Armónicos causas y efectos

1. ARMÓNICOS CAUSAS
Y EFECTOS
Marco Arcos Camargo

2. Capacidad terminal
Identificar y levantar fallas en circuitos y equipos
electrónicos de potencia.

3. Objetivo de la sesión
Identificar problemas causados por armónicos en las
instalaciones industriales.

4. 1. INTRODUCCIÓN
Los armónicos en las instalaciones eléctricas han empezado a ser importantes en la década
de los 90, donde la proporción del consumo de componentes electrónicos ha comenzado a
ser comparable al consumo de los equipos eléctricos.

5. 1. Definición de armónico.
Según la norma UNE EN50160:1996, una tensión
armónica es una tensión senoidal cuya frecuencia es
múltiplo entero de la frecuencia fundamental de l
tensión de alimentación

6. Medición de Armónicos
Eléctricos

7. 2.Naturaleza de los armónicos.
En la física existe el llamado movimiento armónico, del cual
parte una acción que presenta dos características
denominadas RITMO y AMPLITUD O INTENSIDAD.

8. Este fenómeno define lo que hemos denominado una señal
armónica. Y que representamos mediante una función senoidal o
cosenoidal.

9. Los parámetros que lo caracterizan son la frecuencia
y la amplitud.

11. La forma de onda de tensión o de corriente en un punto dado de una
instalación eléctrica puede tener el aspecto de la señal 1 que aparece en
la figura mostrada . Si observamos las señales que aparecen en esta figura
vemos que la señal 1 es la resultante de la suma punto a punto de las señales 2 y 3.
Además la frecuencia de la señal 3 es múltiplo de la frecuencia de la señal 2. Esto
es, la frecuencia de la señal 3 es 5 veces mayor.

12. 3. Matemática del análisis armónico.
El análisis armónico se ocupa, a grandes rasgos, de la descomposición de
funciones en tonos puros que llamaremos armónicos. Sin rigor, consideramos
tonos puros a ciertos objetos que nos recuerdan a las funciones sen(2πnx) y
cos(2πnx) con n ∈ Z, las cuales aparecen en los desarrollos de Fourier clásicos.

13. 4. Desarrollo en series de Fourier
Cualquier señal periódica, por compleja que sea, se puede
descomponer en suma de señales senoidales cuya frecuencia
es múltiplo de la fundamental.
f(t) = ½ a0 + a1cos(0t)+a2cos(20t)+...
+ b1sen(0t)+b2sen(20t)+...
0=2/T.

14. Por tanto, podemos definir los armónicos como oscilaciones senoidales
de frecuencia múltiplo de la fundamental. Esto es, los armónicos son
componentes de frecuencia superior a la frecuencia fundamental, que
en nuestro caso es de 60 Hz. Cuando en una instalación hay armónicos
significa que aunque son componentes de frecuencia superior a la frecuencia
fundamental, que en nuestro caso es de 50 Hz. Cuando en una instalación hay
armónicos significa que aunque la señal sea de 60 Hz, ésta contiene
componentes de alta frecuencia
4. Desarrollo en series de Fourier

16. Serie de Fourier:
Ejemplo de descomposición.

17. Onda Cuadrada
1° término de la serie: Onda Continúa

18. Onda continúa + 1° Armónico
Dos términos de la serie: Onda continúa + 1° Armónico

19. Continúa + 2 armónicos
Trestérminos de la serie: Onda continúa + 1° y 2° Armónico

20. Continúa + 3 armónicos
Cuatro términos de la serie: Onda continúa + 1
°, 2 y 3°
Armónico

21. ➢ Las series de Fourier:
• Donde an y bn se denominan coeficientes de
Fourier de la serie de Fourier de la función f(x)

22. Los armónicos se clasifican por su orden, frecuencia y secuencia
5. Orden del armónico
Orden 1 2 3 4 5 6 7 8
… n
Frec. 60 120 180 240 300 360 420 480 … n*60
Sec. + - 0 + - 0 + - … …
El orden del armónico es el número entero de veces que la frecuencia de ese armónico
es mayor que la de la componente fundamental. Por ejemplo, el armónico de orden 7
es aquel cuya frecuencia es 7 veces superior a la de la componente fundamental, si la
fundamental es de 60 Hz el armónico de orden 7 tendría una frecuencia de 420 Hz. En
una situación ideal donde sólo existiera señal de frecuencia 60 Hz, sólo existiría el
armónico de donde sólo existiera señal de frecuencia 50 Hz, sólo existiría el armónico
de orden 1 o armónico fundamental

23. 5. Orden del armónico
La secuencia puede ser positiva, negativa o neutra. Si se utiliza como
ejemplo un motor asíncrono trifásico de 4 hilos, entonces, los armónicos
de secuencia positiva tienden a hacer girar al motor en el mismo sentido
que la componente fundamental. Como consecuencia provocan una
sobrecorriente en el motor que hace que se caliente y por lo tanto reduce
su vida útil de funcionamiento y puede poner en peligro el aislamiento de
los devanados del motor con el consiguiente riesgo de avería.

24. 5. Orden del armónico
Los armónicos de secuencia negativa hacen girar al
motor en sentido contrario al de la componente fundamental, y por lo
tanto frenan el motor y por ello también provocan calentamientos
Los armónicos de secuencia neutra, también llamados homopolares, no
tienen efectos sobre el giro del motor, pero se suman en el hilo de neutro.
Ello supone que por el conductor de neutro puede circular 3 veces más
corriente del tercer armónico que por cualquiera de los conductores de fase.
Provocan calentamientos de los conductores, deterioro de la maquinaria y
destrucción de las baterías de condensadores.

25. La secuencia seguida por los armónicos es importante para analizar sus efectos, obteniéndose las
siguientes conclusiones:
❑ En sistemas trifásicos, los armónicos de orden 3n de corriente solo se pueden propagar
cuando es posible un retorno por neutro.
❑ Los armónicos de orden (3n + 1) en tensión generan en los motores un campo giratorio en el
mismo sentido de la componente fundamental.
❑ Los armónicos de orden (3n - 1) en tensión generan en los motores un campo
giratorio en sentido contrario al generado por la componente fundamental.

26. 6. Los armónicos eléctricos.
¿Cómo se relacionan los armónicos con las señales
eléctrica?
Cuando aplicamos energía a un
sistema que usará esta energía
para convertirla a otro tipo de
energía para poder desarrollar
trabajo
Lineal
No lineal ( senoidal)
Los armónicos eléctricos son una forma de distorsión de la señal de corriente y
voltaje.

27. Cargas no Linéales:
Tubos Fluorescentes
UPS
Computadoras Impresoras
Aire acondicionado
Televisores
Hornos M
icroondas
Convertidores de
frecuencia continúa
Convertidores de
Frecuencia
Rectificadores
Sistemasde Soldadura
Equipos M
édicos

28. 1. Rectificadores
2. Hornos de inducción y de arco
3. Lámparas de descarga
4. Equipos domésticos electrónicos
5. Transformadores de potencia saturados
6. Accionamientos de motores eléctricos
PRINCIPALES EQUIPOS NO LINEALES

29. Corrientes y Tensiones consumidas por cargas no-lineales.

30. Cargas Linéales:

31. Forma de onda de Cargas Linéales:
Onda de corriente que atraviesa la resistencia
Onda de Tensión que alimenta la resistencia

32. Encontramos dos tipos de análisis:
1. Forma de onda: Dominio del tiempo
2. Análisis del espectro: Dominio de la frecuencia. Para saber la
cantidad de porcentaje de armónicos respecto a la fundamental
Las cargas no lineales son las que generan los armónicos de
forma no senoidal para las ondas de corriente.

33. Tenemos dos tipos de cargas:
1. Cargas Monofásicas no lineales:
2. Cargas Trifásicas no lineales:

34. Ejemplo de ondas:

35. Ejemplo de ondas:

36. Ejemplo de ondas:
Armónicos generados en las fuentes
de Alimentación de computadoras:
Armónicos generados en alumbrado de
fluorescentes con balastros magnéticos:

38. Importante:
Las cargas no lineales tales como: rectificadores, inversores, variadores
de velocidad, hornos, etc; absorben de la red corrientes periódicas no
senoidales. Estas corrientes están formadas por un componente
fundamental de frecuencia 50 o 60 Hz, y una serie de corrientes
superpuestas de frecuencias, múltiplos de la fundamental, que
denominamos ARMÓNICOS ELÉCTRICOS.

39. 7. Espectro Armónico
El espectro armónico permite descomponer una señal en sus armónicos y
representarlo mediante un gráfico de barras, donde cada barra representa un
armónico, con una frecuencia, un valor eficaz, magnitud y desfase

40. Efectos de los armónicos
❑Amplificación de algunos armónicos como consecuencia de resonancia
serie y paralelo.
❑Reducción en el rendimiento de los sistemas de generación, transporte y
utilización de la energía.
❑El envejecimiento del aislamiento de los componentes de la red y, como
consecuencia, la reducción de la energía.
❑Aumento de la potencia a transportar, empeorando el factor de potencia
de la red.
❑Disparo intempestivo de interruptores automáticos.
❑Sobrecargas en los conductores
❑Vibración y sobrecargas en las máquinas.

41. ❑Tensión entre neutro y tierra distinta de cero.
❑Mal funcionamiento de los relés de protección.
❑Mediciones erróneas en equipos de medida.
❑Las compañías eléctricas, están analizando las penalizaciones a
aplicar a las instalaciones industriales que sean generadoras de
armónicos, de igual forma que lo hacen para aquellas que
generan energía reactiva.
❑Perturbaciones en equipos de control.
Efectos de los armónicos

42. Un equipo eléctrico tiene una frecuencia fundamental de
440Hz. Calcular el tercer armónico de esta frecuencia.
Ejercicio

43. MATERIAL ADICIONAL
• Libro: Rashid. “Electrónica de Potencia”

44. Próxima sesión
Practica calificada N°1

45. GRACIAS POR SU ATENCION