Calidad de energia

1.1. Consumos lineales.
Para estudiar las características de los sistemas eléctricos es usual considerarlos como resultado de la interconexión de diferentes bloques básicos:
a)La fuente de alimentación, usualmente un voltaje sinusoidal. b)El consumo, usualmente constituido por resistencias, inductancias y condensadores de valores fijos.
Así, cuando el consumo es un calefactor eléctrico de1000 W y el voltaje es 220 V efectivos, el voltaje y la corriente tendrán la forma de la Figura 1. Si el consumo es un motor de 1/6 HP, rendimiento 80%, factor de potencia 0,85, el voltaje y la corriente tendrán la forma de la Figura 2. En resumen, si el voltaje es sinusoidal la corriente también lo es y, en general, existe un desfase entre ellos.
1.2. Consumos no lineales.
La electrónica depotencia puso a disposición de los hogares y las empresas productivas diversos equipos capaces de controlar el producto final: iluminación variable, velocidad ajustable, etc. Así, aproximadamente un 50% de la energía eléctrica pasa por un dispositivo de electrónica de potencia antes que ésta sea finalmente aprovechada. La electrónica de potencia hace uso de diodos, transistores y tiristores, yprácticamente todos ellos trabajan en el modo de interrupción («switching»). Esto significa que trabajan esencialmente en 2 estados:
Figura 1 Consumo de un calefactor de 1 Kw
Figura 2 Consumo de un motor monofásico de 1/6 HP
20.00
10.00
0.00
-10.00
-20.00
400
300
200
100
0
-100
-200
-300
-400
TIEMPO (s)
CORRIENTE
0.01 0.02 0.03 0.040
VOLTAJE
VOLTAJE (V)
CONSUMO DE UN CALEFACTOR DE 1 KWCORRIENTE (A)
V
+
-
i
5.00
3.00
1.00
-1.00
-3.00
-5.00
400
300
200
100
0
-100
-200
-300
-400
TIEMPO (s)
CORRIENTE
0.01 0.02 0.03 0.040
VOLTAJE
VOLTAJE (V)
CONSUMO DE UN MOTOR MONOFASICO DE 1/6 HP CORRIENTE (A)
V
+
-
i
MOTOR
4 •
a)Estado de conducción. Corresponde a un interruptor cerrado. La corriente por el dispositivo puede alcanzar valores elevados, pero elvoltaje es nulo y, por tanto, la disipación de potencia en él es muy pequeña.
b)Estado de bloqueo. Corresponde a un interruptor abierto. La corriente por el dispositivo es muy pequeña y el voltaje es elevado; asi, la disipación de potencia en el dispositivo es también pequeña en este estado.
Todos los semiconductores de potencia pasan rápidamente de un estado a otro, mediante circuitos que consumenusualmente menos de 5 W se realiza el control de estos dispositivos.
La Figura 3 muestra un dispositivo para controlar la corriente en un consumo lineal constituido por una inductancia y una resistencia. El voltaje es interrumpido por los semiconductores y deja de ser sinusoidal; la corriente es nula en determinados intervalos de tiempo. El usuario puede controlar los instantes de conducción ypor tanto variar el voltaje y la corriente.
Al resultar corrientes no sinusoidales se habla de distorsión armónica y de consumos no-lineales.
ii T1
T2
V
+
-
VRL
+
-
400
300
200
100
0
-100
-200
-300
-400
0.0040
VOLTAJE (V)
0.008 0.012 0.016 0.020 TIEMPO (s)
VOLTAJE DE RED v
0.0040
CORRIENTE (A)
0.008 0.012 0.016 0.020 TIEMPO (s)
CORRIENTE I
1.5
1
0.5
0
-0.5
-1
-1.5400
300
200
100
0
-100
-200
-300
-400
0.0040
VOLTAJE (V)
0.008 0.012 0.016 0.020 TIEMPO (s)
VOLTAJE EN LA CARGA vRL
Figura 3 Dispositivo de control de la corriente y el voltaje de un circuito lineal.
5 •
2.1. Planteamiento general.
La corriente o el voltaje no sinusoidal se puede expresar mediante diversas componentes, llamadas armónicas:
La Tabla 1 muestra el análisis armónico dela corriente, en amperes y en porcentaje, correspondiente a la comente de la Figura 3. Cada armónica tiene su fase y su amplitud; en general, las armónicas de orden par son nulas debido a que los dispositivos actúan en forma simétrica y periódica. Las armónicas de orden elevado son pequeñas, fundamentalmente debido a que las variaciones son suavizadas por la presencia de inductancias en el...