Filtro de armonicos

Simposio de Metrologu00eda 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 deun filtro supresor 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 dealimentación.
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 laDistorsión
Armónica Total (THD)i.

T
1>

1) Ch 1:

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]

50 Volt 5 ms

Fig. 1 Línea eléctrica con armónicos, a la entrada
del filtro. Escala horizontal 5ms por cuadro,
escala vertical 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 queestán conectadas a
la línea de alimentación eléctrica [2].

1>

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

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
prematurode
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 son inestables.

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 paralaboratorios.

1

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25 al 27 de Octubre

circuitos electrónicos. A la entrada del filtro se
conectó 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%.

2. DISEÑO DEL FILTRO
2.1Circuito 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.

0

10

20

LS

RS

CS

VdB( f ) 30

L3

AC1 IN

AC1 OUT

R3

C5

50

R5C3

CP

40

L5

60

AC2 IN

AC2 OUT

0

200

400

600

800

1000

f

Fig. 4 Respuesta en frecuencia de simulación
escala horizontal 200 Hz por división, escala
vertical 10 dB por división

Fig. 3 Circuito propuesto
Sin escala

En la figura 4 se observa la respuesta en
frecuencia del circuito propuesto, destacando el
pico de paso de banda a 60 Hz, los...