control-fp con filtro de armonicos

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ELECTRONICA DE POTENCIAPágina 1 de 15 V 1.0 5.5 Control de FP y Filtro Armónicos 15/11/03 Control del factor de potencia y Filtro de Armónicos Introducción Sabemos que el hecho de conectar una carga del tipo inductiva a una línea de alimentación de corriente alterna, produce un retraso de la corriente de carga respecto de la tensión la magnitud de este retraso dependerá en gran medida del valor de la inductancia de la carga a conectar (también de la frecuencia), esto se indica en la figura 1. Otra forma de representar el fenómeno antes descripto es a través de un diagrama vectorial tal y como se indica en la figura 2. El retraso se lo conoce como φ. Este retraso implica que tendremos una potencia que no está en fase con la potencia activa. Esto lo vemos en la figura 2, donde tenemos el sistema clásico de potencia. La potencia que está en cuadratura con la potencia activa se la conoce como potencia reactiva y se mide en VAr (Volt - Amper reactivos). La suma vectorial de las potencias o el producto de la corriente por la tensión de línea se la conoce como Potencia Aparente y se la mide en VA (Volt - Amper). Es importante destacar aquí que la potencia que la fuente debe suministrar es esta potencia). La potencia activa es la potencia es el producto de la tensión por la corriente por el coseno del ángulo que forma el desfasaje (o en otras palabras la corriente que está en fase con la tensión en forma instantánea). Vemos entonces que tenemos un inconveniente. Consumimos una potencia que realmente no estamos utilizando y lo que es mas grave la tenemos que de alguna forma generar. A su vez esta corriente que es mayor que la realmente utilizamos calienta los conductores y nos obliga de sobredimensionar la instalación de potencia. Este sistema lo podemos llevar fácilmente a un sistema trifásico. Ahora bien, si definimos al sistema como simétrico y equilibrado (esto es tres vectores de tensión desfasados 120º eléctricos y módulos de tensión idénticos, conectadas a cargas idénticas) su estudio se realizará con un sistema monofásico. La solución clásica al problema de cargas inductivas se resuelve conectado en paralelo con la carga otra carga reactiva, pero con vector antagónico, esto es reactiva capacitiva. El valor de esta carga compensadora será tal que anule la componente reactiva inductiva de forma tal que el ángulo que formen la tensión y la corriente de carga sea cero, lo que implica que toda la corriente de línea es utilizada por el sistema, la potencia activa se iguala con la aparente y la potencia reactiva neta del sistema es cero. Lo que hemos visto, si bien no ha sido explicitado, implica algo fundamental: La carga tiene que ser lineal. En la mayoría de la cargas producidas por la electrónica de potencia esto no ocurre.

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  • ELECTRONICA DE POTENCIAPgina 1 de 15V 1.05.5 Control de FP y Filtro Armnicos 15/11/03

    Control del factor de potencia y Filtro de ArmnicosIntroduccinSabemos que el hecho de conectar una carga deltipo inductiva a una lnea de alimentacin decorriente alterna, produce un retraso de la corrientede carga respecto de la tensin la magnitud de esteretraso depender en gran medida del valor de lainductancia de la carga a conectar (tambin de lafrecuencia), esto se indica en la figura 1. Otraforma de representar el fenmeno antes descripto esa travs de un diagrama vectorial tal y como seindica en la figura 2. El retraso se lo conoce como.Este retraso implica que tendremos una potenciaque no est en fase con la potencia activa.Esto lo vemos en la figura 2, donde tenemosel sistema clsico de potencia.La potencia que est en cuadratura con lapotencia activa se la conoce como potenciareactiva y se mide en VAr (Volt - Amperreactivos). La suma vectorial de las potenciaso el producto de la corriente por la tensin delnea se la conoce como Potencia Aparente yse la mide en VA (Volt - Amper). Esimportante destacar aqu que la potencia quela fuente debe suministrar es esta potencia).La potencia activa es la potencia es elproducto de la tensin por la corriente por elcoseno del ngulo que forma el desfasaje (oen otras palabras la corriente que est en fase con la tensin en forma instantnea).Vemos entonces que tenemos un inconveniente. Consumimos una potencia que realmente noestamos utilizando y lo que es mas grave la tenemos que de alguna forma generar. A su vez estacorriente que es mayor que la realmente utilizamos calienta los conductores y nos obliga desobredimensionar la instalacin de potencia.Este sistema lo podemos llevar fcilmente a un sistema trifsico. Ahora bien, si definimos alsistema como simtrico y equilibrado (esto es tres vectores de tensin desfasados 120 elctricos ymdulos de tensin idnticos, conectadas a cargas idnticas) su estudio se realizar con un sistemamonofsico.La solucin clsica al problema de cargas inductivas se resuelve conectado en paralelo con la cargaotra carga reactiva, pero con vector antagnico, esto es reactiva capacitiva. El valor de esta cargacompensadora ser tal que anule la componente reactiva inductiva de forma tal que el ngulo queformen la tensin y la corriente de carga sea cero, lo que implica que toda la corriente de lnea esutilizada por el sistema, la potencia activa se iguala con la aparente y la potencia reactiva neta delsistema es cero.Lo que hemos visto, si bien no ha sido explicitado, implica algo fundamental: La carga tiene queser lineal. En la mayora de la cargas producidas por la electrnica de potencia esto no ocurre.

  • ELECTRONICA DE POTENCIAPgina 2 de 15V 1.05.5 Control de FP y Filtro Armnicos 15/11/03

    Los ejemplos de esto estn a la vista y solamente citamos algunos.- Control de potencia por ngulo de fase.- Control de velocidad de motores por ngulo de fase- Fuentes lineales de CC- Fuentes conmutadas (sin PFC).- Inversores de frecuencia.

    En la figura 3 se indica un circuito deeste tipo (fuente lineal de CC) con suscorrespondientes formas de onda.

    La corriente de alimentacin solocircula hacia la carga, cuando la tensin dealimentacin es mayor que la tensin quetiene a los bornes el capacitor, esto es enun tiempo pequeo respecto del periodototal de la onda de alimentacin.Entre ambos picos de corriente, la carga,extrae corriente del capacitor previamentecargado. La corriente de fase tiene unretraso , pero tambin contienearmnicas, como una tpica corriente forma de onda del tipo pulso, afectando la potencia realdisponible desde la alimentacin.

    La carga, indicada en la figura 3 como una resistencia, puede ser una fuente lineal y aqusurge algo interesante de destacar: La tensin Valimentacin, puede provenir de un transformadorreductor o de la lnea de suministro de energa. Si existe aguas arriba del puente rectificador untransformador reductor, o sea la Valimentacin es de algunos Volt, la corriente del primario, seguir laindicada, cambiando nicamente su valor, sin modificar su espectro en frecuencias.

    Si no se trata de una fuente lineal, como por ejemplo el caso de una fuente conmutada, laforma de onda ser similar o igual a la indicada en la figura 3. Existen un tipo de fuentes deconmutadas en las que este problema est contemplado, estas de muy reciente generacin, se lasconoce como fuentes conmutadas con PFC (power factor controled), las que veremos en masadelante.

    El factor de potencia se mide de muchas manera eficientemente, y es afectado del cos ydel contenido de armnicas de la corriente de alimentacin. El factor de potencia no solo el cos .En este contexto el proyecto de la norma Europea IEC 555-2, solo define los limites del contenidode armnicas de las fuentes de alimentacin. Esta norma fue modificada por las IEC 1000-bExiste adems otra norma internacional, la IEEE 519 - 1992, "Requerimientos y Practicasrecomendadas para control de armnicos en sistemas Elctricos de Potencia".

    Cabe destacar que a la fecha de redaccin del presente trabajo no existe una norma clara enla Provincia de Mendoza al respecto y a nivel Nacional en ENRE si bien tiene algunasrecomendaciones no posee una posicin clara.

    El factor de potencia es definido usualmente como:

    [ ][ ]VAapaarentePotencai

    WactivaPotenciaSPFP ==

  • ELECTRONICA DE POTENCIAPgina 3 de 15V 1.05.5 Control de FP y Filtro Armnicos 15/11/03

    Para el trazado de la figura 2, se asumi, como ya lo mencionamos, que las magnitudesinvolucradas (tensin y corriente), son funciones senoidales ideales, esto es sin deformaciones. Ladiferencia de fase entre la tensin y la corriente es definida como el ngulo de atraso de fase ongulo desplazamiento .

    Podemos decir que si las formas de onda son senoidales puras (estamos hablando de cargas

    lineales), el valor RMS (verdadero valor eficaz) de la onda es: 2

    VV PicoRMS = , pero si las ondas noson senoidales (esto es cargas No-lineales ), debemos utilizar otro mtodo.

    Uno de los mtodos mas frecuentemente utilizados para trabajar con ondas elctricas nosenoidales es la transformada de Fourier, con este mtodo, podemos redefinir la Corriente deverdadero valor eficaz (IRMS), como:

    2nRMS

    2RMS2

    2RMS1

    20RMS I....IIII ++++=

    Donde I0 es la componente de Corriente Continua de la corriente, I1 es la fundamental (0 1armnica), I2 es la 2 armnica.

    Para una onda de corriente alterna pura, el trmino I0, es cero.La fundamental de una corriente RMS tiene en fase la componente I1RMSP y en cuadratura

    I1RMSQ, de esta forma podemos expresar a la corriente RMS como:

    =

    ++=2n

    2nRMS

    2RMSQ1

    2RMSP1totalRMS IIII

    Donde la potencia activa est dada por: RMSP1RMS I.VP =Como 1, es el ngulo de desplazamiento entre la tensin y la componente fundamental (en fase) dela corriente tenemos:

    1RMS1RMSP1 cos.II =1RMS1RMS cos.I.VP =

    totalRMSRMS I.VS =Entonces el Factor de potencia puede ser calculado como:

    totalRMS

    1RMS1

    Icos.I

    SP.P.F ==

    Introduciendo el factor k:

    CosI

    IktotalRMS

    RMS1 ==

    es el ngulo de distorsin. El factor k es asociado a el contenido de armnicos de la corriente. Siel contenido de armnicos de IRMS total es aproximadamente cero entonces, k tendera a uno.En la figura 4 se indica el diagrama de potencia completo para un sistema no lineal. En el mismo seaprecia que debemos considerar no solo la potencia reactiva del sistema en cuestin, sino tambin lapotencia de distorsin, esto es la potencia que se genera por trabajar con corrientes (eventualmentetensiones), no senoidales.

  • ELECTRONICA DE POTENCIAPgina 4 de 15V 1.05.5 Control de FP y Filtro Armnicos 15/11/03

    Ahora, entonces podemos decir que el Factor de Potencia ser: cos.cos.P.F 1=Mejorar el F.P. en las instalaciones industriales debe contemplar la aumento de cos , esto esreducir el desfasaje entre corriente y tensin, como as tambin el aumento del cos , es decirreducir el contenido de armnicos de la corriente de carga.

    Sistema monofsico.En un sistema monofsico como el que se indica en la figura 3, si la alimentacin es totalmente decorriente alterna, el armnico cero (I0 0 Hz), no debera existir ya que este es la componente de CC,el armnico 1 o fundamental (I1 50 Hz), tiene que existir, obviamente, el 2 armnico no deberaexistir (100 Hz) al ser una funcin par (al igual que todos los armnicos pares), el 3 armnico tieneque ser el de mayor peso (150 Hz), para luego decrecer con el 5, 7, 9,.....Para calcular el peso de cada una de las componentes armnicas debemos conocer exactamente lafuncin primaria del sistema. Esto implica una dificultad difcil de sortear, puesto que en estafuncin la corriente de carga del capacitor y los tiempos de circulacin, tienen un peso muyimportante, y estos valores dependern de la carga del sistema. Los clculos para un eventual filtrono pueden ser sino activos dependientes del valor de la corriente y tiempo en cada hemiciclo.Una solucin a este problema es mejorar integralmente el sistema de rectificador - fuente dealimentacin. El sistema que en la actualidad se est empleando para este fin se lo conoce comofuente conmutada con control del Factor de potencia. Este sistema se basa en un convertidorelevador (steep-up) o boost. Mas una fuente conmutada convencional (flyback, Directa, Push-Pull,de Medio Puente o Puente Completo).Este sistema es un sistema de control de factor de potencia Activo (uno pasivo seria un banco decapacitores).En la figura 5. Se indica un croquis del sistema.En este pre-regulador, se puede determinar que la corriente tomada de la lnea es constante y sigueen fase a la tensin, esto lo podemos ver en la figura 6, donde se muestra de una manera didcticaun hemiciclo en tensin y corriente. En dicha figura vemos que la frecuencia de conmutacin de la

  • ELECTRONICA DE POTENCIAPgina 5 de 15V 1.05.5 Control de FP y Filtro Armnicos 15/11/03

    fuente Boost es de 14 Hz (la frecuencia real de trabajo ronda los 30 kHz), tambin se aprecian lastensiones y corrientes de lnea

    El sistema trata de mantener la tensin Vo constante, para lo cual modula en ancho lospulsos de excitacin aplicados a la llave semiconductora (en este caso hemos puesto un Power-Mosfet, pero puede ir otro dispositivo tal como un IGBT)).

    Como se mencion con anterioridad, en rango de frecuencia de conmutacin depender delsemiconductor utilizado, pero siempre el objetivo es mantener esta frecuencia lo mas alta posibleLos valores actuales estn entre los 20 y los 50 kHz.

    Existen en el mercado muchos componentes que cumplen esta funcin holgadamente talescomo: MC33260, UC1854, UC2854, UC3817, UC3818, UC3819, UC3852, UC3853, UC3854,UC3855, UC38500 entre otros.

    Las nuevas fuentes de alimentacin para PC, a partir del ao 2005, deben contar consistemas de control de factor de potencia. Motivo por lo cual la mayora de las fuentes ATXII yacuentan con el mismo.

    Lamentablemente este sistema es solo aplicable a bajas y medias potencias.A continuacin veremos cuales son los problemas en sistemas trifsicos de media y alta

    potencia.

    Sistemas trifsicosUn sistema trifsico puede estar compuesto de cargas monofsicas, tales como la indicada en lafigura 3. Vamos a suponer que las cargas estn distribuidas de forma tal que el sistema estequilibrado, esto es que las tres fases, contienen las misma cargas monofsicas. Esto estrepresentado en la Figura 7.En un sistema trifsico simtrico y equilibrado, la corriente de neutro que esperamos encontrar esigual a cero. Supongamos que dicho sistema est completamente desequilibrado a punto que una desus corrientes es cero, la corriente de neutro que esperamos encontrar en este caso extremo es nomayor que la corriente de cualquiera de las otras fases. O sea en trminos generales y sin entrar enun anlisis detallado, podemos decir que si el sistema no est en equilibrio podemos tener hasta la

  • ELECTRONICA DE POTENCIAPgina 6 de 15V 1.05.5 Control de FP y Filtro Armnicos 15/11/03

    corriente mxima de cualquiera de las fases. No obstante, esto es vlido para sistemas lineales,puesto que como se puede apreciar en la figura 7.

    Las formas de onda ia, ib, ic, son las corrientes que circulan por los conductores de las tresfases respectivas. Vemos que esta corriente es activa solo en una porcin de su hemiciclorespectivo, esto es cuando los capacitores del circuito toman carga, luego la corriente es nfima, obien inexistente. in, es la corriente de neutro o de retorno, lgicamente es la composicin de lascorrientes de fase.Vemos, en la figura 7, que la corriente de neutro es la suma de las corrientes de fase, puesto que lasuma vectorial no es cero, por no ser corrientes lineales.Por lo antes dicho la corriente de neutro la podemos calcular de la siguiente forma:

    rmsaT

    nT

    nrmsn IdttiTdtti

    TI ,

    02

    02

    , .3)..(1.3)..(1 =

    ==

    Siendo este valor el peor de los casos. Es importante destacar que la corriente de neutro puede serhasta un 73% mayor que la corriente de cualquiera de las fases.

    Corrientes Armnicas:Los generadores de energa elctrica producen la misma, en forma de ondas de tensin

    (sistema trifsico), donde la forma de onda de la voltaje asociada a estos est dada en la frecuenciafundamental. En nuestro pas esta frecuencia es de 50 Hz o ciclos por segundo, siendo la tensinnormalizada de distribucin 3x380V, esto es, tres ondas de tensin desfasadas 120 elctricos entrecada una de ellas.

    Si tomamos una de estas ondas, su comportamiento ser el se detalla a continuacin:Comenzando en cero incrementa su valor hasta un mximo valor positivo, para luego decrementarhasta cero, pasando posteriormente hasta un valor mximo negativo, continua hasta cero, para luegocomenzar un nuevo ciclo. Esta forma de onda toma un andar senoidal indicada en la figura 8

    Si el sistema tiene una carga lineal, la corriente que obtiene (esto es la corriente de carga),tendr un andar senoidal, tal como se muestra en la figura 8. Inclusive la onda de corriente podratener un cierto retraso en el tiempo, y ser una carga lineal (por ejemplo un balasto de un equipo de

  • ELECTRONICA DE POTENCIAPgina 7 de 15V 1.05.5 Control de FP y Filtro Armnicos 15/11/03

    luz fluorescente, implica una carga algo inductiva, con lo cual la corriente se retrasara respecto de latensin).

    Pero si la carga es No-lineal, la corriente ser deformada en su andar, como podra ser elcaso de un rectificador conectado a un capacitor. En la figura 9. vemos una corriente de cargadeformada, producto de una carga no-lineal.

    El desarrollo de Fourier nos permite representar cualquier onda en una serie de ondassenoidales de frecuencias mltiplos de la fundamental. A medida que la carga se hace mas alineal,obtenemos armnicas de orden superior con mas peso en el sistema.Volviendo a la figura 9, esta onda de corriente est deformada con la tercera armnica (150Hz), lacorriente final o de lnea tendr una componente a 50Hz y otra a 150Hz. En este escueto anlisis,no hemos todava considerado las implicancias que tienen estas corrientes en un sistema trifsico.

    En la figura 10, se pueden observar las corrientes descompuestas para un sistema trifsicode energa, conexionado estrella, con corrientes de fase iguales entre si y similares a la representadaen la fig. 9.En funcin de estos oscilogramas, concluimos que:1 La componente de corriente de neutro de la fundamental (50Hz), es cero, puesto que la si

    sumamos instante a instante las corrientes es resultado es nulo.2 La componente de corriente de neutro de la 3 armnica vale 3 veces la corrientes de una de sus

    fases.

  • ELECTRONICA DE POTENCIAPgina 8 de 15V 1.05.5 Control de FP y Filtro Armnicos 15/11/03

    Veamos otros tipos de carga de potencia. En la figura 11a se muestra un puente trifsico totalmentecontrolado con una carga L pura (por ejemplo un motor de CC de muy alta potencia). En la figura11b. Se muestran las corriente de lnea y la corriente fundamental (1 armnico) de esta corriente delnea.

  • ELECTRONICA DE POTENCIAPgina 9 de 15V 1.05.5 Control de FP y Filtro Armnicos 15/11/03

    En la Figura 12, se muestra la corriente de lnea y la corriente fundamental mas el 5 Amnico parael circuito de la figura 11(a).

    Filtros Activos de potencia.Introduccin

    La circulacin de armnicos por la red tiene efectos muy nocivos tanto para el suministradorelctrico como para el usuario de la red. Entre otros efectos, produce una distorsin en la tensin dered haciendo que la calidad en la alimentacin de los equipos disminuya considerablemente.Adems pueden producir numerosas distorsiones en aparatos de medida y telecomunicaciones eincrementan las prdidas de potencia por las lneas al aumentar el valor de la corriente eficaz.

    Idealmente para evitar esta circulacin de armnicos, la corriente demandada por los equiposdebera ser senoidal y para evitar componentes reactivas, debera estar en fase con la tensin. Peroactualmente pocos convertidores implementan un control de la corriente y producen una demandade corriente discontinua que se aleja mucho de la senoidal deseada.

    Para evitar este problema en la red, organismos internacionales establecen una normativa (IEC1000-3-2) de prxima aplicacin (2005) para controlar los armnicos producidos por equiposlimitando la cantidad mxima de armnicos que pueden demandar, en funcin de la clase de equipoy de la potencia de ste. De esta forma se hace necesaria una nueva orientacin de los prximosequipos de potencia. Un resumen de esta norma se halla al final de estos apuntes.

    Para enfrentarse a este nuevo problema surgen distintos mtodos para conseguir disminuir lacantidad de armnicos que estos equipos introducen en la red. Los ms empleados en la actualidadson el uso de filtros pasivos y/o activos, y la sustitucin del rectificador y el filtro por condensadorpor un convertidor con correccin de factor de potencia (CFP) que adems de controlar la tensinde salida, controlan la corriente que demandan.

    Filtros pasivos vs. activosPara mantener las arquitecturas clsicas de alimentacin de equipos basados en convertidores de

    potencia sin control de la corriente demandada aparecen la idea del uso de filtros pasivos y/oactivos.Los filtros pasivos estn constituidos por elementos reactivos (bobinas y condensadores)conectados en paralelo con la carga. Su gran ventaja es la simplicidad, fiabilidad y robustez de sudiseo al estar compuesto de elementos pasivos. Pero tambin poseen numerosas desventajas, comoson el gran tamao de la bobina y el condensador, la pobre respuesta dinmica ante cambios en la

  • ELECTRONICA DE POTENCIAPgina 10 de 15V 1.05.5 Control de FP y Filtro Armnicos 15/11/03

    carga, la gran influencia de la impedancia de red en el filtrado, la posibilidad de que aparezcanresonancias, la imposibilidad de eliminar ms de un nmero limitado de armnicos

    Los filtros activos se componen de elementos pasivos y transistores gobernados porcircuitos de control. En realidad se trata de convertidores que filtran la corriente de entrada. Estostipos de filtros son capaces de filtrar prcticamente la totalidad de los armnicos de baja frecuenciay no tienen los inconvenientes de los filtros pasivos. En contra tienen un peor rendimiento ygeneran un rizado de corriente de alta frecuencia que precisa de ser filtrado con un filtro EM.

    Segn la posicin en donde vaya colocado, existen dos tipos de filtros: activo serie y activoparalelo. Los filtros activos serie actan como fuentes de tensin conectados en serie antes de lacarga proporcionando una muy alta impedancia a los armnicos y casi nula a la frecuencia de red.Por otro lado, los filtros activos paralelo actan como una fuente de corriente en paralelo con lacarga inyectando o absorbiendo corriente segn se precise. La ventaja de los filtros serie es quemanejan una menor potencia aunque producen ligeras distorsiones en la tensin. Pero por otro ladolos filtros paralelo tienen la enorme ventaja de tener una gran modularidad ya que puedenconectarse sin necesidad de cortar la lnea y adems se pueden colocar varios mdulos en paralelopara poder corregir los armnicos de cargas de mayor potencia.Existe un tercer tipo de filtro que presenta una combinacin de los filtros activo y pasivo: el filtrohbrido. En este tipo de filtro se coloca el filtro pasivo para filtrar los armnicos ms importantes ylograr as que el filtro activo maneje menor potencia y para filtrar las componentes de altafrecuencia que el filtro activo no puede eliminar.

    1. Reductor de Armnicos (HR Harmonic Reducer)Dentro de las topologas existentes usadas para la reduccin de armnicos en la corriente de redla usada en este estudio es la de inversor de tensin como filtro activo paralelo. El HR es unconvertidor que colocado en paralelo con la red/carga consigue una disminucin de armnicosque entrega la red. Esto se implementa mediante tcnicas de control haciendo que el HRfuncione como fuente o sumidero de corriente para conformar de forma senoidal la corriente delnea.

    1.1. Reductor de Armnicos de CC (HR-DC)El HR_DC es un convertidor en configuracin de medio puente colocado en paralelo conla carga. La topologa es como en la siguiente figura:

  • ELECTRONICA DE POTENCIAPgina 11 de 15V 1.05.5 Control de FP y Filtro Armnicos 15/11/03

    En esta topologa como en las posteriores el convertidor tiene que funcionar como fuentede corriente, con lo cual la tensin de carga del condensador tiene que ser superior a latensin mxima de red.

    Los interruptores se controlarn de tal forma que la corriente por la red sea senoidal.Cuando queramos aumentar la corriente que entrega el HR se cerrar el interruptorsuperior y como la tensin en el condensador es superior a la tensin de red, se inyectarde forma creciente una corriente al sistema. En cambio cuando queramos que disminuya eincluso que invierta su corriente tenemos que cerrar el interruptor inferior. De esta formalogramos que la corriente por la red siga una referencia senoidal generada medianteacciones de control.

    Es importante en esta topologa resear que no se pueden tener activos ambosinterruptores simultneamente porque se unira el terminal positivo del condensador con elnegativo produciendo un cortocircuito, con lo cual la forma de trabajo de los interruptores,debe ser complementaria, y dejando unos tiempos muertos desde la desconexin de uno ala conexin del otro para evitar el problema de solapamiento por colas de corriente.

    Los diodos colocados en antiparalelo con los interruptores tienen la funcin deestablecer un camino para que se cierre la corriente que circula por la bobina, ya que estano puede ser cortada, ni cambiada de sentido de forma instantnea.

    1.2. Reductor de Armnicos de C.A. (HR-AC)El HR-AC es un filtro activo paralelo conectado en el lado de la tensin sin rectificar y sufuncionamiento es similar al HR-DC con la salvedad de que debemos introducir dosinterruptores ms para permitir controlar tensiones negativas.

  • ELECTRONICA DE POTENCIAPgina 12 de 15V 1.05.5 Control de FP y Filtro Armnicos 15/11/03

    1.3. Reductor de Armnicos trifsico.El HR trifsico es un convertidor que colocado en paralelo con la red, consigue hacer comofuncin principal que la corriente de red sea senoidal. Adems de conseguir este propsito sepuede hacer que la corriente reactiva que entrega la red sea nula y adems se puede efectuarel equilibrio del sistema en caso de que la carga sea desequilibrada.

    El funcionamiento de esta topologa es muy sencillo, ya que cada rama del HR se controlade forma independiente al resto ya que tenemos un punto comn con la red que es el hilo deneutro. Para ello, se genera una seal de referencia senoidal igual en amplitud para cada fasepero desfasadas 120 entre s y mediante control se hace que la corriente de lnea que siga aesa referencia. Para un funcionamiento correcto, la tensin de cada condensador del HRdebe ser superior a la tensin mxima de la tensin de fase de red.

  • ELECTRONICA DE POTENCIAPgina 13 de 15V 1.05.5 Control de FP y Filtro Armnicos 15/11/03

    Cuando se quiera inyectar o aumentar la corriente del HR hacia el sistema sedispararn los interruptores superiores de la fase que corresponda con lo cual se aplicartensin a la bobina tal que su corriente sea creciente hacia la carga y cuando se quieradecrementar la corriente del HR hacia el sistema se dispararn de forma anloga losinterruptores inferiores, aplicando a la bobina una tensin de la misma magnitud a laaplicada anteriormente pero de sentido contrario.

    Como las referencias generadas son iguales podemos incluso el equilibrar el sistemaen caso de que la carga sea desequilibrada, esto trae como consecuencia que cada brazo delHR inyecte una corriente diferente al resto.

    ConclusionesDentro de todas las posible alternativas comentadas para la realizacin de filtrado de corrientesse ha estudiado e implementado el filtrado activo paralelo por las siguientes caractersticas oventajas frente a otras: El filtro activo es controlado como fuente de corriente armnica por tanto la impedancia de

    la lnea de la fuente no afecta a las caractersticas de compensacin. Pueden ser instalados en paralelo con la red/carga resultando sencillo y cmodo. Permiten la colocacin de unidades en paralelo, y cada unidad puede ser controlada para

    compensar un armnico particular o el espectro entero. No crean desplazamiento del factor de potencia. No necesitan dispositivos de proteccin complicados. Pueden realizar compensacin reactiva, y equilibrio de cargas.

  • ELECTRONICA DE POTENCIAPgina 14 de 15V 1.05.5 Control de FP y Filtro Armnicos 15/11/03

    NOTES ON HARMONICS EMISSION STANDARDS: IEC 1000-3-21.0 Goal of implementing the StandardLimitation of harmonic components of the input current impressed on the public low voltage supplysystem, for equipment with input currents of less than 16A per phase. Extend the previous standardIEC 555-3

    2.0 Classification of Equipment: Class A: Balanced 3-phase equipment and all other equipment except those in one of the

    following classes. Class B: Portable tools Class C: Lighting equipment including dimming devices with input active power above 25W. Class D: Equipment having an input current with special wave shape and a fundamental input

    active power between 75 and 600W. This is the high crest factor waveform; e.g.single-phase rectifier input current waveform.

    3.0 Harmonic LimitsThe limits of harmonics for each phase of the line current are shown in Table 1. Note that the limitsare absolute, i.e. not related to power ratings of equipment. The limits are applicable to steady stateharmonic currents.

    4.0 Impact of IEC 1000-3-2 Equipment-level compliance; cost is directly borne by end user Cost increase: USD 0.1/W to 0.3/W. Size increase: 10 to 30% High quality (i.e. low harmonic) rectification is required5.0 Solutions to meet IEC 1000-3-2 StandardsPassive solution: Using passive components i.e. line inductance and/or DC link choke. It is quiet (not generating much EMI) and reliable.

  • ELECTRONICA DE POTENCIAPgina 15 de 15V 1.05.5 Control de FP y Filtro Armnicos 15/11/03

    Too heavy and bulky for most applications. They might also not be able to satisfy future Standard revisions.Active solution Using electronics/control of switches (e.g. unity power factor correction) Generate too much EMI. Less reliable Significant increased in cost.6.0 Origin of harmonic pollution.Mostly from uncontrolled/controlled rectifiers.