Interarmónicos en el sistema de potencia

«Descubre cómo los interarmónicos están sacudiendo el sistema de potencia: una mirada fascinante a las frecuencias disruptivas que están desafiando la estabilidad eléctrica y causando estragos en nuestra red de distribución. A medida que nuestra dependencia de la electricidad crece, es fundamental entender estos fenómenos inesperados y explorar soluciones innovadoras para proteger y optimizar nuestro sistema de potencia. ¡Prepárate para sumergirte en el fascinante mundo de los interarmónicos y sus impactos en nuestra vida cotidiana!»

La electrónica de potencia está siendo ampliamente utilizada hoy en día para mejorar la eficiencia, flexibilidad y fiabilidad del sistema. Los dispositivos semiconductores utilizados en la electrónica de potencia son dispositivos no lineales y la corriente consumida por estos dispositivos no es lineal con respecto al voltaje. Esta no linealidad introduce armónicos en la red eléctrica. Los armónicos se clasifican en armónicos de orden par e impar. Los armónicos de orden par e impar tienen una frecuencia que es múltiplo entero de la frecuencia fundamental.

Aparte de los armónicos de orden par e impar, los interarmónicos se generan cuando se utilizan dispositivos electrónicos de potencia. La frecuencia de los interarmónicos no es igual a la frecuencia integral de la frecuencia fundamental. La frecuencia de orden interarmónico no es integral de la frecuencia fundamental.

Definición de interarmónicos

El IEEE define los interarmónicos como:

“Un componente de frecuencia de una cantidad periódica que no es un múltiplo entero de la frecuencia a la que está operando el sistema de suministro (por ejemplo, 50 Hz o 60 Hz).

La IEC define los interarmónicos como:

“Entre los armónicos de la tensión y la corriente de la frecuencia industrial, se pueden observar otras frecuencias que no son un número entero de la fundamental. Pueden aparecer como frecuencias discretas o como un espectro de banda ancha”.

Si F1 es la frecuencia fundamental y m es cualquier número positivo no entero n, mF1 es un interarmónico de F1. Cuando m es mayor que cero y menor que uno, mF1 se refiere a veces como un subarmónico de F1.

Interarmónicos en el sistema de potencia

FUENTES INTERARMÓNICAS

Los interarmónicos se generan en el sistema cuando el cambio rápido de voltaje y corriente causado por las cargas que operan en un estado transitorio. Cuando la modulación de voltaje o corriente se realiza con fines de control, también genera interarmónicos. Los cambios en la magnitud de la corriente o el ángulo de fase también pueden crear componentes de barra lateral de la frecuencia fundamental y sus armónicos en las frecuencias interarmónicas.

Cuando el convertidor estático se conmuta en no sincronización con la frecuencia de la red, el convertidor estático genera armónicos. En los convertidores e inversores conmutados en línea, el tiristor se activa en el modo de conducción directa y sigue conduciendo hasta que su corriente cae por debajo de la corriente de mantenimiento. Los tiristores se desconectan en el cruce por cero de la tensión de línea.

La conmutación síncrona de los tiristores en inversores y convertidores conmutados en línea no produce interarmónicos. Los tiristores son propensos a funcionar mal con variaciones o sobretensiones en el suministro de CA y los nuevos dispositivos transistores bipolares de puerta aislada (IGBT), que se pueden encender y apagar en cualquier momento. Esta conmutación asíncrona de convertidores o inversores que utilizan IGBT produce interarmónicos.

horno de arco se utilizan para aplicaciones de fusión. La carga varía a lo largo del ciclo de fusión. Los interarmónicos se producen debido a la variabilidad de la carga en el horno de arco. El máquinas de soldar que utilizan IGBT para controlar la tensión producen interarmónicos.

El Motor de inducción puede producir interarmónicos cuando se opera a través de un variador de frecuencia. El motor debe funcionar a la densidad de flujo nominal en la longitud del entrehierro. Si la relación V/f no permanece constante y si ocurre un estado de flujo excesivo, las ranuras del rotor y el estator pueden generar interarmónicos. Si el motor entrega un par variable, esto puede conducir a la producción de interarmónicos. La técnica PWM se utiliza en el variador de frecuencia y la forma de onda PWM se muestra a continuación.

Interarmónicos en el sistema de potencia


Convertidores de frecuencia electrónicos use un enlace de CC para convertir una frecuencia a otra. El filtrado en el bus de CC desacopla el voltaje y la corriente en cada lado del enlace. Sin embargo, este filtrado no es perfecto y genera interarmónicos en el sistema.


La característica más importante del IGBT sobre tiristor es que los IGBT se pueden encender o apagar en cualquier momento. Los IGBT se utilizan ampliamente para una variedad de aplicaciones que incluyen transmisión HVDC, compensadores estáticos (STATCOM) y variadores de frecuencia (VFD). El uso de IGBT en VSC produce interarmónicos. La modulación de ancho de pulso utilizada para el convertidor de fuente de voltaje produce interarmónicos. La frecuencia y el nivel de los interarmónicos producidos en VSC depende del número de factores de diseño (número de pulsos, niveles, etc.).

Inmersiones con carga variable como las fuentes de alimentación del sistema de tracción que usan IGBT o experimentan cambios repentinos de carga pueden producir interarmónicos, generalmente a frecuencias fijas.

EFECTOS DE INTERARMÓNICO EN SISTEMA DE POTENCIA

Los armónicos e interarmónicos agregan una señal adicional a la fuente de alimentación fundamental. La señal adicional causa un efecto adverso en el sistema de alimentación. La condición se vuelve más severa si la señal adicional se amplifica por resonancia. La gama más amplia de frecuencias puede causar un mayor riesgo de resonancia. Algunos de los efectos adversos de los interarmónicos son similares a los causados ​​por las frecuencias armónicas.


Efecto de los interarmónicos similar al de los armónicos

Los efectos de los interarmónicos similares a los de los armónicos causados ​​por una señal adicional superpuesta a la fundamental se pueden clasificar en: sobrecargas, oscilaciones y distorsión. El efecto de las sobrecargas incluye pérdida de calor adicional, oscilación en el sistema mecánico, perturbaciones acústicas, etc. La distorsión de la frecuencia fundamental puede causar interferencia con el sistema de comunicación. La frecuencia fundamental distorsionada también puede provocar el cambio del cruce por cero de la forma de onda y afectar negativamente el rendimiento operativo del equipo.

Los siguientes son los efectos adversos causados ​​por los interarmónicos y no causados ​​por la distorsión armónica como flujos.

Parpadeo de luz causado por interarmónicos

Los interarmónicos provocan una variación en la magnitud del valor rms. La perceptibilidad del parpadeo varía con la frecuencia y la magnitud de las variaciones de voltaje.Prácticamente todos los tipos de iluminación pueden ser susceptibles al parpadeo, pero la intensidad del parpadeo puede variar para diferentes tipos de iluminación cuando están expuestos a desviaciones de voltaje causadas por interarmónicos.

Comunicación de línea eléctrica

Comunicaciones de línea eléctrica el problema ocurre debido a los interarmónicos. Las señales de protección y control de ondulación generalmente consisten en una sola frecuencia interarmónica. Por lo general, no se ven afectados por otros interarmónicos que son de menor magnitud o no coinciden con su frecuencia.

Las comunicaciones bidireccionales basadas en cambios de paso de voltaje o corriente envían bits de información que consisten en múltiples frecuencias interarmónicas. Si el rango de frecuencia de los interarmónicos es el mismo que el de la señal de comunicación de la línea eléctrica, las frecuencias de los interarmónicos interfieren con la señal de comunicación y afectan negativamente las comunicaciones de la línea eléctrica.

Con la interferencia de las frecuencias de los interarmónicos con las señales de comunicación, las señales de comunicación interferidas con las frecuencias de los interarmónicos provocan un parpadeo.

Por lo tanto, los interarmónicos tienen un efecto adverso en el sistema de potencia.

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