La aparición de armónicos en las redes de suministro de corriente alterna es conocida desde hace años y ha sido objeto de numerosas publicaciones. Recientemente, sin embargo, el tema ha cobrado cada vez más importancia.
Los efectos de los armónicos en las redes de suministro eléctrico tienen un impacto notable en la industria manufacturera, por ejemplo. En las redes industriales, en particular, los armónicos pueden provocar fallos en los consumidores eléctricos y, por tanto, perjudicar el proceso de producción. Los armónicos están presentes constantemente en las redes eléctricas industriales, pero a menudo no se reconocen como críticos. Una causa frecuente de armónicos es el uso de cargas no lineales en los procesos de producción modernos. Entre ellas se incluyen, por ejemplo
- Convertidores de frecuencia para accionamientos eléctricos
- Fuentes de alimentación conmutadas para iluminación (lámparas LED/de bajo consumo)
- Sistemas de carga de baterías
- Sistemas informáticos, etc.
Fig. 1: Distorsión de corriente y tensión con rectificación pasiva - curvas típicas
El uso de cargas no lineales aporta ventajas tangibles para el usuario. Cabe destacar aquí el alto rendimiento eléctrico combinado con un bajo consumo de energía. Otras ventajas del uso de rectificadores con tecnología de fuentes de alimentación conmutadas son el bajo rizado residual y la alta precisión de control. Sin embargo, el uso de estas cargas no lineales provoca una distorsión de la corriente o tensión de red ideal y sinusoidal.
Armónicos en combinación con rectificadores (galvánicos)
En principio, las fuentes de alimentación conmutadas o los rectificadores basados en tiristores con rectificación pasiva generan corrientes armónicas. Éstas provocan un consumo de corriente no sinusoidal (distorsión) que puede medirse como reacción de la red.
Parámetros para evaluar la calidad de la energía
En la práctica, la distorsión armónica total de la corriente (THDI) o de la tensión (THDU) se utiliza para evaluar la calidad de una red de suministro. Todas las corrientes armónicas generadas en una red deben fluir a través de las impedancias existentes y todas las demás ramas paralelas, lo que provoca caídas de tensión no lineales en las impedancias. Las tensiones armónicas resultantes se propagan por toda la red e influyen en la calidad de la tensión de alimentación de otros dispositivos. Como resultado, la distorsión armónica de la corriente es una causa de la distorsión de la tensión.
Medidas técnicas para compensar los armónicos
Los filtros de armónicos convencionales se instalan cerca de la carga y generan una corriente de compensación para reducir los armónicos en un sistema de suministro eléctrico. Desde el punto de vista global del sistema, los filtros de armónicos reducen la eficiencia del sistema debido a la caída de tensión adicional en el filtro.
Otra alternativa para reducir los armónicos en una red de suministro electrónico es el uso de cargas con rectificación activa, la llamada tecnología Active Front End (AFE). Estas cargas se comportan como una carga resistiva en el sistema de alimentación eléctrica, es decir, el consumo de corriente es sinusoidal. Con el armario rectificador POWER STATION pe5910-AFE de plating electronic, por primera vez está disponible en el mercado un rectificador con rectificación activa de 230 kW CC o 10.000 A. La tecnología AFE integrada en el rectificador conlleva una reducción significativa de los armónicos de corriente y una mejora de la eficiencia.
Fig. 3: Espectro de armónicos POWER STATION pe5910-AFE a 200 kW de potencia CC
Los usuarios se benefician de las siguientes ventajas al utilizar rectificadores con tecnología AFE:
- El consumo de corriente sinusoidal evita distorsiones de tensión, no se requiere compensación de armónicos para el funcionamiento del rectificador
- Aumento del factor de potencia de 0,95 a 1,00
- Reducción de THDI a menos del 3
- Reducción de la corriente de fase gracias al drenaje de corriente sinusoidal, es decir
- Menor carga en el transformador de alimentación
- Reducción del dimensionamiento del transformador para el funcionamiento del rectificador
- Alto rendimiento de hasta el 96 % gracias a la rectificación activa (tecnología AFE)
