plating electronic GmbH de Sexau, en la Selva Negra, diseña fuentes de corriente continua y pulsada para la tecnología de superficies y galvanoplastia, entre otras. Con la nueva tecnología de rectificadores AFE, que se presentó el año pasado en las Jornadas de Tecnología de Superficies de ZVO, es posible optimizar la corriente y la tensión de red en las plantas de galvanoplastia y evitar los armónicos.
Armónicos en plantas de producción
Fig. 1 a-d: Representación gráfica del consumo de corriente sinusoidal: a) Punto de funcionamiento: 20 V / 2500 A (50 kW) DCTacuestión de los armónicos en las redes de suministro de energía eléctrica es cada vez más importante. En las redes industriales en particular, los armónicos de tensión pueden provocar el fallo de los consumidores eléctricos y, por tanto, perjudicar el proceso de producción. En muchas redes industriales, los armónicos están presentes constantemente pero no se reconocen como críticos. Una causa frecuente de armónicos es el uso de cargas no lineales en los procesos de producción. 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.
Estas cargas no lineales provocan una distorsión de la tensión y la corriente de red, que idealmente deberían ser sinusoidales. A este respecto, debe prestarse especial atención a la impedancia de red característica (= resistencia a la corriente alterna / resistencia interna compleja) de la red de alimentación eléctrica en la respectiva operación de producción. En la práctica, los términos "red dura" o "red blanda" se utilizan a menudo para la caracterización. En una red de suministro eléctrico dura (baja impedancia de red), un alto contenido de armónicos tiene menos efecto sobre las cargas eléctricas conectadas que en una red blanda (alta impedancia de red).
Si se supera un determinado valor límite dependiente de la red o del transformador, pueden producirse problemas en el suministro de energía a los consumidores eléctricos y, por tanto, su avería. Un parámetro importante en este contexto es, por ejemplo, la impedancia de cortocircuitodel transformador de alimentación para alimentar el rectificador.
Parámetros para evaluar la calidad de la energía
b) Punto de funcionamiento: 29 V / 3450 A (100 kW) A continuaciónse explican brevementealgunosparámetros para evaluar la calidad de la energía. Estos parámetros deben tenerse siempre en cuenta al instalar rectificadores (> 100 kW) y aclararse con los socios del proyecto.
En la práctica, la distorsión armónica total de la corriente (THDI) y la tensión (THDU) se utilizan para evaluar la calidad de una red de suministro. Estos valores se definen como sigue
La distorsión armónica total de la tensión (THDU) indica la distorsión armónica total de la tensión de alimentación. Este valor se define como el cociente del valor efectivo de las tensiones armónicas en relación con el valor efectivo de la oscilación fundamental de la tensión de alimentación. Este valor suele calcularse como la suma geométrica de todos los componentes de tensión/armónicos en relación con el valor eficaz de la fundamental hasta el 40º armónico inclusive.
Un valor bajo de THDU suele considerarse sinónimo de buena calidad de la tensión.
La distorsión armónica total de la corriente (THDI) indica la distorsión armónica total de la corriente. Este valor se define como el cociente del valor efectivo de las corrientes armónicas en relación con la oscilación fundamental de la corriente. Este valor se determina por medición en un punto de carga específico en un momento preciso. Este valor suele calcularse como la suma geométrica de todos los componentes de la corriente armónica en relación con la corriente fundamental hasta el 40º armónico inclusive.
c) Punto de funcionamiento: 35 V / 4275 A (150 kW) DTodas lascorrientes 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 y provocan distorsiones en las tensiones de alimentación de otros dispositivos. Como resultado, la distorsión armónica de la corriente es una causa de la distorsión de la tensión.
Transformador de alimentación existente:
- Impedancia de cortocircuito del transformador de alimentación - ValorUK: esta información se utiliza para evaluar si la red de energía existente es una red "suave" o "dura". La impedancia de cortocircuito puede utilizarse para obtener un valor de impedancia para la red de suministro de energía.
- Utilización del transformador de alimentación: En el caso de los sistemas existentes, debe comprobarse la utilización del transformador de alimentación existente para los rectificadores. Debe prestarse especial atención a las reservas disponibles para que los rectificadores funcionen de acuerdo con las especificaciones.
Los puntos mencionados anteriormente sólo sirven para una evaluación aproximada de una red existente. Un análisis significativo de la red de clientes sólo puede realizarlo una empresa especializada. Este análisis tiene en cuenta la interacción entre los sistemas de generación y consumo existentes en puntos de funcionamiento típicos. A menudo se realiza una simulación de la red para identificar los puntos débiles y tomar las contramedidas adecuadas.
Armónicos en conexión con rectificadores (galvánicos)
En principio, las fuentes de alimentación conmutadas (SMPS) o los rectificadores basados en tiristores con rectificación pasiva generan corrientes armónicas/perturbaciones en la red. Éstas provocan un consumo de corriente no sinusoidal (distorsión) que puede medirse como armónicos de corriente/perturbaciones de red.
Medidas técnicas para compensar los armónicos
d) Punto de funcionamiento: 40 V / 5000 A (200 kW) DCLassoluciones prácticas para compensar los armónicos son
- Filtros pasivos de armónicos: Estos filtros pueden utilizarse para conseguir una reducción significativa del contenido de armónicos y un aumento del factor de potencia. Sin embargo, estos sistemas de filtrado sólo funcionan eficazmente a la potencia de carga nominal, ya que los componentes electrónicos están diseñados para el punto de funcionamiento nominal. En funcionamiento con carga parcial, el componente armónico aumenta y el factor de potencia se reduce. Hay que tener en cuenta la caída de tensión resultante a través del filtro.
- Filtros de armónicos activos: Las desventajas de los filtros de armónicos pasivos mencionadas anteriormente pueden compensarse con una solución de filtro activo. En principio, los filtros de armónicos activos pueden describirse como una fuente de corriente dinámica. Estos filtros se instalan en paralelo con la carga y analizan los armónicos de corriente resultantes. Basándose en el análisis, se puede alimentar una corriente opuesta correspondiente. Así se reducen considerablemente los armónicos. Como el filtro se instala en paralelo con la carga, no es necesario generar toda la corriente de carga, sino sólo la corriente de compensación necesaria.
- Rectificación activa - tecnología Active Front End (AFE): las cargas con tecnología Active Front End tienen rectificación activa de la corriente alterna, lo que da como resultado un consumo de corriente con una forma de onda sinusoidal casi perfecta. Esto conlleva una reducción significativa de los armónicos y un aumento del factor de potencia hasta casi 1,00. Esto va acompañado de una reducción de la corriente de fase, lo que significa que la alimentación de las cargas puede diseñarse para una potencia activa casi nominal. Desde un punto de vista técnico, la tecnología Active Front End es la mejor forma de reducir directamente los armónicos. Esta tecnología ya está establecida y probada en la práctica industrial desde hace varios años, por ejemplo, para el funcionamiento de:
- Accionamientos controlados por frecuencia
- Inversores para máquinas de manipulación y procesamiento
- Robots y dispositivos de manipulación
En comparación con los consumidores con filtros de red activos o pasivos, los dispositivos con tecnología AFE pueden tener una mayor eficiencia eléctrica. Esto se debe a que no se instalan componentes adicionales que reduzcan la eficiencia del sistema.
Ventajas de la tecnología AFE
Los rectificadores con tecnología AFE se comportan como una carga resistiva en el sistema de consumo eléctrico. Este comportamiento es posible gracias al control PWM del rectificador, que conduce a una reducción significativa de los picos de armónicos de corriente.
El consumo de corriente sinusoidal evita las distorsiones de tensión, por lo que no es necesario compensar los armónicos del rectificador. Esto se asocia a un aumento del factor de potencia de 0,95 estándar a 1,00. Las oscilaciones armónicas (THDI) se reducen así a menos del 3 %. El consumo de corriente en fase conduce a una reducción de la corriente de fase y, por tanto, a una menor carga del transformador de alimentación. También cabe destacar
- No se producen huecos de conmutación, es decir, no se perjudica a otros consumidores eléctricos.
- potencia reactiva muy baja debido al comportamiento óhmico de la corriente y la tensión
- El consumo de corriente sinusoidal conduce a una menor carga de red
- Sin distorsión de la tensión y, por tanto, sin necesidad de sobredimensionar el transformador de alimentación.
- Se evita la excitación a la oscilación de la red
Las figuras 1a-d ilustran el consumo de corriente sinusoidal de la red de alimentación. El rectificador de referencia en este caso es una Power Station pe5910 con tecnología AFE - 40V/5000A CC o 200 kW CC.
