¿Qué son los armónicos?
En un sistema de energía eléctrica, un armónico es un voltaje o corriente a un múltiplo de la frecuencia fundamental del sistema. Los armónicos pueden describirse mejor como la forma o las características de una forma de onda de voltaje o corriente en relación con su frecuencia fundamental. Cuando las formas de onda se desvían de una forma de onda sinusoidal, contienen armónicos.
Las frecuencias armónicas en la red eléctrica son una causa frecuente de problemas de calidad de la energía, lo que resulta en un aumento del calentamiento en el equipo y los conductores, fallos de encendido en los variadores de velocidad y pulsaciones de par en los motores.
¿Qué causa los armónicos?
Las cargas eléctricas de CA se denominan lineales o no lineales, dependiendo de cómo extraigan corriente de la forma de onda de la fuente de alimentación de red. Con una carga lineal, la relación entre el voltaje y las formas de onda de corriente son sinusoidales y la corriente en cualquier momento es proporcional al voltaje; esto se conoce como la ley de Ohm. Ejemplos de cargas lineales incluyen transformadores, motores y condensadores.
Con una carga no lineal, la corriente no es proporcional a la tensión y fluctúa en función de la impedancia de carga alterna, lo que significa que la corriente que consume no tiene la misma forma de onda que la tensión de alimentación. Las cargas no lineales atraen corrientes en pulsos cortos abruptos. Estos pulsos distorsionan las formas de onda de la corriente, lo que a su vez genera armónicos que pueden provocar problemas de potencia que afectan tanto al equipo del sistema de distribución como a las cargas conectadas a él. Ejemplos de cargas no lineales incluyen rectificadores, unidades de velocidad variable y dispositivos electrónicos como computadoras, impresoras, televisores, servidores y sistemas de telecomunicaciones que utilizan tecnologías de conversión de energía de fuente de alimentación de modo conmutado (SMPS).
¿Cuáles son las consecuencias de los armónicos?
La capacidad de un sistema de potencia para funcionar a niveles óptimos se ve comprometida cuando la distorsión armónica entra en el sistema. Los armónicos crean ineficiencias en las operaciones de los equipos debido a la mayor necesidad de consumo de energía. El aumento de la corriente total requerida crea mayores costos de instalación y servicios públicos, sobrecalentamiento y disminución de la rentabilidad.
¿Cómo se pueden reducir los armónicos?
Algunas de las formas más populares de controlar armónicos incluyen:
- Tratando de reducir las corrientes armónicas producidas por la carga. Agregar un reactor de línea o transformador en serie reducirá significativamente los armónicos, además de proporcionar beneficios de protección transitoria.
- Agregar filtros para extraer las corrientes armónicas del sistema, bloqueando así que las corrientes entren al sistema en primer lugar, o suministrar las corrientes armónicas localmente. Por ejemplo, agregar un filtro de derivación cortocircuita las corrientes armónicas lo más cerca posible de la fuente de distorsión. Esto mantiene las corrientes fuera del sistema de suministro. El filtro de derivación es una opción de filtro popular porque es rentable y puede corregir el factor de potencia de carga al tiempo que elimina la corriente armónica.
- Modificar la respuesta de frecuencia del sistema con filtros, inductores o condensadores. Los filtros activos funcionan suministrando electrónicamente el componente armónico de la corriente en una carga no lineal.
- Proporciona conexiones de transformador, que pueden reducir las corrientes armónicas en sistemas trifásicos.
- Cambiar el tamaño del condensador. Esta es a menudo una de las opciones menos costosas tanto para los servicios públicos como para los clientes industriales.
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