¿Qué son los armónicos en las redes eléctricas?

En el caso ideal, la red eléctrica debe tener un voltaje alterno, que cambia de acuerdo con una ley sinusoidal con una frecuencia de 50 Hz (50 veces por segundo), si estamos hablando de redes domésticas. En la práctica, la situación es diferente: el voltaje está lejos de ser una forma sinusoidal, está distorsionado, no solo a lo largo de los frentes, sino que a lo largo de toda la longitud está lleno de varias ráfagas y ruido. Este fenómeno se llama armónicos en las redes eléctricas. En este artículo, veremos más de cerca qué es y por qué las armónicas son peligrosas para los equipos conectados a la red.

Contenido:

Detección armónica
Fuentes de interferencia
Consecuencias de la interferencia armónica.

Detección armónica

El gráfico de la señal, que varía según la ley sinusoidal, tiene la forma:

Pero esto es significativamente diferente de la forma real de voltaje en la red eléctrica:

Estas irregularidades y explosiones también son causadas por armónicos. Trataremos de hablar sobre este fenómeno en palabras simples. El gráfico anterior se puede representar como la suma de señales de diferentes frecuencias y magnitudes. Si todo esto se suma, el resultado será tal señal. Un ejemplo y resultado de la adición de señales se muestra en el siguiente gráfico:

Los armónicos se distinguen por números, donde el primer armónico es el componente con el mayor valor. Sin embargo, tal descripción es demasiado breve. Por lo tanto, demos una fórmula para determinar el valor armónico. Esto es posible con el análisis armónico y la expansión de Fourier:

A partir de esta fórmula, se pueden distinguir las frecuencias y fases de los componentes armónicos de la red eléctrica y cualquier otra señal sinusoidal.

Fuentes de interferencia

Varios equipos se pueden atribuir a fuentes de interferencia, desde electrodomésticos hasta potentes máquinas eléctricas industriales. Para comenzar, consideremos brevemente las causas de su ocurrencia.

Los armónicos en una red de CA eléctrica surgen debido a las características de los equipos eléctricos, por ejemplo, debido a la no linealidad de sus características o la naturaleza del consumo de corriente.

Por ejemplo, en las redes trifásicas en los circuitos magnéticos de los transformadores, las longitudes de los caminos magnéticos de las fases media y extrema difieren casi 2 veces y, por lo tanto, sus corrientes de magnetización difieren hasta una vez y media. De aquí surgen armónicos en redes trifásicas.

Otra fuente interferencia En ingeniería eléctrica, se trata de motores eléctricos, tanto trifásicos sincrónicos como asíncronos, y monofásicos, incluidos los motores de colector universal. El último tipo de motor se usa en la mayoría de los electrodomésticos, por ejemplo:

lavadoras;
procesadores de alimentos;
taladros, amoladoras, martillos rotativos, etc.

Como resultado del funcionamiento de las fuentes de alimentación conmutadas, se producen armónicos de alta frecuencia (interferencia) en la red eléctrica. Para comprender cómo se forman, debe tener información sobre su estructura interna. Esto se debe al hecho de que la corriente primaria del UPS es diferente de la continua, fluye solo cuando el interruptor del semiconductor de potencia está abierto.Y este último se abre y se cierra con una frecuencia superior a 20 kHz.

Interesante La frecuencia de funcionamiento de algunas fuentes de alimentación conmutadas modernas alcanza los 150 kHz.

Para reducir estos armónicos, se utilizan filtros de interferencia electromagnética, como los choques y condensadores de modo común. Para mejorar el gráfico del consumo de corriente en relación con el suministro de voltaje monofásico, se utilizan correctores de factor de potencia activo (KKM ruso, PFC inglés).

Dichas fuentes de alimentación se instalan en:

Lámparas LED;
Balastos electrónicos para lámparas fluorescentes;
fuentes de alimentación para computadoras;
cargadores modernos para teléfonos móviles;
Televisores y otros equipos.

Además, estas fuentes de alimentación incluyen convertidores de frecuencia.

Para medir armónicos en la red, puede usar instrumentos de medición multifuncionales de EKF. Además de los armónicos, estos instrumentos pueden medir parámetros de red como corriente, frecuencia, voltaje, potencia activa, reactiva y aparente, así como factores de potencia y frecuencia. Además, los medidores multifuncionales permiten controlar, analizar y optimizar el funcionamiento de equipos de potencia, sistemas y circuitos industriales. Son bastante fáciles de instalar y se pueden configurar para cualquier transformador de corriente.

Consecuencias de la interferencia armónica.

La presencia de armónicos en una red eléctrica de CA causa ciertos problemas. Entre ellos: aumento del calentamiento de motores eléctricos y cables de alimentación. Los efectos de los armónicos son la vibración del motor. Otras consecuencias pueden ser diferentes: el desgaste acelerado de los cojinetes del rotor del motor, que termina con una falla en el cuerpo de los devanados debido al aumento del calor.

En electricidad, se encuentran falsas alarmas de conmutación y equipos de protección: disyuntores, contactores y arrancadores magnéticos. En equipos de sonido y tecnología de comunicación, la interferencia se produce debido a los armónicos. Luchan con ellos de la misma manera: instalando filtros de interferencia electromagnética.

El siguiente video describe qué armónicos e interarmónicos están en la red:

En conclusión, me gustaría señalar que los armónicos en las redes eléctricas, en principio, no son beneficiosos. Solo causan mal funcionamiento, falsas alarmas de equipos de conmutación y otras manifestaciones de inestabilidad en el trabajo. Esto puede causar no solo inconvenientes en la operación, sino también problemas económicos, pérdidas y situaciones de emergencia que pueden poner en peligro la vida.

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