Filtrat harmonics

1
JCEE 2006: Filtrado de armónicos, J. Balcells
XIIEdicióndeJCEE,NOV.2006
FILTRADO DE ARMÓNICOS
EN INSTALACIONES INDUSTRIALES
XII - JCEE- Nov 2006
Dr. Josep Balcells
Universitat Politècnica de Catalunya (UPC)
Campus deTerrassa, Barcelona, SPAIN
INDEX
Ø Los armónicos … entre otras perturbaciones
Ø Los convertidores … fuentes de perturbación
Ø Origen y efectos de los armónicos
Ø Tipos de filtros
Ø Filtros pasivos para convertidores:
§ Reactancias de choque ; Filtros LCL
Ø Filtros de uso general en la red
§ Filtros de 3r armónico: TSA, FB3
Ø Filtros activos:
§ Tipos de filtros activos: Serie, Paralelo, UPF
§ Configuración de los filtros activos
§ Tipos de control para filtros activos
Ø Criterios de aplicación
Ø Resumen y conclusiones

2
LOS ARMÓNICOS … ENTRE OTRAS PERTURBACIONES
SOBRETENSIONES, HUECOS E INTERRUPCIONES

3
FLICKER
• Variación de la envolvente de la tensión dU/U
• Envolventes estándar : Cuadrada, Senoidal
• Normas IEC-61000-4-15, IEC-60868
PERTURBACIONES DE ALTA FRECUENCIA:
Variaciones de tensión con alto dV/dt

4
PERTURBACIONES DE ALTA FRECUENCIA:
ARMÓNICOS
Cargas no lineales tales como: rectificadores, inversores, hornos,
etc. Absorben de la red corrientes periódicas no senoidales, de
frecuencias múltiplos de la componente fundamental 50 ó 60 Hz.

5
XIIEdicióndeJCEE,NOV.2006 LOS CONVERTIDORES … PRINCIPALES FUENTES DE
PERTURBACIÓN
Baja frecuencia (Lado red)
Ø Harmonicos (100 Hz a 2500Hz)
Ø Flicker (0,5 to 30 Hz)
Alta frecuencia, EMI (Lado motor)
Ø Conducidas (10 kHz - 30 MHz)
ü “Notch” de conmutación
ü Cables actúan como líneas de
transmisión
Acoplo campo próximo (10 kHz –
30MHz)
Ø Bucles de corriente producen
campo magnético H (habitual DM)
Ø Cambios de tensión producen
campo eléctrico E (habitual CM)
Radiadas EMI (>30MHz )
Ø Cables actúan como antenas.
Cables apantallados entre
ondulador y motor
FILTROS PARA CONVERTIDORESFILTROS PARA CONVERTIDORES
Los convertidores estáticos generan diversos tipos de perturbaciones, tanto
en el lado de red como en el lado de carga. Se, dispone de filtros para evitar
los problemas originados por dichos convertidores y conseguir que las
instalaciones donde se conectan puedan cumplir con las normas EN-60000-4-3,
IEEE-519 y las Directivas de Compatibilidad 89/336/EEC , 92/31/EEC y
93/68/EEC.

6
ESQUEMA EQUIVALENTE TÍPICO EN BT
ONDAS DE CONVERTIDORES CON ALTO CONTENIDO DE HF

7
ONDAS TÍPICAS DE CONVERTIDORES: LADO RED
EFECTOS DE LOS ARMÓNICOS
Efecto Joule , pérdidas en el cobre :
Ø Dependen del valor RMS total de la corriente RITRMS
2
Pérdidas en el hierro: Foucault: kI2f2 , Histeresis: kI2f
Ø Sobrecargas en condensadores
Ø Corriente homopolar alta en el neutro
Ø Amplificación de los armónicos por resonancias<
I ITRMS n=
∞
∑ 2
0

8
RI RTRMS
2 2 2
100 20= +.( )
Supuesto I1=100A ; I5=20%
Ø Pérdidas Joule: R.IT
2
Debidas a I1 = R.1002
Debidas a I5 = R.202 equivalen a un 4%
Ø Pérdidas en el hierro:
Suponemos que las pérdidas Foucauld se evitan
con el uso de chapas. Las pérdidas restantes se
deben básicamente a efecto Histéresis: kI2f
Debidas a I1 = k.50.1002
Debidas a I5 = k.50.5.202 equivalen a un 20%
EFECTOS DE LOS ARMÓNICOS: Ejemplo práctico
Filtros Pasivos
Ø Reactancias
Ø LCL
Ø Antiresonancia
Ø Absorción
Ø TSA / FB3
IMPEDANCIA
DE LA RED L1 L2
L3
C
M
3
CONVERTIDOR
Fusibles
FILTRO LCL
RED

9
RESONANCIA EN REDES DE BT
• La resonancia causa la amplificación de los armónicos de V.
• Puede detectarse porque la distorsión depende del número de
pasos de C conectados
• Para determinado Nº de pasos se produce un máximo de THD(V)
RESONANCIA EN REDES DE BT: Caso típico

10
SOLUCIONES PARA REDUCIR THD(I) : Filtros de
bsorción
M
CHOQUE
OTRAS CARGAS
CARGA A
FILTRAR
FILTRO
DE
ABS
TRANSFORMADOR
I
FILTRO
z
z
I limpia
armónicos
I
limpia
I
limpia
OTROS ABONADOS
A
SOLUCIONES PARA REDUCIR THD(I) : Filtros de Absorción
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
100 1000
frecuencia (Hz)
Z(dB/ohm)
Respuesta en frecuencia de un filtro de absorción con pasos
sintonizados a los armónicos 5, 7 y 11

11
CASOS REALES: Filtros de rechazo (anti-resonancia)
FILTROS PASIVOS: Reactancias
Ø Reactancias
Sin L, THD(i)=70% Con L, THD(i)=26%

12
FILTROS PASIVOS: Filtros LCL
LCL IMPEDANCIA
DE LA RED L1 L2
L3
C
M
3
CONVERTIDOR
Fusibles
FILTRO LCL
RED
Sin LCL, THD(i)=70% Con LCL, THD(i)=8%
FILTROS PASIVOS 3r ARMÓNICO : TSA

13
L1
L2
L3
PE
220 V fase - neutro
50 Hz y armónicos con n = k.3 armónicos con n = k.3
N
Transformador de distribución
a
a
a
a
L1
L2
L3
PE
220 V fase - fase
50 Hz y armónicos con n = k.3
N NC.
FILTRO
TSA transformador de aislamiento
(impedancia infinita a los armónicos k.3)
A
A
A
armónicos con n = k.3

14
ü Reducción de armónicos en líneas monofásicas.
ü Reducción de la corriente
de neutro originada por
armónicos múltiplos de 3
hasta un 90%
R
S
T
N
FB3
aprox. 80 % 3 harmonic
FILTROS PASIVOS 3r ARMÓNICO : FB3

15
230 V fase - neutro
Cuadro de Baja
tensión
I carga
FB3
Instalaciones monofásicas Instalaciones trifásicas
FILTROS PASIVOS 3r ARMÓNICO : FB3
Ø Resuelven problemas de armónicos en el lado de las
cargas restituyendo la forma de onda de la tensión a una
forma senoidal
FITROS ACTIVOS SERIE

16
Ø Resuelven problemas de armónicos en el lado de la red
haciendo que la corriente absorbida sea senoidal. Pueden
compensar también desequilibrio y FP
FITROS ACTIVOS PARALELO
FA PARALELO – SERIE Y SERIE - PARALELO
FA Paralelo-Serie:
Arreglan la corriente de
red y la tensión en la
carga para que sean
senoidales
FA Serie- Paralelo:
Arreglan la tensión en
la carga y la corriente
en la red para que sean
senoidales

17
La suma de corrientes de linea y de filtro deben dar una senoide en la red
FILTROS ACTIVOS PARALELO: Principio
FA PARALELO : CONFIGURACIONES

18
FA PARALELO 4 RAMAS REGULADAS
FITROS ACTIVOS PARALELO: Control
Controladores en cascada de potencia activa (obtiene
la consigna de corriente) y regulador de corriente de
filtro

19
FITROS ACTIVOS PARALELO: Control
Controlador
FA PARALELO: Control separado de cos ϕ y armónicos

20
FA MONOFASICOS
R1
EMI
L1
N1
PE
L2
N2
PE
OUT1
S
2
S
1
S
4
S
3
C
1
Inversor
SEMIKRON
PE
OUT2
C2
Placa
Control
1
2
3
4
F3
35mm2
35mm2
6mm2
6mm2
1,5mm2
1,5mm2
L
U V
U1 V1
PE
BF1 F1 F2
35mm2
SW1
Corriente en la red antes del
filtrado
Corriente de red después del
filtrado
30%
60%
2%
4%
FA MONOFASICOS

21
Ventajas de los filtros hibridos
Ø Tensió en el bus DC del convertidor muy baja
Ø La baja tension necesaria en el bus permite su uso en
líneas de MT con tensiones de sólo 400VDC
Ø Compensación de cos ϕ fija
Ø No necesita control de neutro
ØCapacidad de filtrado de triples ilimitada
Inconvenientes de los filtros hibridos
Ø Imposible el control de cos ϕ
Ø La compensación fija puede provocar sobrecompensación
Ø No tiene posibilidad de compensar desequilibrio
NUEVAS TENDENCIAS: FA HIBRIDOS
Mejoras en la estructura de Filtros Activos (APLC)
Ø Estructura mejorada de 4 hilos , acoplo hibrido por LC
Ø Bus de contínua con único condensador y control de tensiones de bloqueo
Ø Reducción de tamaño y de rizados

22
Tipo clásico 4 hilos 4 ramas
7
7 7
/
/
/
1
97
9695
/ & / &/ &
7
9 ' &
7
7
7
7
/ &
Problema de dimensionamiento de neutro (armónicos k.3) y
Valor de la tensión en el bus DC alta
VDC=750V
LC=800uH
Para 63A, 400VAC line
Mejoras en el control de Filtros Activos (APLC)XIIEdicióndeJCEE,NOV.2006
Requiere control de reparto de tensiones en el bus DC
No puede compensar ciertas corrientes kx3 desequilibradas
LC=800uH
For 63A, 400VAC line
Mejoras en el control de Filtros Activos (APLC)
Tipo clásico 4 hilos 3 ramas

23
T1 T3
T2 T4
T5
T6
L1
L2
L3
N
+
-
+
-
VDC
VNVT
VS
VR
CC
LC
CC
LC
CC
LC
+
-
+
-
VAC+ VDC VAC+ VDC VAC+ VDC
Tensión DC menor. (400VDC,
pero puede ser 100VDC )
Menor CDC y más tolerancia
con el rizado DC
No requiere control de
reparto como el caso de C
partido +VDC/2 to –VDC/2
500uF/80uH , for 400VAC,
63A filt. (LC menor)
Nueva estructura de 4 hilos acoplada por LC
VENTAJAS
Mejoras en el control de Filtros Activos (APLC)XIIEdicióndeJCEE,NOV.2006
Mejoras en el control de Filtros Activos (APLC)

24
XIIEdicióndeJCEE,NOV.2006 Mejoras en el control de Filtros Activos (APLC)
Ø Filtro hibrido con acoplo LC a red
Ø Nuevo método de obtención de referencia de I por energías de Vc
Ø Regulador de corriente PWM en el dominio temporal
Ø Las reactancias pueden paliar un problema de armónicos
reduciéndolo de un 50 ó 60% de THD a un 20 a 25%
Ø Los filtros de rechazo en bancos de condensadores
permiten evitar la resonancia
Ø Los filtros pasivos a escala global son conflictivos porque
se adaptan mal a las cargas
Ø Los filtros pasivos individuales tipo LCL son preferibles y
pueden reducir el THD por debajo del 8%
Ø Los filtros activos son la solución más completa pero hoy
por hoy son caros
RESUMEN YRESUMEN Y CONCLUSIONESCONCLUSIONES

Filtrat harmonics

Recomendados

Recomendados

Más contenido relacionado

La actualidad más candente

La actualidad más candente (20)

Destacado

Destacado (20)

Similar a Filtrat harmonics

Similar a Filtrat harmonics (20)

Filtrat harmonics