76000 jblancas@cenam.mx Tel 01(442) 211-05-65 Resumen: Se presenta el diseño y construcción de un filtrosupresor de armónicos, como una solución propuesta a los laboratorios de metrología de alta exactitud. Se han obtenido excelentes resultados en el uso de este filtro con sistemas complejos tales como el sistema primario de tensión eléctrica, el Efecto Josephson, donde se han disminuido las fuentes de ruido que afectan al sistema que son conducidas por la línea eléctrica de alimentación. 1.INTRODUCCIÓN

Los laboratorios de mediciones de alta exactitud, como los laboratorios de metrología, requieren para un correcto funcionamiento de sus instrumentos, de una línea eléctrica de calidad; esta calidad de línea se puede medir con base en el contenido de los armónicos presentes en la tensión eléctrica. Una medida representativa de la calidad de la línea eléctrica es la Distorsión ArmónicaTotal (THD)i. Las recomendaciones internacionales para la calidad de línea eléctrica indican que: Para laboratorios de metrología (general), THD debe ser menor al 5%. Para laboratorios primarios de metrología eléctrica, THD debe ser menor al 3%.[1][2]

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1) Ch 1:

50 Volt 5 ms

Fig. 1 Línea eléctrica con armónicos, a la entrada del filtro. Escala horizontal 5 ms por cuadro, escalavertical 50 volts por cuadro.

1.1 La Distorsión Armónica De acuerdo con el teorema de Fourier, cualquier señal periódica y continua se puede descomponer en una suma infinita de ondas senoidales de frecuencias, múltiplos de la señal fundamental; estas frecuencias son conocidas como frecuencias armónicas, y son producidas por todo tipo de cargas no lineales que están conectadas a la línea dealimentación eléctrica [2]. Los principales efectos de los armónicos en la línea eléctrica son: uso ineficiente de la energía, fallas aleatorias de los equipos (sin causa aparente), envejecimiento prematuro de componentes, sobrecalentamiento, disparo de alarmas, pérdida de la secuencia en equipos programables, etc. además del invaluable tiempo perdido al repetir las mediciones cuando las lecturas soninestables.

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1) Math:

10 dB 50 Hz

Fig. 2 Espectro de la señal de la figura 1 Escala horizontal 50 Hertz por cuadro, escala vertical 10 dB por cuadro Las figuras 1 y 2 son ejemplo de una línea de alimentación eléctrica con una distorsión armónica total de 13%, muy por arriba de las recomendaciones para línea eléctrica para laboratorios.

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2. DISEÑO DEL FILTRO 2.1 Circuito propuesto Está basado en el uso de filtros pasivos analógicos, dado que alimentará en este caso, una carga máxima de 600 W; cabe señalar que los armónicos de mayor amplitud presentes en la línea son el tercero y el quinto, por esto se optó por hacer un filtrado especial a dichos armónicos.
LS RS CS

circuitos electrónicos. A la entrada del filtro seconectó un generador de onda cuadrada, a la salida del filtro se conecto una carga resistiva equivalente a la carga que manejaría el filtro, se observó que en la salida se obtenía una señal de forma senoidal con una distorsión de 1,5%.
0

10

20

VdB( f ) 30

AC1 IN
CP

L3

AC1 OUT
L5

40

R3

R5

50

60

AC2 IN

C3

C5

AC2 OUT

0

200

400 f

600

8001000

Fig. 3 Circuito propuesto Sin escala En la figura 3 se observa: el inductor LS con su resistencia RS asociada (propia del devanado) y CS; el arreglo LS y CS forman un filtro pasabanda el cual se calcula a una frecuencia central de 60 Hz, frecuencia nominal de la línea eléctrica en México. El arreglo formado por el inductor L3 y el condensador C3, forman un filtro de rechazo de banda al...