ingenieria electrica

Introducción.
Los armónicos son distorsiones de las ondas senosoidales de tensión y/o corriente de los sistemas eléctricos, debido al uso de cargas con impedancia no lineal, a materiales ferromagnéticos, y en general al uso de equipos que necesiten realizar conmutaciones en su operación normal. La aparición de corrientes y/o tensiones armónicas en el sistema eléctrico crea problemas tales como,el aumento de pérdidas de potencia activa, sobretensiones en los condensadores, errores de medición, mal funcionamiento de protecciones, daño en los aislamientos, deterioro de dieléctricos, disminución de la vida útil de los equipos, Entre otros.






























Armónico: Para definir este concepto es importante definir primero la calidad de la onda detensión la cual debe tener amplitud y frecuencia constantes al igual que una forma sinusoidal. La Figura 1 representa la forma de la onda sin contenido de armónicos, con una frecuencia constante de 60Hz y una amplitud constante de 1pu




Cuando una onda periódica no tiene esta forma sinusoidal se dice que tiene contenido armónico, lo cual puede alterar su valor pico y/o valor RMS causandoalteraciones en el funcionamiento normal de los equipos que estén sometido a esta tensión. La frecuencia de la onda periódica se denomina frecuencia fundamental y los armónicos son señales cuya frecuencia es un múltiplo entero de esta frecuencia.


















ANÁLISIS DE FOURIER

El teorema de Fourier dice que toda onda periódica no sinusoidal puede ser descompuesta comola suma de ondas sinusoidales, mediante la aplicación de la serie de Fourier, siempre y cuando se cumplan las siguientes condiciones:

· Que la integral a lo largo de un periodo de la función sea un valor finito.

· Que la función posea un número finito de discontinuidades en un periodo.

· Que la función posea un número finito de máximos y mínimos en un periodo.

Cualquier función F(x) conperiodo 2p tiene su representación en series de Fourier de acuerdo con la siguiente expresión:


En donde:






Con n=1,2,3,4...
Con el uso de las ecuaciones anteriores se pueden encontrar los armónicos de las ondas más
Comunes en los sistemas de potencia, de distribución o industriales que se presentan en la Tabla 1.



FUENTES DE ARMÓNICOS

Los armónicos son el resultado decargas no lineales, las cuales ante una señal de tipo sinusoidal presentan una respuesta no sinusoidal. Las principales fuentes de armónicos son:
· Hornos de arco y otros elementos de descarga de arco, tales como lámparas fluorescentes.
Los hornos de arco se consideran más como generadores de armónicos de voltaje que de corriente, apareciendo típicamente todos los armónicos (2º, 3º, 4º, 5º, ...)pero predominando los impares con valores típicos con respecto a la fundamental de:
- 20% del 3er armónico
- 10% del 5º
- 6% del 7º
- 3% del 9º
· Núcleos magnéticos en transformadores y máquinas rotativas que requieren corriente de tercer armónico para excitar el hierro.
· La corriente Inrush de los transformadores produce segundo y cuarto armónico.
· Controladores de velocidad ajustablesusados en ventiladores, bombas y controladores de procesos.
· Swiches en estado sólido que modulan corrientes de control, intensidad de luz, calor, etc.
· Fuentes controladas para equipos electrónicos...
· Rectificadores basados en diodos o tiristores para equipos de soldadura, cargadores de baterías, etc.
· Compensadores estáticos de potencia reactiva.
· Estaciones en DC de transmisión enalto voltaje.
· Convertidores de AC a DC (inversores).

La Figura 3 muestra el circuito correspondiente a un rectificador de 6 pulsos, el cual es prácticamente la carga generadora de armónicos más utilizada en la industria.


En la Figura 4 se muestra la corriente que absorbe el rectificador de 6 pulsos para el caso en el cual su carga es resistiva y la tensión de la red es sinusoidal....