1. Resonancia eléctrica

¿Qué es la resonancia?
En un circuito de CA, la resonancia eléctrica es una condición en la que la reactancia inductiva ( SG ) y reactancia capacitiva ( X_C ) se igualan, cancelándose mutuamente. Esto deja solo la resistencia del circuito ( R ) para oponerse a la corriente.

• Reactancia inductiva ( X_L = 2πfL ) Oposición de inductores (p. ej., motores, transformadores). Aumenta con la frecuencia.

• Reactancia capacitiva ( X_C = 1 / (2πfC )`) Oposición de los condensadores (p. ej., bancos de condensadores para corrección del factor de potencia). Disminuye con la frecuencia.

La frecuencia resonante ( f_r )
Esta es la frecuencia específica donde X_L = X_C Se calcula mediante:
f_r = 1 / (2π√(LC))
Dónde Yo es inductancia y do es capacitancia.

¿Por qué la resonancia es un problema?
En la frecuencia de resonancia, la impedancia del circuito LC está en su mínimo (teóricamente, sólo la resistencia R ). Si hay una señal de voltaje en o cerca de esta frecuencia resonante en el circuito, causará un problema muy grave. gran corriente que fluye .

Esto puede conducir a:

• Calentamiento excesivo de componentes (cables, condensadores, transformadores).

• Distorsión de voltaje y la inestabilidad.

• Tropiezos molestos de disyuntores.

• Fallo prematuro de equipos, especialmente condensadores.

¿Cómo se produce la resonancia en los sistemas de potencia?
La causa más común es la interacción entre:

1. Inductancia ( Yo ) :Del propio sistema de potencia (transformadores, cables, motores).

2. Capacitancia ( do ) :De bancos de condensadores de corrección del factor de potencia.

Las cargas eléctricas modernas (VFD, SMPS, luces LED) consumen corriente no lineal, lo que genera corrientes armónicas (corrientes en múltiplos enteros de la frecuencia fundamental de 50/60 Hz). Estas corrientes armónicas pueden excitar la frecuencia de resonancia natural del sistema, lo que genera las condiciones problemáticas descritas anteriormente.

2. Filtros armónicos activos (AHF)

¿Qué son los filtros armónicos activos?
Un Filtro armónico activo Es un dispositivo electrónico de potencia que se conecta en paralelo a la carga para mitigar la distorsión armónica. Inyecta activamente corrientes armónicas de cancelación para contrarrestar los armónicos generados por la carga no lineal.

¿Cómo funcionan?
Piense en ello como si fueran auriculares con cancelación de ruido para su sistema eléctrico.

1. Medición : El AHF Utiliza sensores de corriente para medir continuamente la corriente de carga en tiempo real.

2. Tratamiento :Su procesador interno utiliza algoritmos avanzados (como la Transformada Rápida de Fourier - FFT) para separar instantáneamente la corriente fundamental de las corrientes armónicas.

3. Inyección : El AHF Luego genera una copia inversa de la forma de onda de la corriente armónica.

4. Cancelación : Inyecta esta corriente inversa de vuelta al sistema eléctrico. La corriente armónica original y la corriente de cancelación inyectada están desfasadas 180 grados, anulándose mutuamente.

Beneficios clave:

• Filtrado dinámico :Responde en milisegundos a las cargas armónicas cambiantes.

• Filtrado multiarmónico :Puede apuntar a una amplia gama de armónicos simultáneamente (por ejemplo, del 2.º al 50.º).

• Funciones adicionales :Muchos modernos AHF También proporcionamos compensación de potencia reactiva (corrección del factor de potencia) y equilibrio de carga.

3. La conexión crítica: resonancia y AHF

Esta es la parte más importante. AHF s son los solución moderna preferida a problemas armónicos específicamente porque de su relación con la resonancia.

El problema con los filtros pasivos:
La solución tradicional era filtros pasivos (Circuitos LC sintonizados). Un filtro pasivo es un circuito sintonizado con un armónico específico (p. ej., el 5.º) para proporcionar una ruta de baja impedancia para que esa corriente armónica evite el sistema.

• El riesgo: Si bien es eficaz, un filtro pasivo Introduce capacitancia en el sistema Esto cambia el sistema. Yo y do valores, y por lo tanto cambia su frecuencia de resonancia .

• Si no está diseñado a la perfección, un filtro pasivo puede dañarse accidentalmente. crear un nuevo punto de resonancia que se alinea con otro armónico existente, lo que empeora mucho el problema.

La solución AHF:
Un Filtro armónico activo No introduce ninguna nueva capacitancia al sistema (excepto un pequeño filtro de alta frecuencia en su salida). Es un fuente de corriente , no una impedancia pasiva.

• Inmunidad a la resonancia :Porque no cambia el sistema Yo y do , él no puede crear nuevas frecuencias resonantes Su rendimiento no se ve afectado por la resonancia del sistema existente.

• Supresión de resonancia :Al inyectar corrientes de cancelación, el AHF evita que circulen corrientes armónicas en el sistema. Si se eliminan o reducen en gran medida las corrientes armónicas, no pueden excitar la frecuencia de resonancia del sistema, lo que evita que se produzcan problemas de resonancia.

Tabla resumen: filtros armónicos de resonancia frente a filtros armónicos activos

Ejemplo práctico:

• Guión Una fábrica cuenta con numerosos variadores de frecuencia (VFD) en motores que generan armónicos 5.º y 7.º. También cuentan con un banco de condensadores para la corrección del factor de potencia.

• Problema :La inductancia del sistema (transformadores, cables) y la banco de condensadores ( do ) tienen una frecuencia de resonancia natural cercana al 5.º armónico (250 Hz en un sistema de 50 Hz). La corriente del 5.º armónico de los variadores de frecuencia (VFD) excita esta resonancia.

• Resultado : El banco de condensadores Se sobrecalienta y falla repetidamente. La distorsión del voltaje es alta.

• Solución antigua (arriesgada) Instale un filtro de trampa pasivo sintonizado al 5.º armónico. Esto podría funcionar, pero podría desplazar la resonancia al 7.º armónico, lo que causaría nuevos problemas.

• Solución moderna (segura y eficaz) :Instalar un filtro armónico activo. El AHF Mide la corriente del 5.º armónico de los variadores de frecuencia (VFD) e inyecta una corriente de cancelación. Esto elimina la corriente del 5.º armónico, por lo que ya no puede excitar el punto resonante. En teoría, la resonancia aún existe, pero no tiene "combustible" (la corriente armónica) que cause problemas. El banco de condensadores deja de fallar y la distorsión de voltaje se reduce a niveles aceptables.

En conclusión, comprender la resonancia del sistema es crucial para diagnosticar problemas de calidad de la energía y Filtros armónicos activos Son una tecnología potente y resistente diseñada para resolver estos problemas sin los riesgos asociados con las soluciones pasivas tradicionales.