Ventajas y desventajas de los armónicos en el sistema de potencia

Las tensiones y corrientes armónicas en un sistema de potencia son el resultado de cargas eléctricas no lineales. En un sistema de alimentación de CA normal, la corriente varía sinusoidalmente a una frecuencia específica, generalmente 50 o 60 Hertz. Cuando se conecta una carga eléctrica lineal al sistema, atrae una corriente sinusoidal a la misma frecuencia que el voltaje, aunque generalmente no está en fase con el voltaje.

Los armónicos de corriente son causados por cargas no lineales. Cuando una carga no lineal, como un rectificador/inversor, se conecta al sistema, consume una corriente que no es necesariamente sinusoidal. La forma de onda actual puede volverse bastante compleja, según el tipo de carga y su interacción con otros componentes del sistema. Independientemente de cuán compleja se vuelva la forma de onda actual, como se describe a través del análisis de la serie de Fourier, es posible descomponerla en una serie de sinusoides simples, que comienzan en la frecuencia fundamental del sistema de potencia y ocurren en múltiplos enteros de la frecuencia fundamental.

Otros ejemplos de cargas no lineales incluyen equipos de oficina comunes, como computadoras e impresoras, luces fluorescentes, cargadores de baterías, balastos electrónicos, unidades de frecuencia variable y fuentes de alimentación de modo de conmutación.

La distorsión armónica total o THD es una medida común del nivel de distorsión armónica presente en los sistemas de potencia. THD se define como la relación entre los armónicos totales y el valor en la frecuencia fundamental.

donde Vn es el voltaje RMS del n-ésimo armónico y n = 1 es la frecuencia fundamental.

Efectos de los armónicos:

Uno de los principales efectos de los armónicos del sistema de potencia es aumentar la corriente en el sistema. Este es particularmente el caso del tercer armónico, que provoca un fuerte aumento en la corriente de secuencia cero y, por lo tanto, aumenta la corriente en el conductor neutro.

Los motores eléctricos experimentan pérdidas debido a la histéresis y pérdidas debido a las corrientes de Foucault establecidas en el núcleo de hierro del motor. Estos son proporcionales a la frecuencia de la corriente. Dado que los armónicos están a frecuencias más altas, producen mayores pérdidas en el núcleo de un motor que las que produciría la frecuencia de la red. Esto da como resultado un mayor calentamiento del núcleo del motor, que (si es excesivo) puede acortar la vida útil del motor.

El 5º armónico provoca una fuerza contraelectromotriz en motores grandes que actúa en el sentido opuesto de rotación. La fuerza contraelectromotriz no es lo suficientemente grande para contrarrestar la rotación; sin embargo, juega un pequeño papel en la velocidad de rotación resultante del motor.

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