7.4 Filtro de armónicos
La solución más efectiva es la aplicación de filtros
entre la fuente de alimentación y la carga. Con este método se minimizan las
componentes armónicas y se elimina el problema de raíz. Básicamente existen dos
tipos de filtros; pasivos y activos.
Filtros Pasivos
Los filtros pasivos se forman con elementos
reactivos (bobinas y condensadores) que están conectados en paralelo con la
carga. La idea es que los elementos instalados entre en resonancia a la
frecuencia del armónico que queremos eliminar, así la componente indeseada
encontrará una rama de mínima impedancia y se irá a tierra. Para la frecuencia
fundamental el filtro debe tener una impedancia de gran valor, con el fin de no
incrementar demasiado la corriente adicional provocada por este nuevo elemento.
Figura 7.8
Este tipo de filtro
tiene cualidades como son: simplicidad, fiabilidad y robustez, también posee
múltiples desventajas, como son el gran tamaño de bobinas y condensadores
necesarios, pobre respuesta dinámica ante cambios de carga, influencia de la
impedancia de red en el filtrado, además es posible sintonizar el filtro para
la eliminación de un sólo armónico.
Filtros Activos
Están compuestos por
elementos pasivos y transistores controlados, son capaces de eliminar
prácticamente todos los armónicos de baja frecuencia y no tienen los
inconvenientes de los filtros pasivos.
Los filtros activos
pueden ser conectados en serie o en paralelo. Los filtros serie actúan como
fuente de voltaje, proporcionan una alta impedancia para los armónicos e
impedancia reducida para la frecuencia de la red. Los filtros activos en
paralelo, actúan como fuente de corriente en paralelo con la carga, inyectando
o absorbiendo corriente según sea necesario.
Existe la posibilidad de combinar filtro activo y
pasivo, formando un filtro híbrido.
Figura 7.9
Entre los filtros activos podemos analizar los
siguientes:
-
Reductor de
Armónicos CC.
-
Reductor de
Armónicos CA
-
Reductor de
Armónicos Trifásico
Reductor de armónicos CC (Harmonic
reducer DC)
Este convertidor se conecta en paralelo con la
carga, como se muestra en la siguiente figura.
Figura 7.10
En esta configuración el filtro actúa como fuente de
corriente, la tensión del condensador debe ser mayor a la tensión máxima de
entrada.
Los transistores se
controlan de manera tal que la corriente sea senoidal,
para que el RA inyecte corriente se cerrará el switch
superior y se impulsará una corriente creciente ya que el voltaje del
condensador es mayor a la tensión de red. Cuando queremos que la corriente
disminuya, cerramos el interruptor inferior. Así la corriente sigue una
referencia senoidal gracias al control de los
transistores.
Reductor de Armónicos CA
Se conecta en el lado de
alterna. Básicamente funciona igual que el RA CC, pero tiene dos interruptores
adicionales para controlar las tensiones negativas.
Figura 7.11
Reductor Armónico Trifásico
El convertidor se
conecta en paralelo con la red, logra que la corriente de red sea sinusoidal,
además tiene la capacidad de corregir factor de potencia anulando la componente
reactiva que entrega la red, también puede balancear la carga de las fases en
caso de alimentas un consumo desequilibrado.
Existen muchas
topologías posibles, se estudiará la configuración tipo puente inversor trifásico
con conexión de neutro.
Figura 7.12
El funcionamiento es muy
sencillo debido a que cada rama del RA se controla en forma independiente ya
que existe un punto común con la red en el neutro. Se genera una señal de
referencia senoidal para cada fase desplazadas 120º,
logrando que la corriente de red siga esta referencia. La tensión de cada
condensador debe ser mayor al voltaje máximo entre fase y neutro de la red.
Para inyectar corriente
a la red, se debe cerrar los transistores superiores, así el voltaje en el
condensador formará un circuito con la bobina correspondiente y existirá una
corriente creciente hacia el sistema. Para reducir la inyección de corriente se
debe cerrar el transistor inferior y la bobina recibe ahora un voltaje opuesto.