Armónicos: un impedimento para un ahorro de energía eficiente

En los próximos 20 años se espera que la demanda de energía global aumente casi hasta el 25%.

Esta es una consecuencia producida por la mejora incremental que se ha producido en el estándar de calidad de vida de las personas en los países desarrollados.

El cumplimiento de este crecimiento requerirá sin duda una mayor producción de energía, pero puesto que el cambio climático es ya un desafío, la mayoría de la demanda aumentada debe proceder de iniciativas de energía renovables, de la conservación y del ahorro energéticos.

Cómo ahorrar energía

Controlando la velocidad de los motores en, por ejemplo, instalaciones HVAC o de bombas de agua, ya que se puede ahorrar hasta el 50% de energía y, por ello, parece natural la proliferación de convertidores de frecuencia de velocidad variable. Además, el mayor uso de luces fluorescentes es un modo práctico de ahorrar enormes cantidades de energía. Lamentablemente, la mayoría de los equipos eléctricos que ahorran energía, van acompañados del efecto colateral de que consumen corriente no sinusoidal, conocida como distorsión de corriente armónica. La distorsión armónica es, por tanto, un problema creciente.

Armónicos: un obstáculo

Los armónicos son un subproducto de los modernos equipos de control de electrónica de potencia. Si utiliza convertidores de frecuencia variable, por ejemplo, todos ellos generan armónicos.

Las corrientes armónicas se traducen en:

• Más consumo de potencia
• Más pérdidas del sistema
• Estrés de los equipos
• Más corrientes de resonancia en la red

El problema de la corriente distorsionada es que afecta a la forma de onda de tensión, lo que provoca la distorsión en la fuente. Si la red de potencia está dañada por distorsión armónica, todo el equipo suministrado desde la red funciona en condiciones no ideales y se desvía de su conducta ideal.

Esto provoca:

• Limitaciones en el suministro y en la utilización de la red
• Desgaste prematuro de los equipos
• Pérdidas más elevadas
• Pulsaciones en el eje de los motores
• Paradas de producción
• Incremento de las EMC

Dicho de forma más sencilla, los armónicos reducen la fiabilidad, aumentan el tiempo de inactividad, afectan a la calidad de la producción, aumentan los costos de funcionamiento y provocan una menor productividad.

Mejoras de las fuentes de alimentación corruptas

Puede estar seguro de que su fuente de alimentación principal ya está corrupta, pero lo importante es el grado de distorsión. Las normas y recomendaciones fijan restricciones sobre la distorsión de tensión máxima admisible a valores de 3-10 % dependiendo de la aplicación.

Nunca será posible eliminar los armónicos completamente, pero reduciendo el estrés provocado por las corrientes armónicas de cargas no lineales individualmente, puede reducirse la distorsión de tensión. El uso de filtros garantiza un uso de la energía optimizado, una eficiencia del sistema mayor y un mejor entorno de funcionamiento. Debido al rápido tiempo de respuesta los filtros actúan como un dispositivo de amortiguación de la resonancia reduciendo las posibilidades de desconexión y paradas de producción.

El filtro funciona con la menor frecuencia de conmutación posible para reducir pérdidas de conmutación del IGBT. Esto requiere una mayor filtración desde el circuito magnético LCL integrado y así, el calor se elimina desde los módulos IGBT hacia el circuito magnético más tolerante con el calor.

Esto garantiza una eficiencia energética alta, especialmente a carga parcial y además, mejora la resistencia térmica.