Armonicos

Capitulo II
Las Armónicas en Sistemas Eléctricos
1. Introducción Uno de los problemas más comunes a los equipos que regulan potencia con la ayuda de sistemas basados en interruptores electrónicos, es que constituyen cargas no lineales para los circuitos eléctricos, y por lo tanto generan armónicas. Como este tipo de equipos puede a veces manejar grandes potencias (por ejemplo, losrectificadores de los procesos de electrobtención de minerales inyectan al sistema corrientes de hasta 100.000 A), lo cual hace que las armónicas que se generan produzcan una serie de inconvenientes para los sistemas de la transmisión de la energía, o al resto de los equipos que se encuentran en los alrededores. Resulta importante conocer entonces estos efectos de modo de poder tomar las medidas paraevitarlas, o para tenerlas al menos en cuenta. Definición: Una Armónica es una señal sinusoidal cuya frecuencia es un múltiplo entero de la frecuencia de la señal de alimentación (llamada también Fundamental, o 1º Armónica), que es generalmente la señal deseada. Así, si la Fundamental esta dada por: Fundamental= EF Sen(wt) Entonces la Armónica n-esima estará dada por: Armónica nº = En Sen(nwt), n= numeroentero. 2. Los Problemas que Producen las Armónicas (i) Distorsión en señales de alimentación CA Uno de los problemas importantes que producen las armónicas es la distorsión de las señales eléctricas, en particular a aquellas que se usan para transmitir la energía a más de un usuario. La inyección de armónicas, que se suma a la señal transmitida, deformándola, haciendo que el resto de los usuariosconectados a la red reciban una señal que no sea sinusoidal (ver figura).

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Para ejemplificar lo anterior, en la siguiente figura se muestra la distorsión que produciría la 3º Armónica en una red sinusoidal.

Como las señales distorsionadas afectan el funcionamiento de equipos de otros usuarios, la Superintendencia de Servicios Eléctricos tiene normas para la distorsión máxima que puedetener una señal de alimentación proporcionada por una generadora o distribuidora de electricidad. Se han definido una serie de Indicadores para medir la distorsión, entre los más importantes están los siguientes: (i) Factor armónico (HFn): Útil para conocer el porte relativo de cada armónica respecto a la fundamental deseada.

HFn =

Vn V1

V1 y V2 en RMS

(ii) Distorsión total armónica(THD): Da una idea de la similitud entre la forma de onda real y su componente fundamental. THD = 1 V1

n =2 , 3,...

∑V

∞

2 n

(iii) Factor de distorsión (DF): Es una variante de la THD que da una mejor idea del efecto de cada armónica sobre la fundamental. Esta información resulta útil para decidir sobre el filtrado de las armónicas.

DFn =

Vn V 1n 2

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1 DF = V1

⎛ Vn ⎞∑,... ⎜ n 2 ⎟ ⎠ n = 2,3 ⎝

∞

2

(5.17)

Nota: En el ideal todos estos factores deberían ser igual a cero, es decir, cuando más pequeños, de mejor calidad es la señal alterna de salida De todos los factores antes definidos, el más importante es el THD, el cual existe tanto para armónicos de corriente THDI y de voltaje THDV, siendo este parámetro el que regula la Ley respecto al máximo nivelde distorsión permitido, en particular en Chile la ley establece THDVE5), el motor girara en el mismo sentido que antes, pero frenado. Nota: Un análisis similar al realizado mostrará que: (i) La tercera armónica no produce torque, las tres señales están en fase. No constituye un sistema 3φ. (ii) La 7ª armónica tiene la misma secuencia que la de la fundamental (RST). Ello implica que generaratorque en el mismo sentido a la de la fundamental, lo cual acelera levemente el giro del motor. Efecto similar, pero de mucho menor magnitud, lo producirá la armónica 13º, y otras armónicas superiores, cuyo efecto no es muy relevante, y puede ser despreciado. (iii) La 11º armónica, y otras superiores, también producen un freno al giro del motor, sin embargo, por ser su magnitud muy baja, su efecto...