Arturo Zavala
Sistemas de Potencia I
ARMÓNICOS La distorsión armónica es una forma de ruido eléctrico.
CARGAS NO LINEALES INTRODUCCIÓN Las cargas eléctricas en un sistema alimentado en alterna con tensiones senoidales se pueden clasicar, atendiendo a cómo es la corriente por la carga, en dos grupos básicos.
!argas lineales. !argas no no lilineales.
"n una carga lineal, la forma de onda de la corriente es la misma #ue la forma de onda de la tensión. "$emplo de cargas lineales son los motores de inducción, las lámparas incandescentes % los calefactores. !onstitu%en un tipo de carga #ue &a sido mu% &abitual % cu%a principal caracter'stica es #ue se utili(a directamente directamente la potencia eléctrica para reali(ar reali(ar sus funciones. )entro de las cargas no lineales se inclu%en todas a#uellas #ue solicitan corrientes no sinusoidales a partir de un generador senoidal, por lo #ue la forma de onda de la corriente es diferente de la forma de onda de la tens tensió ión. n. "ste "ste tipo tipo de car carga está está pres presen ente te en e#ui e#uipos pos % disp dispos osit itiv ivos os eléctricos o electrónicos donde el a&orro energético % el uso eciente de la electricidad es el aspecto más importante. )entro de cargas no lineales se pueden incluir los e#uipos de control de velocidad velocidad de motores, motores, lámparas lámparas *uoresce *uorescentes ntes % lámparas lámparas de descarg descarga, a, ordenadores, elementos de calefacción con control de temperatura, etc. "n las cargas no lineales es usual #ue la energ'a eléctrica no sea utili(ada direc directam tament ente e tal tal como como se sumini suministr stra, a, siendo siendo &abit &abitua uall la utili( utili(aci ación ón de circuitos recticadores #ue proporcionan una corriente % tensión continua a su sali salida da % per permit miten la reali eali(a (aci ción ón del del tra traba$o ba$o para para dic& dic&o o e#uip #uipo o. +eneralm +eneralmente, ente, en los circuitos circuitos donde se utili(an utili(an estos estos rectic recticador adores, es, la corriente no es de forma sinusoidal.
EFECTOS NEGATIVOS NEGATIVOS Sobre la década pasada, alguna compa'a de electricidad % -IS de gerentes gerentes &an descubier descubierto to repenti repentiname namente nte un problema problema sorprende sorprendente nte !omo ellos adicionaron muc&as computadoras % e#uipo electrónico, el factor de poder para la compa'a de electricidad ba$ó. "n algunos casos, la reducción en el fact factor or de pote potenc ncia iarr era era suc sucie ient nte e como como para para prod produc ucir ir car cargos e/tr e/tras as 0penali(ar el ba$o factor de potencia1. A2n peor, fallas en transformadores % conductores coincidieron coincidieron con el ba$o factor de potencia. "l uso de e#uipo e#uipo electr electróni ónico co moder moderno no &a cambia cambiado do nuestr nuestras as vidas vidas 0la ma%or'a argumentar'an para me$orar1 pero tenido cambiado también la cara caract cter er's 'sti tica ca de car carga de las las inst instal alac acio ione ness mode moderrnas. nas. Las Las car cargas gas
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electrónicas &an ganado el nombre de 3!arga no lineal45 para describir la forma de la potencia. Algunos de los efectos adversos de cargas no lineales concentradas sobre sobre una compa'a de electricidad son • • • • • • •
La distorsión de volta$e dentro de instalaciones Las corrientes e/cedentes por el neutro Los altos niveles volta$e volta$e de neutro neutro a tierra tierra Los recalentamiento en transformadores Los grandes campos magnéticos #ue emanan desde transformadores La reducción en la capacidad de distribución Penali(ación Penali(ación por ba$o factor de potencia
"l término carga no lineal se usa usualmente para describir las fuentes de alimentación tipo 3s6itc&4 #ue se encuentran en computadoras personal. )e &ec&o, este tipo de fuente de alimentación se usa usualmente en un montón de aplicaciones. Los &ornos de microondas, impresoras de láser, instrumentación médica, stereos, televisores, % la iluminación electrónica están entre unos cuantos dispositivos #ue usan fuente de alimentación tipo 3s6itc&4. Los otros otros tipos de cargas no lineales inclu%en dimmers para lu(, recticadores de 7 pulsos, controladores de carga por fase % ángulo de seis puls pulsos os % recti ectic ca ador dores de 89 puls pulsos os.. Los vari variad ador ores es de velo veloci cida dad d com2nmente usan recticadores de 7 pulsos % controladores de fase % ángulo. "l problema con cargas no lineales es la forma no sinusiodal de la corriente. La gura 8 muestra la forma de la corriente en una fuente monofásica tipo 3s6itc&4. La corriente está presente por cortos per'odos de 9 a : ms por cada medio ciclo. "n el contraste, a una carga sinusoidal la corriente se encuentra encuentra presen presente te durante durante todo el medio ciclo 0;.::ms1 0;.::ms1 % es similar similar a la forma de onda del volta$e aplicado. La forma de onda de la corriente en las fuentes tipo tipo 3s6itc&4 causa diversos diversos problemas problemas "l primero, las pérdidas de volta$e ocasionadas por la forma de la corriente se concentran en un punto dentro de la onda de A!. "l segundo, en sistemas de distribución distribución trifásica, las corrientes corrientes para cargas cargas e#uilibradas comparten el regreso entre fases, % la corriente de regreso podr'a ser cero o no necesariamente necesariamente produciendo desbalances.
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CAUSAS Y EFECTOS DE LOS ARMÓNICOS "n general, los armónicos son producidos por cargas no lineales #ue a pesar de ser alimentadas con una tensión senoidal absorben una intensidad no seno senoid idal al.. Para ara simp simpli lica carr se cons consid ider era a #ue #ue las las carg cargas as no line lineal ales es se comportan como fuentes de intensidad #ue in%ectan armónicos en la red. Las cargas armónicas no lineales más comunes son las #ue se encuentran en los recep receptor tores es alime alimenta ntados dos por electr electrónic ónica a de potenc potencia ia tales tales como como variador variadores es de velocidad, velocidad, recticador recticadores, es, convertidor convertidores, es, etc. =tro =tro tipo de cargas tales como reactancias saturables, e#uipos de soldadura, &ornos de arco arco,, etc. etc.,, tamb tambié ién n in%e in%ect ctan an armó armónic nicos os.. "l resto esto de carg cargas as tien tienen en un comportamiento lineal % no generan armónicos inductancias, resistencias % condensadores.
Las cargas lineales tales como inductancias, condensadores y resistencias, no generan armónicos.
Las cargas no lineales son las que generan armónicos.
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Efectos de los armónicos
Causas
Consecuencias
Las intensidades armónicas provocan el aumento de la IRMS. El efecto pelicular (efecto s!in" reduce la sección efectiva de los conductores a medida que aumenta la frecuencia.
Sobre los conductores
#isparos intempestivos de las protecciones. Sobrecalentamiento de los conductores.
Sobre el conductor de neutro
$uando e%iste una carga trif&sica ' neutro equilibrada que genera armónicos impares mltiplos de ).
$ierre de los armónicos *omopolares sobre el neutro que provoca calentamientos y sobre intensidades
Sobre los transformadores
+umento de la IRMS. Las prdidas por -oucault son proporcionales al cuadrado de la frecuencia, las perdidas por *istresis son proporcionales a las frecuencias.
+umento de los calentamientos por efecto oule en los devanados. +umento de las prdidas en el *ierro.
Sobre los motores
+n&logas a las de los transformadores y generación de un campo adicional al principal
+n&logas a las de los transformadores m&s prdidas de rendimiento
Sobre los condensadores
#isminución de la impedancia del condensador con el aumento de la frecuencia.
Enve/ecimiento prematuro, amplificación de los armónicos e%istentes.
HERR HERRAM AMIE IENT NTA A ARMÓNICO
MATE MATEMÁ MÁTI TICA CA
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ANÁL ANÁLIS ISIS IS
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"n matemáticas el anál anális isis is armóni mónico co o análi nálissis de básicas> o armónicos armónicos.. Serie !e Fo"rier
Las series de
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