Informe de Armónicos
Informe de Armónicos
Informe de Armónicos
INGENIERA
MEDICIN Y MITIGACIN DE
ARMNICOS DE VOLTAJE Y
CORRIENTE EN CIRCUITOS
CON CARGAS NO LINEALES
06 noviembre de 2015
13 noviembre de 2015
UNI - FIM
INDICE
INDICE................1
INTRODUCCIN..2
1. OBJETIVOS...........3
2. FUNDAMENTO TERICO......3
3. .MATERIALES UTILIZADOS ....11
4. PROCEDIMIENTO................................................................................13
5. CLCULOS Y RESULTADOS.........15
6. CUESTIONARIO.
7. CONCLUSIONES......
8. RECOMENDACIONES
9. BIBLIOGRAFA.
INTRODUCCIN
UNI - FIM
Medicin y mitigacin de
armnicos de voltaje y
corriente
2
UNI - FIM
1. OBJETIVOS
1. Utilizar el analizador de calidad Fluke en un circuito con cargas no lineales para comprobar
la existencia de armnicos de voltaje y corriente.
2. Realizar mediciones y verificar el error con los instrumentos de medida de valor eficaz
(RMS), analizador de calidad e instrumentos (TRMS) en una red que contienen armnicos.
3. Usar filtros pasivos para disminuir los armnicos en la red.
2. FUNDAMENTO TERICO
Qu son los armnicos y cmo nos afectan?
Con la instalacin masiva de equipos a base de electrnica de potencia (ordenadores,
variadores de velocidad, onduladores), la mayora de los usuarios se enfrenta a la presencia
de armnicos en las redes de distribucin elctrica.
Toda red elctrica est comprendida por una determinada cantidad de cargas. Cuando la
corriente que atraviesa una carga tiene la misma forma que la tensin, esta cargase denomina
lineal; por contra, cuando la forma de la corriente no se corresponde con la forma de la tensin,
la carga se denomina no lineal (vanse las figuras 1 y 2)
Lo
UNI - FIM
Los armnicos de rango par (2,4, 6, 8) no suelen estudiarse en los entornos industriales
porque se anulan gracias a la simetra de la seal alterna. Slo se tienen en cuenta en
presencia de una componente continua. Por contra, las cargas no lineales monofsicas tienen
un espectrorico en componentes armnicas de rango impar (3, 5, 7, 9), algo que tambin
sucede en las cargas trifsicas conectadas en tringulo, salvo porque estas ltimas no tienen
componentes de rango 3.
Adems del rango, los armnicos se clasifican segn su amplitud (indicada en % con respecto a
la fundamental) y su paridad (par o impar). Los armnicos, que tambin tienen importancia en la
compatibilidad electromagntica, forman parte de las perturbaciones tratadas en la norma EN
50160 por lo que respecta a la calidad del suministro elctrico.
UNI - FIM
Espectro de frecuencias armnicas
Un elemento esencial del estudio es el espectro de frecuencias armnicas de la seal; se trata
de la representacin grfica que enumera los armnicos presentes, la seal en frecuencia y en
amplitud. Aqu puede ver (figura 3) el espectro de algunas cargas habituales.
Debe tenerse en
cuenta
que
adems de los
armnicos
indicados
anteriormente,
en las redes tambin se encuentran otros dos tipos de componentes superpuestos ala onda
fundamental. Los inter-armnicos que se caracterizan por una frecuencia que no es mltiplo
dela fundamental (por ejemplo: 175 Hz no es mltiplo de 50 Hz), y los infra-armnicos los
cuales presentan una frecuencia inferior a la de la red.
Los primeros, aunque slo estn presentes en una pequea cantidad,pueden, por ejemplo,
perturbar las seales de control a distancia enviadas por los distribuidores de energa elctrica,
mientras que los ltimos suelen deberse a los convertidores de ciclo, los hornos de arco o los
variadores de velocidad.
UNI - FIM
Medicin de los armnicos presentes en una red
La resultante de los armnicos normalmente se explica por la distorsin armnica total (THD:
Total Harmonics Distortion). El clculo de THD permite calificar globalmente el nivel de
contaminacin de una red en tensin o en corriente (consulte la tabla 1 inferior).
Normalmente
se
clculo. La CEI 61000-2-2 define el THDF como la relacin (indicada en porcentajes) entre el
valor eficaz de las componentes armnicas y la amplitud de la fundamental:
UNI - FIM
En cuanto al THDR definido segn la norma DIN, representa la distorsin armnica en relacin al valor
eficaz real:
Debe tenerse en cuenta que, si bien los valores obtenidos mediante los dos mtodos son equivalentes en
casos de distorsiones reducidas, difieren mucho cuando los valores son importantes.
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la
potencia
UNI - FIM
A ttulo de ejemplo, para un ordenador equipado de una fuente de alimentacin conmutada, el factor de
cresta puede llegar a valores de entre 2 y 3 (vase la figura 6).
En mquinas giratorias: Adems de prdidas por efecto joule y prdidas magnticas suplementarias, la
presencia de tensiones armnicas puede provocar pares pulsatorios y, de rebote, vibraciones mecnicas
perjudiciales adems de una disminucin del rendimiento mecnico del motor.
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Por norma general, el factor armnico de tensin (HVF) debe ser inferior al 2%. Este factor se calcula con
la frmula siguiente:
3. MATERIALES UTILIZADOS
Capacitores.
10
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Focos
(True RMS-Valor
11
UNI - FIM
4. PROCEDIMIENTO
12
UNI - FIM
CASO I:
de
Medicin
I RMS
V RMS
h1 ( A)
h2 (A) h3 (A)
,
h1 (V ) h2 (V )
hasta el
,
h3 (V )
3. Ingresar en la opcin potencia del analizador y tomar datos de la potencia activa (P),
reactiva (Q) y aparente (S), adems el valor de PF (factor de potencia) y DPF (cos).
4. Ingresar en la opcin voltios/amperios/Hz y tomar datos de los valores CF (factor de cresta)
de la onda de corriente.
5. Tomar fotografas de los 3 grficos mostrados en pantalla en cada uno de las opciones
(armnicos de corriente, potencia y voltios/amperios/Hz).
13
UNI - FIM
6. Realizar la medicin de la corriente en la lnea con la pinza amperimtrica (TRMS) y la pinza
(RMS), luego medir el voltaje en la lnea con el multmetro (TRMS).
7. Implementar el circuito 1 colocando una carga de 3 lmparas fluorescentes en paralelo y
repetir las mediciones anteriores (pasos: 2, 3, 4, 5, 6).
8. Implementar el circuito 1 colocando una carga de 3 lmparas ahorradoras en paralelo y
repetir las mediciones anteriores (2, 3, 4, 6).
9. Implementar el circuito 1 colocando una carga de 6 lmparas ahorradoras en paralelo y
repetir las mediciones anteriores (pasos: 2, 3, 4, 6).
10. Implementar el circuito 1 colocando una carga de 9 lmparas ahorradoras en paralelo y
repetir las mediciones anteriores (pasos: 2, 3, 4, 5, 6).
CASO II: Uso de filtros pasivos serie y paralelo
1. Usando como carga 6 lmparas ahorradoras implementar un filtro serie sintonizado al
armnico 3 5 y realizar las mediciones de los pasos 2, 3, 4, 5, 6 del CASO I, luego medir
el voltaje en la carga.
2. Usando como carga 6 lmparas ahorradoras implementar un filtro paralelo sintonizado al
armnico 3 5 y realizar las mediciones de los pasos 2, 3, 4, 5, 6del CASO I.
4. CALCULOS Y RESULTADOS
5. CUESTIONARIO
DATOS OBTENIDOS EN EL LABORATORIO
D
PF
PF
0. 0.
27 26
0. 0.
27 26
0. 0.
27 26
14
UNI - FIM
0.19
0.2
0.19
0.2
0.19
0.2
0.19
0.2
231
.2
231
231.9 0.18
.4
231
231.9 0.18
.2
231
231.9 0.18
.3
231.9 0.17
24.5
2.3
24.5
2.3
25.6
2.3
24.9
2.4
0.0
1
0.0
1
0.0
1
0.0
1
0.04
0.04
0.04
0.04
0.0
4
0.0
4
0.0
4
0.0
4
1.
4
1.
4
1.
4
1.
4
0.
27
0.
27
0.
27
0.
27
0.
26
0.
26
0.
26
0.
26
C
F
DP P
F F
1.
4
1.
4
1.
4
1.
4
1.
4
1.
4
0.7
3
0.7
3
0.7
3
0.7
3
0.7
3
0.7
3
1
1
1
1
1
1
VR
MS
THD R
(I) %
THDR
(V)%
P
(K
W)
Q
(KVA
R)
S
(KV
A)
231
87.1
2.3
0.11
0.22
0.25
87.3
2.3
0.11
0.22
0.25
87.4
2.3
0.11
0.22
0.25
87.5
2.3
0.11
0.22
0.25
87.5
2.3
0.11
0.22
0.25
86.7
2.3
0.11
0.22
0.25
0.467
232
1.03
0.467
232
1.02
0.467
232
1.03
0.467
232
1.03
0.467
232
1.01
0.467
232
1.03
231.
2
231.
3
231.
3
231.
4
231.
1
C
F
DP
PF
F
1.
4
1.
4
1.
4
1.
4
1.
4
1.
4
0.9
1
0.9
1
0.9
1
0.9
1
0.9
1
0.9
1
0.4
5
0.4
5
0.4
5
0.4
5
0.4
5
0.4
5
15
UNI - FIM
CARGA: FOCOS AHORRADORES (6)
MULTIMETRO Y
PINZA
V
IRMS ITRMS
TRMS
(A)
(A)
(V)
VR
MS
THD R
(I) %
THDR
(V)%
P
(K
W)
Q
(KVA
R)
S
(KV
A)
232
85.7
1.9
0.23
0.43
0.43
85.8
0.23
0.43
0.43
85.6
1.9
0.23
0.43
0.43
85.7
1.9
0.23
0.43
0.43
85.8
0.23
0.43
0.43
85.6
1.9
0.23
0.43
0.43
85.3
1.9
0.23
0.43
0.43
1.04
2.08
231.5
2.08
1.04
2.08
231.5
2.07
1.04
2.08
231.5
2.06
1.04
2.08
231.5
2.05
1.04
2.08
231.5
2.05
1.04
2.08
231.5
2.06
1.04
2.08
231.5
2.01
231.
8
232.
1
232
231.
9
231.
7
231.
6
C
F
DP
PF
F
1.
4
1.
4
1.
4
1.
4
1.
4
1.
4
1.
4
0.9
3
0.9
3
0.9
3
0.9
3
0.9
3
0.9
3
0.9
3
0.4
7
0.4
7
0.4
7
0.4
7
0.4
7
0.4
7
0.4
7
VR
MS
THD R
(I) %
229.
9
85.9
THDR
(V)%
P
(K
W)
Q
(KVA
R)
S
(KV
A)
C
DPF PF
F
1.
0.4
0.43
4
8
1.
0.4
1.53
2.9
230.4
3
230
85.6
2.6
0.34 0.62
0.7
0.43
4
8
229.
1.
0.4
1.53
2.9
230.4
3
85.6
2.6
0.34 0.62
0.7
0.43
7
4
8
CARGA: FOCOS AHORRADORES (6) CON FILTRO EN SERIE
MULTIMETRO Y
ANALIZADOR DE CALIDAD FLUKE
PINZA
V
P
Q
S
IRMS ITRM
IRMS VR THD R THDR
C DP
TRMS
(K (KVA (KV
PF
(A) S (A)
(A)
MS
(I) %
(V)%
F F
(V)
W)
R)
A)
230.
0.2
1. 0.9 0.9
1.06
1.1
231.3
1.08
36.4
2.8
0.1
0.24
4
2
4
9
1
231.
0.2
1. 0.9 0.9
1.06
1.1
231.3
1.08
35.8
2.7
0.1
0.24
4
2
4
9
1
231.
0.2
1. 0.9 0.9
1.06
1.1
231.3
1.08
37
2.6
0.1
0.24
2
2
4
9
1
1.53
2.9
230.4
2.6
0.34
0.62
0.7
16
UNI - FIM
MULTIMETRO Y
PINZA
V
IRMS ITRMS
TRMS
(A)
(A)
(V)
VR
MS
THD R
(I) %
THDR
(V)%
P
(K
W)
Q
(KVA
R)
S
(KV
A)
231
73.6
2.5
0.24
0.53
0.58
73.5
2.4
0.24
0.53
73.3
2.4
0.24
0.53
2.06
2.6
231.8
2.57
2.06
2.6
231.8
2.44
2.06
2.6
231.8
2.42
231.
7
231.
6
C
F
DP
PF
F
1. 0.6 0.4
4
1
1
1. 0.6 0.4
0.58
4
1
1
1. 0.6 0.4
0.58
4
1
1
1. Con los datos obtenidos de los armnicos de voltaje y corriente (h1, h2, h3,, hn) obtener
los valores de THDf (V), THDr (V), THDf (I), THD (I) y compararlos en un cuadro con los
valores obtenidos por el analizador de calidad (THDr) para cada uno de los casos.
Caso 1: 3 FOCOS LED EN PARALELO
FOCOS LED
h1
h3
h5
h
7
h9
h1
1
h1
3
h1
5
h1
7
h1
9
Corrie
0.0 0.0
0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
0.17
0
nte (I)
4
2
1
1
1
1
1
1
Voltaj 231.
1.
0.4 4.8
0.1 0.3 0.1 0.1 0.1 0.1
e (V)
4
9
THDf
Calcul
ado
THDr
THDr
Calcula Medi
do
do
29.994
28.730
24.8
15.845
6
2.243
2.243
2.3
2.4833
Error
(%)
h1
h3
Corrie
0.0
0.09
nte (I)
2
Voltaj 121.
0.3
e (V)
8
h5
0.01
2.5
17
UNI - FIM
h
THD =
f
2
2
+h32+h42 +hn2
h1
18
UNI - FIM
h
THD =
h
f
+h32+h42 +hn2
2
1
h 1 h2
hn
: Distorsin total armnica con respecto a la seal total.
THDr
: Distorsin total armnica con respecto a la componente fundamental, muy
THD
f en Europa.
utilizado
12. Cules son las causas y consecuencias de los armnicos de voltaje y de corriente en una
instalacin elctrica?
Causas:
-
Consecuencias:
-
19
UNI - FIM
-
6. CONCLUSIONES
7. RECOMENDACIONES
8. BIBLIOGRAFIA
[1] Robert L. Boylestad. (2011). Introduccin al anlisis de circuitos. (12va ed).
20