¿Qué son los armónicos? Armónico es un concepto matemático o físico que se refiere a la parte de una función periódica o forma de onda periódica que no puede representarse mediante una combinación lineal de constantes, funciones seno y funciones coseno que son iguales al mínimo. Período positivo de la función original. 1. El origen de los armónicos La palabra "armónico" proviene de acústica. El problema armónico del sistema eléctrico ya atrajo la atención de la gente en los años 1920 y 1930. En aquella época, en Alemania, las formas de onda de tensión y corriente se distorsionaban debido al uso de convertidores estáticos de arco de mercurio. El artículo de J.C. Read sobre armónicos de convertidores publicado en 1945 es un artículo clásico en las primeras investigaciones armónicas. Diagrama de forma de onda armónica 2. Definición armónica Definición armónica: Armónica se refiere a la cantidad de electricidad contenida en la corriente que tiene una frecuencia que es un múltiplo entero de la onda fundamental. Generalmente se refiere a la electricidad generada por la descomposición en series de Fourier de electricidad periódica no sinusoidal, y el resto es mayor que la frecuencia fundamental. Motivo: dado que la tensión sinusoidal se aplica a la carga no lineal, la corriente fundamental se distorsiona y se generan armónicos. Las principales cargas no lineales incluyen UPS, fuentes de alimentación conmutadas, rectificadores, convertidores de frecuencia e inversores. Daño de los armónicos: reducción de la capacidad de transformadores, disyuntores, cables y otros sistemas. Acelerar el envejecimiento del equipo, acortar la vida útil del equipo o incluso dañar el equipo; poner en peligro la seguridad y estabilidad de la producción, etc. Control armónico: El filtro de potencia activo es el mejor producto para el control armónico. En tercer lugar, la generación de armónicos se basa en el principio del análisis de Fourier, que puede descomponer señales no sinusoidales en partes básicas y sus múltiplos. En los sistemas de energía, la causa fundamental de la generación de armónicos es causada por cargas no lineales. Cuando la corriente fluye a través de la carga, no está relacionada linealmente con el voltaje aplicado, formando una corriente no sinusoidal, es decir, se generan armónicos en el circuito. Algunos dispositivos en los sistemas de energía, como los convertidores de potencia, se desvían de las formas de onda sinusoidales debido a la operación de conmutación de los tiristores y las características no lineales de los diodos y tiristores. La generación de corriente armónica está relacionada con el número de pulsos del convertidor de potencia. Los equipos de 6 pulsos solo tienen 5, 7, 11, 13, 17, 19...n veces la frecuencia de la red. Cuanto mayor sea el número de pulsos del convertidor de potencia, mayor será la frecuencia del componente armónico más bajo. Otros equipos que consumen energía, como los reguladores controlados electrónicamente para lámparas fluorescentes, producen terceros armónicos fuertes (150 Hz). Esta corriente no sinusoidal provoca una caída de voltaje no sinusoidal a través de la impedancia (resistencia) de la red de suministro. La amplitud de la tensión armónica generada bajo la impedancia de la red de alimentación es igual al producto de la corriente armónica correspondiente y la impedancia z de la red de alimentación correspondiente a la frecuencia actual. Cuanto mayor es la frecuencia, menor es la amplitud de los componentes armónicos. Mientras haya una fuente de armónicos, habrá armónicos. Los componentes armónicos también pueden llegar a la red del consumidor a través de la red de suministro de energía. Por ejemplo, el funcionamiento de la planta de un consumidor en la red de suministro puede verse perturbado por armónicos generados por el equipo de otro consumidor adyacente. La diferencia entre armónicos y sobretonos son en realidad armónicos físicos, pero la definición de los números es ligeramente diferente. El audio con el doble de la frecuencia fundamental se denomina primer sobretono, el audio con tres veces la frecuencia fundamental se denomina segundo sobretono, y así sucesivamente. 4. Clasificación de los armónicos Los armónicos son ondas sinusoidales y cada armónico tiene una frecuencia, amplitud y ángulo de fase diferente. Las frecuencias armónicas son múltiplos enteros de la frecuencia fundamental. Según el principio de análisis del matemático francés M. Fourier, está demostrado que cualquier forma de onda repetida se puede descomponer en una componente de onda sinusoidal que contiene la frecuencia fundamental y una serie de armónicos con múltiples frecuencias. Según las diferentes frecuencias armónicas, se puede dividir en: 4.1 La frecuencia nominal de los armónicos impares es el orden impar de la frecuencia fundamental, que se denomina "armónicos impares", como los armónicos 3.º, 5.º y 7.º. Los armónicos pares cuya frecuencia nominal es un múltiplo par de la frecuencia fundamental se denominan "armónicos pares", como el segundo, cuarto, sexto y octavo armónico. En términos generales, los armónicos impares son más dañinos que los armónicos pares. En un sistema trifásico equilibrado, debido a la simetría, los armónicos pares se eliminan y sólo existen los armónicos impares. Para una carga rectificada trifásica, la corriente armónica es 6n 1er armónico, como 5, 7, 11, 13, 17, 19, etc. Los convertidores de frecuencia generan principalmente armónicos 5.º y 7.º. 4.3 La frecuencia armónica componente no es múltiplo de la componente fundamental de la onda sinusoidal. 5. Parámetros armónicos 5.1. Corrientes Armónicas Las corrientes armónicas son corrientes características no sinusoidales introducidas por equipos o sistemas. Las corrientes armónicas se superponen a la fuente de alimentación principal; 5.2. Tensiones armónicas Las tensiones armónicas son las caídas de tensión causadas por las corrientes armónicas y las impedancias generadas en el sistema de distribución. Definiciones de parámetros relacionados con los armónicos; Impedancia La impedancia es la resistencia producida a una frecuencia específica en un punto de un sistema de distribución. La impedancia depende del transformador y del equipo eléctrico conectado al sistema, así como del área de la sección transversal y la longitud de los conductores utilizados. 6.2 Coeficiente de impedancia El coeficiente de impedancia es la relación entre la impedancia AF (portadora) y la impedancia de 50 Hz (onda fundamental). 6.3 Los equipos que resuena en el sistema de distribución de energía forman un *circuito de vibración con sus capacitores existentes (cables, capacitores de compensación, etc.).
) y los inductores (transformadores, bobinas de reactancia, etc.) estos últimos pueden excitarse por los armónicos del sistema y convertirse en resonancia. Una de las causas de los armónicos en los sistemas de distribución es la magnetización no lineal del núcleo del transformador. En este caso, el armónico dominante es el tercer armónico; tiene la misma longitud que el componente monofásico en todos los conductores y por tanto no se puede cancelar en el punto estrella. 6.4 Frecuencia de resonancia Cada conexión de un inductor y un condensador forma un circuito resonante con una frecuencia de vibración específica. Una red formada por varios inductores y condensadores tiene varias frecuencias de resonancia. 6.5 La impedancia de la red de frecuencia resonante en paralelo alcanza la frecuencia máxima. En un circuito resonante en paralelo, los componentes de corriente i1 e I2C son mayores que la corriente total I. 6.6. El nivel de impedancia de la red de frecuencia resonante en serie alcanza la frecuencia mínima. En un circuito resonante en serie, los voltajes paralelos U L y U C son mayores que el voltaje total u 6,7. Un circuito resonante en serie es un circuito en el que un inductor (reactor) y un condensador (condensador) están conectados en serie. 6.8.Potencia reactiva La potencia reactiva Q es necesaria para la parte de energía magnética de motores y transformadores, así como de convertidores de potencia para el intercambio de energía. A diferencia de la potencia activa, la potencia reactiva no funciona. La unidad para medir la potencia reactiva es Var o kvar. 6.9 Compensación de potencia reactiva El departamento de suministro eléctrico proporciona un factor de potencia mínimo para evitar el desperdicio de energía eléctrica. Si el factor de potencia de una planta está por debajo de este valor mínimo, pagará potencia reactiva. De lo contrario, se deben utilizar condensadores para mejorar el factor de potencia, por lo que es necesario instalar condensadores en paralelo en los equipos eléctricos. Daño de los armónicos El voltaje proporcionado por la red eléctrica pública ideal debe ser una única frecuencia fija y una amplitud de voltaje específica. La aparición de corrientes armónicas y tensiones armónicas es un tipo de contaminación de la red eléctrica pública. Degrada el medio ambiente en el que se utilizan los equipos eléctricos y también afecta las capacidades circundantes. Antes del uso generalizado de equipos electrónicos de potencia, la gente había realizado algunas investigaciones sobre los armónicos y sus peligros, y tenía un cierto conocimiento de ellos. Sin embargo, la contaminación armónica no había atraído suficiente atención en ese momento. En los últimos treinta o cuarenta años, con el rápido desarrollo de diversos dispositivos electrónicos de potencia, la contaminación armónica en las redes eléctricas públicas se ha vuelto cada vez más grave. También han seguido ocurriendo diversas fallas y accidentes causados por armónicos. atención. El daño de los armónicos es muy grave. Los armónicos reducen la eficiencia de producción, transmisión y utilización de la energía eléctrica, provocan que los equipos eléctricos se sobrecalienten, producen vibraciones y ruido, envejecen el aislamiento, acortan la vida útil e incluso se averían o se queman. Los armónicos pueden causar resonancia local paralela o resonancia en serie en el sistema de energía, amplificando el contenido armónico y provocando que los capacitores y otros equipos se quemen. Los armónicos también pueden provocar fallos de funcionamiento en los relés de protección y en los dispositivos automáticos, provocando confusión en la medición de energía. Fuera del sistema de energía, los armónicos pueden causar interferencias severas en equipos de comunicaciones y equipos electrónicos. El daño de los armónicos a las redes eléctricas públicas y otros sistemas es aproximadamente el siguiente: 7.1. Incrementa los costos operativos de energía de la empresa. Dado que los armónicos no se pueden eliminar naturalmente sin tratamiento, una gran cantidad de voltajes y corrientes armónicos deambulan en la red eléctrica y se acumulan y superponen, causando mayores pérdidas en la línea y sobrecalentamiento de los equipos eléctricos, aumentando así los costos operativos de energía y aumentando los gastos de energía. 7.2 Se reduce la confiabilidad del suministro de energía. En muchos casos, las tensiones armónicas hacen que las ondas sinusoidales sean más nítidas, lo que no sólo aumenta la histéresis y las pérdidas por corrientes parásitas en equipos eléctricos como transformadores y condensadores, sino que también aumenta la tensión eléctrica en los materiales aislantes. La corriente armónica aumentará el consumo de cobre del transformador. Por lo tanto, bajo una carga armónica severa, el transformador se sobrecalentará localmente y el ruido aumentará, acelerando así el envejecimiento del aislamiento, acortando en gran medida la vida útil del transformador y del motor, y reduciendo. la confiabilidad del suministro de energía es muy probable que provoque graves consecuencias de corte de energía durante la producción. 7.3 Accidente en el suministro de energía La red eléctrica contiene una gran cantidad de fuentes de armónicos (equipos de conversión de frecuencia o rectificadores) y cargas como capacitores de potencia, transformadores, cables y motores. Estos dispositivos eléctricos cambian constantemente y pueden desarrollar fácilmente condiciones resonantes en serie o en paralelo. Cuando los parámetros de la red no coinciden bien, se formarán oscilaciones armónicas a una determinada frecuencia, lo que provocará sobretensión o sobrecorriente, poniendo en peligro el funcionamiento seguro del sistema eléctrico. Si no se maneja, puede provocar fácilmente accidentes en la transmisión y distribución de energía. 7.4 El dispositivo no funciona correctamente. Para generadores giratorios y motores eléctricos, las corrientes armónicas o los voltajes armónicos crean pérdidas adicionales en los devanados del estator, los circuitos del rotor y los núcleos, lo que reduce la eficiencia de la generación de energía, la transmisión y los equipos de consumo. Lo que es más grave es que la oscilación armónica puede fácilmente hacer que el generador de turbina produzca un par oscilante, lo que puede causar vibración mecánica, distorsión de las palas de la turbina y ciclos de fatiga, provocando que el equipo no funcione correctamente. 7.5 Los dispositivos de protección de relés automáticos que provocan accidentes graves juegan un papel muy importante para garantizar el funcionamiento seguro de la red eléctrica.