Calculo de distorsión armónica de corriente y voltaje (THDi, THDv, TDD) – IEEE 519. !!! PREMIUM !!!

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Un sistema eléctrico normalmente suministra energía a las cargas con una corriente de frecuencia fundamental de 60Hz.

Solo la corriente de frecuencia fundamental puede proporcionar potencia real, mientras que las corrientes a frecuencias armónicas no entrega ninguna potencia real a la carga.

Cuando hay corriente de una sola frecuencia (60Hz) en un sistema se puede utilizar los valores con la ley de Ohm y los cálculos de potencia comunes. Sin embargo, cuando hay corrientes de más de una frecuencia (60Hz, 180Hz, 300Hz etc), la suma directa de los valores de corriente conduce a un valor sumado que no representa correctamente el efecto total de las múltiples corrientes. En su lugar se debe sumar las corrientes de una manera conocida como suma de la “raíz cuadrada media”.

Entonces, si un sistema transporta 70 A de corriente fundamental, 18 A de 5th (Quinta) corriente armónica, 14 A de 7th (Séptima) corriente armónica y 11 A de 11th (Onceava) corriente armónica, la corriente efectiva sería 74,3 A rms, no la suma aritmética de 113 A. Este valor de 74,3 A rms sería el valor correcto para usar en todos los cálculos de potencia.

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Lo mismo ocurre con los voltajes armónicos. Para obtener el voltaje efectivo para un sistema en el que están presentes voltajes de varias frecuencias se debe sumar los voltajes en forma rms.

Principios básicos de los armónicos

Antes de empezar con los ejemplos y cálculos vamos introducirnos en los conceptos básicos de armónicos causados por cargas no lineales. Se definirá las cargas no lineales, explicando qué tipos de equipos eléctricos constituyen cargas no lineales y se analiza los tipos de armónicos.

Para comprender los armónicos, es necesario comprender la diferencia básica entre cargas lineales y no lineales, así como algunas otras definiciones.

Cargas lineales y no lineales

Carga lineal

Una “carga lineal” es aquella que se opone al voltaje aplicado con impedancia constante, lo que da como resultado una forma de onda de corriente que cambia en proporción directa al cambio sinusoidal al voltaje aplicado.

Ejemplos de estas cargas son el calentamiento por resistencia, la iluminación incandescente y los motores (hasta cierto punto). Si la impedancia es constante y el voltaje aplicado es sinusoidal, entonces la corriente y su forma de onda también serán sinusoidales.

Explicacion carga lineal

Carga no lineal

Una “carga no lineal” es aquella que no se opone al voltaje aplicado con impedancia constante. Esto da como resultado una forma de onda de corriente no sinusoidal. La forma de onda de la corriente no sinusoidal no se ajusta a la forma de onda del voltaje aplicado.

Las cargas no lineales activan y desactivan su impedancia de carga cerca del pico de la forma de onda de voltaje, lo que genera pulsos cortos, abruptos y de alta corriente.

Explicacion carga no lineal

Las cargas no lineales tienen alta impedancia durante la mayor parte de la forma de onda de voltaje. Cuando la forma de onda de voltaje está en o cerca de su pico, la impedancia se reduce repentinamente.

La impedancia reducida en el voltaje pico da como resultado un aumento grande y repentino en el flujo de corriente hasta que la impedancia aumenta repentinamente, lo que resulta en una caída instantánea de la corriente. Estos pulsos de corriente no sinusoidales, de conmutación rápida, introducen corrientes reflectantes de nuevo en el sistema de distribución de energía.

Los tipos de cargas no lineales pueden incluir:

  • Iluminación fluorescente
  • Iluminación HID o LED
  • Balastos electrónicos
  • Atenuadores electrónicos
  • Motores con variadores de frecuencia
  • Ordenadores
  • Suministros de energía ininterrumpida (UPS)
  • Impresoras láser
  • Equipo de procesamiento de datos
  • Otros equipos electrónicos

Armónicos y “orden” de los armónicos

Las corrientes armónicas se producen cuando las cargas electrónicas cambian su impedancia para que la forma de onda de la corriente no se parezca a la forma de onda de voltaje.

Explicacion armonicos

“Armónico” es un término que describe formas de onda que giran entorno a una frecuencia que es un múltiplo de la frecuencia fundamental. En los sistemas de distribución eléctrica comunes en los Estados Unidos, la frecuencia fundamental es 60 Hz. Cuando una corriente o voltaje opera en una frecuencia diferente a la fundamental de 60 Hz, se dice que opera en un orden armónico específico. El orden armónico es simplemente la relación entre la frecuencia del armónico y la frecuencia fundamental.

Factor de Demanda eléctrico - Definición, calculo y características

Explicacion orden armonicos

Orden del armónico Frecuencia
Fundamental 60 Hertz
3rd Armónico 180 Hertz
5th Armónico 300 Hertz
11th Armónico 660 Hertz

Los números se nombran comúnmente en ingles: 3rd (en ingles third), 5th (en ingles fifth) etc.

Forma de onda no sinusoidal resultante de la suma de las corrientes armónicas

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