¿Cómo se utilizan filtros y compensadores para reducir la resonancia armónica y mejorar el factor de potencia?

1 ¿Qué son los armónicos y la resonancia?

Los armónicos son voltajes o corrientes sinusoidales que tienen frecuencias que son múltiplos de la frecuencia fundamental del sistema de potencia, generalmente 50 o 60 Hz. Los armónicos son generados por cargas no lineales, como convertidores, rectificadores, inversores y dispositivos electrónicos, que extraen corrientes no sinusoidales de la fuente. Los armónicos pueden distorsionar la forma de onda del voltaje y la corriente, reduciendo la calidad de la energía y la eficiencia del sistema. La resonancia es una condición en la que la impedancia del sistema se vuelve muy alta o muy baja a una cierta frecuencia, lo que hace que aparezca un gran voltaje o corriente. La resonancia puede ocurrir cuando la reactancia inductiva del sistema coincide con la reactancia capacitiva del sistema o la carga a una frecuencia armónica. La resonancia puede amplificar la distorsión armónica, crear sobretensiones o sobrecorrientes, y dañar el equipo o la red.

2 ¿Qué son los filtros y compensadores?

Los filtros y compensadores son dispositivos que pueden modificar la impedancia del sistema o la carga para reducir la distorsión armónica y mejorar el factor de potencia. Los filtros son elementos pasivos, como resistencias, condensadores e inductores, que están conectados en serie o en paralelo con el sistema o la carga para bloquear o evitar ciertas frecuencias armónicas. Los compensadores son elementos activos, como los convertidores electrónicos de potencia, que inyectan o absorben potencia reactiva o corrientes armónicas para compensar el comportamiento no lineal del sistema o la carga. Los filtros y compensadores se pueden clasificar en diferentes tipos, como serie, paralelo, derivación, híbrido, pasivo, activo o adaptativo, dependiendo de su configuración, operación y funcionalidad.

3 ¿Cómo se utilizan los filtros para reducir la resonancia armónica?

Los filtros se pueden usar para reducir la resonancia armónica creando una trayectoria de baja impedancia para que fluyan las corrientes armónicas, evitando la condición de resonancia. Por ejemplo, un filtro de derivación es un banco de condensadores que se conecta en paralelo con el sistema o la carga para proporcionar potencia reactiva y mejorar el factor de potencia. Sin embargo, si el banco de condensadores resuena con la inductancia del sistema a una frecuencia armónica, puede causar sobretensiones e inestabilidad. Para evitar esto, se puede agregar un filtro en serie, como un inductor o una resistencia, al banco de condensadores para formar un filtro sintonizado o desafinado que desplace la frecuencia de resonancia lejos de la frecuencia armónica. Alternativamente, un filtro paralelo, como un inductor o una resistencia, se puede conectar en serie con el sistema o la carga para formar un filtro de paso alto o bajo que bloquea o deriva las corrientes armónicas.

4 ¿Cómo se utilizan los compensadores para mejorar el factor de potencia?

Los compensadores se pueden utilizar para mejorar el factor de potencia inyectando o absorbiendo potencia reactiva o corrientes armónicas para equilibrar el sistema o la carga. Por ejemplo, un compensador de derivación es un convertidor electrónico de potencia que se conecta en paralelo con el sistema o la carga para generar o consumir potencia reactiva y mejorar el factor de potencia. El compensador de derivación también puede cancelar las corrientes armónicas produciendo corrientes opuestas que están en fase con los armónicos. Un compensador en serie es un convertidor electrónico de potencia que se conecta en serie con el sistema o la carga para regular el voltaje y mejorar el factor de potencia. El compensador en serie también puede mitigar la distorsión armónica inyectando voltajes opuestos que están en fase con los armónicos.

5 ¿Cuáles son los beneficios y desafíos de usar filtros y compensadores?

El uso de filtros y compensadores puede tener varias ventajas para su sistema de distribución de energía, como reducir la distorsión armónica, prevenir la resonancia armónica y la inestabilidad, mejorar el factor de potencia, reducir el tamaño y el costo de los componentes y cumplir con los estándares y regulaciones. Sin embargo, puede haber algunos desafíos al elegir el tipo, tamaño, ubicación y ajuste correctos de filtros y compensadores para su sistema y características de carga. Además, puede haber interacciones o interferencias entre diferentes filtros y compensadores en el sistema que deben tenerse en cuenta. Por último, debe mantener y controlar el rendimiento y la fiabilidad de los filtros y compensadores teniendo en cuenta los aspectos ambientales y de seguridad.

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