Armónicos del sistema eléctrico

Una razón particular por la que las compañías eléctricas piensan que los armónicos son malos es que tienen que suministrarlos (lo que significa un cable en general un poco más grueso en promedio) Y generalmente no pueden facturar al usuario por ellos. Por supuesto, hay excepciones (para usuarios con mayor consumo de energía) y se les alienta (por el costo de su factura) a mantener los armónicos bajos y el factor de potencia tan cerca de la unidad como sea posible.

Un armónico es un término que casi siempre se aplica a una carga no lineal que distorsiona la corriente de carga sineusoidal normal. Básicamente, no es un mayor consumo de energía, pero sí significa que la infraestructura debe ser capaz de hacer frente a las corrientes facturables básicas y los armónicos generalmente no facturables: -

Lo siguiente puede ayudar a comprender las cargas no lineales y cómo generan armónicos.

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Figura1.Unsimplepuenterectificador,uncondensadordealisadoyunacargaresistiva.

ElcircuitodelaFigura1deberíaserlosuficientementefácildeentender.CuandolaentradadeCAsuperiorespositiva,lacorrientefluyeatravésdeD2,R1yD3deregresoalaotralíneadeCA.C1secargaymantieneelvoltajeenlacarga.Parauningenieromecánico,estoseríaanálogoatenerdossuministroshidráulicospulsados,cuatroválvulasderetención(D1-4),undepósitodepresión(C1)ylacarga(R1).

Enloqueantecede,debeobservarsequelacorriente(flujo)enelprimerpulsoseguirálapresióndesuministro,peroqueenlospulsossubsiguientesnofluirácorrientehastaquelapresióndelsuministrosuperelapresióndelreservorio.Elresultadoesquelacorrienterequeridafluyeenpulsos;vealascurvasnegrasenlaFigura2.

Figura2.CArectificada(rojo),voltajedelcapacitor(azul)ycorrientedelrectificador(negro).LacorrienteCA(alaizquierdadelrectificadorenlaFigura1)severásimilaralacurvanegra,exceptoquecadasemiciclosealternaráporencimaypordebajodelalínea.

Tambiéndeberíaserintuitivo,yaqueelrectificadorproporcionaunacorrienteenpulsosquelacorrientemáximapuedeservariasveceslacorrientepromedio.

Dadoquecualquierondaperiódicapuedeformarsemediantelaadicióndeunaondasinusoidaldelafrecuenciafundamentalysusarmónicos(encantidadesvariables),lademandadecorrientedistorsionadacreaarmónicosenlaofertaactual.

Figura3.EstafabulosailustracióndelaTransformadadeFourierdeLucasV.Barbosaenlapáginade Transformada de Fourier de Wikipedia muestra la transformación de una forma de onda periódica del dominio del tiempo al dominio de la frecuencia. La gráfica de frecuencia muestra la fuerza relativa de los armónicos con una claridad que no se pudo obtener al mirar la gráfica de tiempo.

Si entiendes cómo los rodamientos de rodillos crean impulsos a partir de superficies irregulares, entonces puedes imaginar que la corriente recibe golpes y armónicos debido a la impedancia irregular. Causa más calor y desgaste. En magnéticos, una vez que la fuerza alcanza la saturación como si fuera un resorte tocando fondo, la fuerza aumenta bruscamente causando daños por exceso de corriente.

El comportamiento no lineal de todos los núcleos magnéticos es como un juego en una transmisión por correa, pero quizás más suave. La histéresis y la rigidez o pendiente pronunciada de algunos frente a otros que son más suaves en motores de todo tipo afectan la cantidad de armónicos generados. Además, los suministros SMPS deben ser corregidos por el factor de potencia activa ahora si se trata de suministros grandes de CA-CC en estándares IEC. El 50% de THD reduce el PF en un 10%, lo que aumenta la energía almacenada en la red y aumenta las pérdidas de conducción.

Los armónicos también se generan mediante pulsos de corriente de frecuencia de línea, como los suministros lineales de tapa de puente de diodo lineal viejo que son todo menos lineales en el extremo frontal. La corriente solo carga ~ 10% o < 30% dependiendo de la carga y la clasificación y luego descarga a los reguladores el resto del tiempo entre cada medio ciclo. Estos impulsos crean armónicos incluso más dañinos que se agregan en fase en el cable neutro del transformador, mientras que los armónicos impares tienden a cancelarse en un modo diferencial o sistema delta de 3 fases. (las ondas cuadradas perfectas al 50% no tienen armónicos pares)

, Por lo tanto, los armónicos son como protuberancias en una impedancia de la superficie de los rodamientos de rodillos que agregan exceso de calor, fuerzas de esfuerzo, menor eficiencia, capacidades de aislamiento, lo que resulta en una vida útil más baja y un mayor costo de propiedad.