Idealmente, debería haber una tensión alterna en la red eléctrica, que cambia según una ley sinusoidal con una frecuencia de 50 Hz (50 veces por segundo), si hablamos de redes domésticas. En la práctica, la situación es diferente: el voltaje está lejos de ser sinusoidal, está distorsionado, no solo en los frentes, sino también en toda la longitud, lleno de varias ráfagas y ruido. Este fenómeno se llama armónicos en redes eléctricas. En este artículo, veremos más de cerca qué es y por qué los armónicos son peligrosos para los equipos conectados a la red.
Contenido:
- Determinación de armónicos
- Fuentes de interferencia
- Consecuencias de la interferencia armónica
Determinación de armónicos
El gráfico de la señal, que cambia de acuerdo con una ley sinusoidal, se ve así:
Pero esto es significativamente diferente de la forma real de voltaje en la red eléctrica:
Estas irregularidades y picos son causados por armónicos. Intentaremos describir este fenómeno en términos simples. El gráfico que se muestra arriba se puede considerar como la suma de señales de frecuencia y magnitud variables. Si agrega todo esto, entonces el resultado es solo una señal de ese tipo. En el siguiente gráfico se muestra un ejemplo y el resultado de la adición de señales:
Los armónicos se distinguen por números, donde el primer armónico es el componente con el mayor valor. Sin embargo, esta descripción es demasiado corta. Por lo tanto, démosle una fórmula para determinar la magnitud del armónico. Esto es posible con el análisis armónico y la expansión de la serie de Fourier:
A partir de esta fórmula, es posible distinguir los valores de las frecuencias y fases de los componentes armónicos de la red eléctrica y cualquier otra señal sinusoidal.
Fuentes de interferencia
Las fuentes de interferencia incluyen una variedad de equipos que van desde electrodomésticos hasta potentes máquinas eléctricas industriales. Primero, echemos un vistazo rápido a las razones de su aparición.
Los armónicos en una red eléctrica de corriente alterna surgen de las características de los equipos eléctricos, por ejemplo, debido a la no linealidad de sus características, o la naturaleza del consumo de corriente.
Por ejemplo, en redes trifásicas en los circuitos magnéticos de transformadores, las longitudes de los caminos magnéticos de las fases media y extrema difieren en casi 2 veces, por lo tanto, sus corrientes de magnetización difieren hasta una vez y media. Por tanto, los armónicos surgen en redes trifásicas.
Otra fuente interferencia en ingeniería eléctrica, se trata de motores eléctricos, tanto trifásicos síncronos como asíncronos, y monofásicos, incluidos los motores colectores universales. Este último tipo de motor se utiliza en la mayoría de los electrodomésticos, por ejemplo:
- lavadoras;
- Procesadores de comida;
- taladros, amoladoras, martillos perforadores, etc.
Como resultado del funcionamiento de las fuentes de alimentación conmutadas, surgen armónicos de alta frecuencia (interferencias) en la red eléctrica. Para comprender cómo se forman, debe tener información sobre su estructura interna. Esto se debe al hecho de que la corriente del devanado primario del UPS difiere de la continua, fluye solo cuando el interruptor del semiconductor de potencia está abierto. Y este último abre y cierra con una frecuencia superior a 20 kHz.
Interesante:La frecuencia de funcionamiento de algunas fuentes de alimentación conmutadas modernas alcanza los 150 kHz.
Se utilizan filtros EMI como condensadores y bobinas de modo común para reducir estos armónicos. Para mejorar el gráfico de consumo de corriente en relación con la tensión monofásica de suministro, se utilizan correctores de factor de potencia activos (rus. KKM, ing. PFC).
Estas fuentes de alimentación están instaladas en:
- Lámparas LED;
- Balastos electrónicos para lámparas fluorescentes;
- fuentes de alimentación para ordenadores;
- cargadores modernos para teléfonos móviles;
- Televisores y otros equipos.
Además, los convertidores de frecuencia se pueden atribuir a estas fuentes de energía.
Consecuencias de la interferencia armónica
La presencia de armónicos en una red eléctrica de CA causa ciertos problemas. Entre ellos, mayor calentamiento de motores eléctricos y cables de suministro. Los efectos de los armónicos son la vibración del motor. Otras consecuencias pueden ser diferentes: desde un desgaste acelerado de los cojinetes del rotor del motor, que termina con una avería en la carcasa del devanado debido al aumento del calentamiento.
En electricidad, hay falsas alarmas de equipos de conmutación y protección: disyuntores, contactores y arrancadores magnéticos. Se producen interferencias en los equipos de audio y comunicación debido a los armónicos. Se luchan contra ellos de la misma manera: instalando filtros de interferencia electromagnética.
El siguiente video describe qué armónicos e interarmónicos hay en la red eléctrica:
En conclusión, me gustaría señalar que los armónicos en las redes eléctricas, en principio, no conllevan ningún beneficio. Solo provocan averías, falsas alarmas de los equipos de conmutación y otras manifestaciones de inestabilidad en el funcionamiento. Esto puede causar no solo inconvenientes en la operación, sino también problemas económicos, pérdidas y accidentes que pueden poner en peligro la vida.
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