En los sistemas eléctricos modernos, el problema de los armónicos se ha convertido en una preocupación significativa debido al uso creciente de cargas no lineales, como unidades de frecuencia variable (VFD), rectificadores y otros dispositivos electrónicos de potencia. Estas cargas no lineales inyectan corrientes armónicas en la red eléctrica, lo que puede conducir a una variedad de problemas, incluido el sobrecalentamiento de equipos, la interferencia con los sistemas de comunicación y la medición inexacta. Un reactor en serie es una de las soluciones efectivas para mitigar el contenido armónico en un circuito, y como proveedor de reactores en serie, profundizaré en cómo un reactor en serie afecta el contenido armónico en un circuito.
Comprender los armónicos en un circuito eléctrico
Antes de discutir el papel de un reactor en serie, es esencial comprender qué son los armónicos. En un sistema eléctrico ideal, las formas de onda de voltaje y corriente son ondas sinusoidales puras con una sola frecuencia, generalmente la frecuencia fundamental (p. Ej., 50Hz o 60Hz). Sin embargo, cuando las cargas no lineales están conectadas al sistema, dibujan la corriente de manera no sinusoidal. Estas corrientes no sinusoidales se pueden descomponer en una serie de componentes sinusoidales con frecuencias que son múltiplos enteros de la frecuencia fundamental. Estos componentes se llaman armónicos. Por ejemplo, el tercer armónico tiene una frecuencia de 3 veces la frecuencia fundamental, el quinto armónico tiene una frecuencia de 5 veces la frecuencia fundamental, etc.
Los armónicos pueden causar varios problemas en un circuito eléctrico. Pueden aumentar el valor RMS (raíz - medio cuadrada) de la corriente, lo que lleva a pérdidas adicionales en los conductores, transformadores y otros equipos. Esto puede dar lugar a una vida útil de sobrecalentamiento y una reducción de la vida útil del equipo. Además, los armónicos pueden causar distorsión de voltaje, lo que puede afectar el rendimiento de equipos electrónicos sensibles.
Cómo funciona un reactor en serie
Un reactor en serie es un dispositivo inductivo que está conectado en serie con la carga o en el circuito. La impedancia de un inductor viene dada por la fórmula (z = j \ omega l), donde (\ omega = 2 \ pi f) es la frecuencia angular, (l) es la inductancia del reactor, y (j = \ sqrt {- 1}).
La impedancia del reactor en serie aumenta con la frecuencia. A la frecuencia fundamental, la impedancia del reactor es relativamente baja, por lo que tiene un impacto mínimo en el funcionamiento normal del circuito. Sin embargo, a medida que aumenta la frecuencia de las corrientes armónicas, la impedancia del reactor también aumenta significativamente.
Cuando las corrientes armónicas fluyen a través del reactor en serie, la mayor impedancia del reactor para estos componentes de alta frecuencia provoca una caída de voltaje a través del reactor. De acuerdo con la ley de Ohm (v = Iz), donde (v) es la caída de voltaje, (i) es la corriente y (z) es la impedancia. Dado que la impedancia del reactor es mucho mayor para los armónicos en comparación con la frecuencia fundamental, la caída de voltaje a través del reactor para las corrientes armónicas es mucho mayor.
Esta caída de voltaje a través del reactor de la serie reduce la cantidad de corriente armónica que puede fluir hacia el resto del circuito. En otras palabras, el reactor de la serie actúa como un filtro para las corrientes armónicas, bloqueándolas o atenuando antes de que puedan causar problemas en el sistema eléctrico.
Tipos de reactores en serie y su impacto en los armónicos
Existen diferentes tipos de reactores en serie disponibles en el mercado, cada uno con sus propias características y aplicaciones.
Reactor de CA de salida de cobre
ElReactor de CA de salida de cobrees un tipo de reactor en serie que usa cobre como material de conductor. El cobre tiene una excelente conductividad eléctrica, lo que significa que tiene baja resistencia a la frecuencia fundamental. Esto da como resultado una baja pérdida de potencia durante el funcionamiento normal del circuito.
Para la mitigación armónica, la impedancia de alta frecuencia del reactor de CA de salida de cobre limita efectivamente el flujo de corrientes armónicas. La baja resistencia del cobre también garantiza que haya menos generación de calor debido al flujo de corrientes armónicas, lo cual es beneficioso para la confiabilidad a largo plazo del reactor.
Reactor de CA de salida de aluminio
ElReactor de CA de salida de aluminioes otra opción. El aluminio es una alternativa más efectiva al cobre. Aunque el aluminio tiene una resistencia ligeramente mayor que el cobre, sigue siendo un buen conductor.
Las características de impedancia de un reactor de CA de salida de aluminio son similares a las de un reactor de CA de salida de cobre a altas frecuencias. También puede reducir efectivamente el contenido armónico en el circuito. Sin embargo, debido a su mayor resistencia, puede haber un poco más de pérdidas de potencia a la frecuencia fundamental en comparación con un reactor de cobre.
Filtro de onda sinusoidal
AFiltro de onda sinusoidalTambién se puede considerar un tipo de reactor en serie. Está diseñado para convertir la salida no sinusoidal de un VFD en una forma de onda más sinusoidal. El filtro de onda sinusoidal consiste en un inductor (reactor en serie) y un condensador.
El reactor en serie en el filtro de onda sinusoidal ayuda a limitar la velocidad de cambio de la corriente y reducir los armónicos de alta frecuencia. El condensador, por otro lado, ayuda a compensar la potencia reactiva y mejorar aún más la calidad de la forma de onda. Juntos, pueden reducir significativamente el contenido armónico en el circuito y proporcionar una fuente de alimentación más limpia a la carga.
Calculando el efecto de un reactor en serie sobre armónicos
Para calcular el efecto de un reactor en serie en los armónicos, debemos considerar el circuito equivalente del sistema. El circuito se puede modelar como una fuente, un reactor en serie y una carga.
Supongamos que el voltaje de origen es (v_s), la impedancia del reactor en serie es (z_r = j \ omega l), y la impedancia de la carga es (z_l). La impedancia total del circuito es (Z_ {Total} = Z_R + Z_L).
La corriente que fluye a través del circuito está dada por (i = \ frac {v_s} {z_ {total}}). Para el análisis armónico, podemos considerar cada componente armónico por separado. Deje que el (n) th voltaje armónico sea (v_ {sn}) y la (n) th la impedancia armónica del reactor sea (z_ {rn} = jn \ omega_0l) (donde (\ omega_0) es la frecuencia angular del fundamental), y la (n) la impedancia armónica de la carga be (z_ {ln {{{{ln}).
La corriente armónica (n) th (i_n = \ frac {v_ {sn}} {z_ {rn}+z_ {ln}}). AS (n) aumenta, (Z_ {Rn}) aumenta, lo que reduce el valor de (i_n).
Por ejemplo, si tenemos una 5ª corriente armónica sin el reactor en serie, la corriente (i_ {5old} = \ frac {v_ {s5}} {z_ {l5}}). Después de instalar un reactor en serie, la 5ª corriente armónica (i_ {5new} = \ frac {v_ {s5}} {z_ {r5}+z_ {l5}}). Dado que (z_ {r5} = j5 \ omega_0l) es relativamente grande, (i_ {5new} \ lt i_ {5old}), que muestra que el reactor en serie ha reducido la 5ª corriente armónica.
Consideraciones prácticas en el uso de reactores en serie para la mitigación armónica
Al usar reactores en serie para mitigar los armónicos, hay varias consideraciones prácticas.
Primero, la calificación del reactor en serie debe seleccionarse cuidadosamente. El valor de inductancia del reactor debe elegirse en función del nivel de distorsión armónica en el circuito y los requisitos de la carga. Si la inductancia es demasiado baja, el reactor puede no ser efectivo para reducir las corrientes armónicas. Por otro lado, si la inductancia es demasiado alta, puede causar una caída de voltaje excesiva a la frecuencia fundamental, lo que puede afectar el rendimiento de la carga.
En segundo lugar, la ubicación de instalación del reactor en serie también es importante. Se puede instalar en el lado de entrada de la carga (por ejemplo, delante de un VFD) o en el lado de salida. La instalación del reactor en el lado de entrada puede proteger el sistema eléctrico aguas arriba de las corrientes armónicas, mientras que instalarlo en el lado de salida puede proteger la carga de la distorsión de voltaje.
Tercero, el aumento de la temperatura del reactor en serie debe ser monitoreado. Dado que las corrientes armónicas pueden causar pérdidas adicionales en el reactor, es importante asegurarse de que el reactor no se sobrecaliente. Se deben proporcionar medidas adecuadas de ventilación y enfriamiento si es necesario.
Conclusión
En conclusión, un reactor en serie es una herramienta efectiva para mitigar el contenido armónico en un circuito eléctrico. Al aumentar la impedancia de las corrientes armónicas de alta frecuencia, puede reducir la cantidad de corriente armónica que fluye al resto del circuito, protegiendo así el equipo de los efectos nocivos de los armónicos.
Como proveedor de reactores en serie, ofrecemos una amplia gama de productos que incluyenReactor de CA de salida de cobre,Reactor de CA de salida de aluminio, yFiltro de onda sinusoidalpara satisfacer las diferentes necesidades de nuestros clientes. Si enfrenta problemas con los armónicos en su sistema eléctrico o está buscando una solución confiable para mejorar la calidad de la potencia, lo invitamos a contactarnos para una discusión detallada y una negociación de adquisiciones. Nuestro equipo de expertos estará encantado de ayudarlo a seleccionar el reactor en serie más adecuado para su aplicación.
Referencias
- Dugan, RC, McGranaghan, MF y Beaty, HW (2003). Calidad de los sistemas de energía eléctrica. McGraw - Hill.
- IEEE STD 519 - 2014, IEEE Prácticas y requisitos recomendados para el control armónico en sistemas de energía eléctrica.
- Arrillaga, J. y Watson, NR (2003). Armónicos del sistema de energía: fundamentos, análisis y diseño de filtros. Wiley.