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• Ismael Panchi

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UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS- ESPE

EXTENSIÓN LATACUNGA

DEPARTAMENTO DE ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

Javier Villagómez Latacunga 06 2020 Email: [email protected]

Ismael Panchi Latacunga 06 2020 Email: [email protected]

Cristian Guilcazo Latacunga 06 2020 Email: [email protected]

Cristina Vázquez Latacunga 06 2020 Email: [email protected]

CONTROL ELECTRONICO DE POTENCIA

NIVEL: SEPTIMO ELECTRÓNICA

FECHA: 12-06-2020

Contenido 1.

TEMA........................................................................................................................................3

2.

OBJETIVOS.............................................................................................................................3 2.1. General....................................................................................................................................3 2.2. Específicos...............................................................................................................................3

3.

RESUMEN................................................................................................................................3

4.

ABSTRACT..............................................................................................................................3

5.

MARCO TEÓRICO................................................................................................................3 5.1. Definición................................................................................................................................3 5.2.

Origen de los armónicos...................................................................................................4

5.3 Efectos de los armónicos..........................................................................................................5 5.4. Soluciones...............................................................................................................................7 7.

RECOMENDACIONES..........................................................................................................9

8.

BIBLIOGRAFÍA....................................................................................................................10

Contenido de ilustraciones Y Ilustración 1. Armónico de un circuito.................................................................................................................4 Ilustración 2. Filtro de señales armónicas Fuente................................................................................................9

1. TEMA Definición, causas y soluciones de los armónicos para controlarlos en los conversores de potencia y su posterior estudio. 2. OBJETIVOS 2.1. General Investigar la definición, causas y soluciones de los armónicos para establecer la forma de reducirlos. 2.2. Específicos



Analizar las causas y efectos que producen los armónicos.



Indagar sobre las soluciones para evitar los armónicos en los circuitos eléctricos.

3. RESUMEN Los sistemas eléctricos cuentan actualmente con una gran cantidad de elementos llamados no lineales, los cuales generan a partir de formas de onda sinusoidales a la frecuencia de la red, otras ondas de diferentes frecuencias ocasionando el fenómeno conocido como generación de armónicos. Los armónicos son un fenómeno que causa problemas tanto para los usuarios como para la entidad encargada de la prestación del servicio de energía eléctrica ocasionando diversos efectos nocivos en los equipos de la red. 4. ABSTRACT The electric systems have a great quantity of non-linear called elements at the moment, which generate starting from sine waveforms to the frequency of the net, other waves of different frequencies causing the well-known phenomenon as generation of harmonic. The harmonic are a phenomenon that causes problems as much for the users as for the in charge entity of the benefit of the electric power service causing diverse noxious goods in the teams of the net. 5. MARCO TEÓRICO 5.1. Definición Son distorsiones de las ondas sinusoidales que provocan réplicas de las mismas, generando varias señales parecidas y que sumadas entre ellas dan como resultado la señal senoidal original.

Los armónicos se definen habitualmente con los dos datos más importantes que les caracterizan, que son: 

SU AMPLITUD: Hace referencia al valor de la tensión o intensidad del armónico,

SU ORDEN: Hace referencia al valor de su frecuencia referido a la fundamental (60 Hz). Así, un armónico de orden 3 tiene una frecuencia 3 veces superior a la fundamental, es decir 3 * 60 Hz = 180 Hz. Es decir 3 * 60 Hz = 180 Hz como se muestra en la ilustración 1.

Ilustración . Armónico de un circuito.[ CITATION mot \l 12298 ]

5.2.Origen de los armónicos En general, los armónicos son producidos por cargas no lineales, lo cual significa que su impedancia no es constante (está en función de la tensión). Estas cargas no lineales a pesar de ser alimentadas con una tensión sinusoidal adsorben una intensidad no sinusoidal, pudiendo estar la corriente desfasada un ángulo j respecto a la tensión. Para simplificar se considera que las cargas no lineales se comportan como fuentes de intensidad que inyectan armónicos en la red.

Las cargas armónicas no lineales más comunes son las que se encuentran en los receptores alimentados por electrónica de potencia tales como: variadores de velocidad, rectificadores, convertidores, etc. Otro tipo de cargas tales como: reactancias saturables, equipos de soldadura, hornos de arco, etc., también inyectan armónicos. El resto de las cargas tienen un comportamiento lineal y no generan armónicos inductancias, resistencias y condensadores. Existen dos categorías generadoras de armónicos. 

Las cargas no lineales en las que la corriente que fluye por ellas no es proporcional a la tensión. Como resultado de esto, cuando se aplica una onda sinusoidal de una sola frecuencia, la corriente resultante no es de una sola frecuencia. Transformadores, reguladores y otros equipos conectados al sistema pueden presentar un comportamiento de carga no lineal y ciertos tipos de bancos de transformadores

multifase

conectados

en

estrella-estrella

con

cargas

desbalanceadas o con problemas en su puesta a tierra. Diodos, elementos semiconductores y transformadores que se saturan son ejemplos de equipos generadores de armónicos, estos elementos se encuentran en muchos aparatos eléctricos modernos. Invariablemente esta categoría de elementos generadores de armónicos, lo harán siempre que estén energizados con una tensión alterna. Estas son las fuentes originales de armónicos que se generan sobre el sistema de potencia. 

Aquellos elementos que tienen una impedancia dependiente de la frecuencia. Para entender esto más fácilmente mencionaremos algunos conceptos previos. La variación de la impedancia de una inductancia respecto a la frecuencia será la fórmula que determina dicha función, es decir la siguiente:

X l =2 πfL 1 2 πfC 5.3 Efectos de los armónicos La aparición de corrientes y/o tensiones armónicas en el sistema eléctrico crea problemas tales como:



El calentamiento es uno de los efectos más importantes de los armónicos.



El aumento de pérdidas de potencia activa



Sobretensiones en los condensadores



Sobrecarga de los conductores neutros



Sobrecalentamiento de los transformadores efectos que se detallan más adelante en la tabla 1.



Errores de medición, mal funcionamiento de protecciones.



Daño en los aislamientos.



Deterioro de dieléctricos.



Disparos intempestivos de los interruptores automáticos.



Distorsiones en sistemas de comunicaciones.



Ruido y posibles daños en circuitos electrónicos.



Alteraciones en la forma de onda.



Disminución de la vida útil de los equipos, en el caso de los motores, el calentamiento y deterioro del aislamiento puede provocar cortocircuitos en los devanados con el consiguiente riesgo para la vida de éste, y para la instalación.

Carga Sobre los Conductores

Sobre el conductor de neutro

Sobre los transFormadores

Causas  Las intensidades armónicas provocan el aumento de la IRMS,  El efecto pelicular (efecto "skin") reduce la sección efectiva de los conductores a medida que aumenta la frecuencia.  Cuando existe una carga trifásica + neutro equilibrada que genera armónicos impares múltiplos de 3.  Aumento de la IRMS  Las pérdidas por Faucault son proporcionales al cuadrado de la frecuencia, las perdidas por

consecuencias  Disparos intempestivos de las protecciones,  Sobrecalentamiento de los conductores.



 

Cierre de los armónicos homopolares sobre el neutro que provoca calentamientos y sobreintensidades. Aumento de los calentamientos por efecto Joule en los devanados, Aumento de las pérdidas en el hierro.

Sobre los motores

Sobre los condensadores

histéresis con proporcionales a las frecuencias.  Análogas a las de los transformadores y generación de un campo adicional al principal  Disminución de la impedancia del condensador con el aumento de la frecuencia.



Análogas a las de los transformadores más pérdidas de rendimiento.



Envejecimiento prematuro, amplificación de los armónicos existentes.

Tabla .. Causas y Efectos que provocan los armónicos sobre algunos elementos de un sistema Fuente.[ CITATION mot \l 12298 ]

5.4. Soluciones Reducir los síntomas ya sea incrementando la tolerancia del equipo y del sistema a los armónicos o modificar los circuitos y los sistemas para reducir su impacto, atrapar, o bloquear los armónicos con filtros como se muestra en la ilustración 2. Por supuesto hay excepciones. En casos de sobrecarga, daño de equipo o diseño inapropiado, estas causas que generan armónicos pueden ser corregidas, similarmente un aparato o equipo particular que produce un alto nivel de armónicos debe ser modificado o reemplazado. 1.- El primer paso que se recomienda en cualquier investigación sobre el problema de armónicas es inspeccionar el equipo y el circuito eléctrico. Estos problemas son causados o empeorados por cargas desbalanceadas, mala conexión a tierra, problemas con el conductor neutro, por problemas con equipo o por uso inapropiado. Esto puede ser identificado con una inspección cuidadosa con equipo apropiado. 2.- Sobredimensionamiento: En una instalación donde la presencia de armónicos es relativamente importante si el transformador trabaja en límites próximos al 75% de su potencia nominal, se pueden presentar síntomas de notable relevancia, como consecuencia de las cargas deformantes, pudiendo apreciar manifestaciones tales como vibraciones y ruidos,

sobrecalentamientos

y

(magnetotérmicos y diferenciales).

disfunciones

en

los

elementos

de

protección

Con fuentes de mayor potencia y pletinas y cables de mayor sección, se consigue que el efecto de los armónicos en las instalaciones, provoque menos incidencias y tarde más en manifestarse. Al tener mayor potencia de fuente, la distorsión de tensión será menor (la calidad de la tensión será mejor) ya que la relación de la potencia armónica respecto a la potencia de la fuente es menor. De esta manera la impedancia de la instalación es más baja gracias al sobredimensionamiento de la fuente. Si los armónicos tienen una sección mayor de cable o de pletina por donde circular, el efecto piel tendrá menor incidencia provocando un menor calentamiento de los conductores y de las protecciones. En resumen, como consecuencia de este sobredimensionamiento la impedancia total de la instalación disminuye, evitando que aumenten las pérdidas por efecto Joule ocasionadas por los armónicos al ofrecer una sección mayor en cables y pletinas. 3.- Los medios disponibles para atenuar o disminuir el fenómeno conocido como armónicos en líneas se basan en el control de la magnitud de las corrientes con armónicos. Y para eso se disponen de sistemas como los filtros de tipo pasivos, de tipo activo y de tipo híbridos y de transformación de separación. Los filtros se utilizan para bloquear o atrapar la energía de los armónicos de tal manera que no fluya por los equipos o que no entre al sistema.  Filtros Híbridos. - Usan filtros activos y pasivos son colocados en serie y en paralelo en la carga de los usuarios, se combina en este caso un comportamiento mejor con un menor costo y menor consumo de potencia.

 Filtros Pasivos. - Son los más simples, más económicos, pero menos flexibles y efectivos para filtrar armónicas. Son elementos puramente pasivos, usados por las empresas como circuitos en paralelo en la entrada de los servicios con problemas de generación de armónicas, evitando de esta manera que entren al sistema de distribución.

 Filtros Activos. - Son elementos de potencia, los cuales trabajan usando un convertidor de potencia conectado en paralelo para producir corrientes armónicas iguales a las que se encuentran en la corriente de carga, asegurando que su trayectoria sea la de sacar las corrientes armónicas fuera de la trayectoria del sistema de distribución.

Ilustración . Filtro de señales armónicas Fuente.[ CITATION mot \l 12298 ]

6. CONCLUSIONES 

Las formas de onda distorsionadas pueden ser descompuestas en una suma de la señal de frecuencia fundamental y las armónicas.



La presencia de armónicas afecta severamente la lectura de los instrumentos, lo que implica tomar en cuenta diversas precauciones al realizar una lectura.



Los armónicos son un fenómeno que causa problemas tanto para los usuarios como para la entidad encargada de la prestación del servicio de energía eléctrica ocasionando diversos efectos nocivos en los equipos de la red.



La presencia de componentes armónicas tanto de voltaje como de corriente puede ocasionar pérdidas de potencia por calentamiento tanto en los devanados como en el núcleo estático y rotatorio de las maquinas rotatorias.



Una solución es utilizar filtros, los que debe ser cuidadosamente diseñado, aunque los mejores resultan los filtros híbridos que combinan un mejor comportamiento entre un menor costo y menor consumo de potencia.

7. RECOMENDACIONES 

Filtrar la información y hacer uso de lo más importante para tener conocimiento previo de la atenuación de armónicos.



Determinar correctamente los armónicos que se generan en un circuito para de esta manera darle el tratamiento adecuado para la atenuación.



Tener cuidado con el diagnóstico y diseño del filtro, pues estos también tienen el potencial de crear y amplificar el problema de los armónicos.

8. BIBLIOGRAFÍA

 Rashid, Muhammad. H. (1993). Electrónica de Potencia, Circuito, Dispositivos y Aplicaciones. (3a Edición). México: PEARSON EDUCACIÓN, S.A.  Eduardo Sánchez, INFORME PARA ARMÓNICOS EN LÍNEAS, SUS CAUSAS Y LOS MEDIOS PARA ATENUARLOS, Página 3 http://www.slideshare.net/ejcomunicaciones/informe-sobre-armonicos.  Arrillaga J., Eguíluz I. (1994). Armónicos en Sistemas de Potencia. España: Electra de Viesgo S.A.http://www.lpi.