Els harmònics en les xarxes elèctriques

Les càrregues no lineals, així com els controls de freqüència ajustables, són uns creadors d’harmònics a les xarxes elèctriques quan aquests estan connectats al sistema de distribució de corrent altern. Aquests corrents harmònics són un resultat del corrent no sinusoïdal que generen com a resultat de les pròpies característiques de tots els controls de freqüència ajustables que utilitzen díodes o rectificadors.

El corrent d'entrada, es compon del corrent fonamental sinusoïdal (50 o 60 Hz) i dels corrents a freqüències superiors a la freqüència fonamental. Aquests corrents harmònics no ajuden en la distribució de l’energia a la càrrega connectada, sinó que contribueixen a les pèrdues en el sistema de distribució d'energia. Alguns dels efectes negatius dels harmònics de la xarxa elèctrica, són:

1. Possibles interferències amb els equips de comunicació.
2. Possible sobreescalfament de transformadors.
3. Possible augment de l'escalfament en els motors connectats a través de la línia a causa de pèrdues en el coure i el ferro.
4. Possible ressonància amb els condensadors de compensació de reactiva.

El corrent de la xarxa presenta magnituds de corrents harmònics, els quals poden variar segons els dissenys de control. La impedància del sistema de distribució d'energia en la instal·lació, conjuntament amb el disseny d'entrada, determina la magnitud real de la línia dels corrents harmònics. A causa d'aquestes variables, és difícil suggerir directrius generals per predir la magnitud dels corrents harmònics de línia. Quan es requereixen els valors reals de corrent harmònic, cal consultat al fabricant del control d’harmònics.

Els nivells de distorsió harmònica, com s'indica en IEEE 519, estan destinats a ser aplicats en el punt d'acoblament comú (CCP) entre el sistema del distribuïdor i els múltiples usuaris. Aquests nivells de distorsió harmònica es poden mesurar o predir a través de tècniques de modelatge del sistema de distribució d'energia.

Els valors de distorsió d’harmònics de tensió i de corrent en el CCP, es poden reduir a través de diversos mètodes, que inclouen:

1. Tècniques de Disseny
El disseny del sistema d'alimentació, de manera que la disminució de la càrrega del sistema, així com un percentatge de la càrrega total de la xarxa de distribució d'energia millorarà les condicions de distorsió de voltatge harmònic.

Els equips frontera de corrent continu basats en uns cebador / inductor, són un element integrat dins d'alguns controls d’harmònics, els quals proporcionen un nivell mínim de reducció d'harmònics, canviant la velocitat de l’increment del corrent d'entrada.

2. Impedància de línia
Els reactàncies en línia de corrent altern es basen en el percentatge de la impedància de línia. Ofereix una menor amplitud pels corrents harmònics per alentir la velocitat que farà d'augment dels impulsos de corrent d'entrada.

El transformador d'aïllament, proporciona un rendiment similar al d'un reactància de línia de CA, amb el benefici addicional de la qualitat d'energia ha de ser capaç d'ajustar la magnitud de la tensió.

3. Els mètodes de multi-pols / convertidor de tipologies de disseny

La multiplicació de fase implica l'ús d'un transformador de desplaçament de fase per a l'alimentació de les entrades de control multi-pols. En canviar adequadament la relació de fase a diversos controls de 6 polsos, l'efecte net en el sistema de potència permet crear un circuit de 12 polsos amb la cancel·lació del cinquè i setè harmònics característics. No obstant això, aquest mètode és més eficaç quan les càrregues són equilibrades.

Els rectificadors de 12 impulsos són un control que utilitza una xarxa de rectificadors de 6 polsos dual amb un transformador de desplaçament de fase per a la commutació apropiada dels ponts duals. Igual que a la fase de multiplicació, l'efecte net, és la cancel·lació dels harmònics d’ordre 5è, 7è, 17è, i harmònics característics 19è.