En los sistemas de distribución de energía, las cargas no lineales son propensas a generar armónicos distorsionados. Estos armónicos pueden causar numerosos problemas, incluido el sobrecalentamiento del equipo, una mayor pérdida de energía, una vida útil reducida del equipo e incluso un aumento del tiempo de inactividad.
Los transformadores mitigadores de armónicos son la mejor solución a este problema. Independientemente del tamaño de la carga, suprimen los armónicos dañinos en sus componentes pasivos, lo que mejora la eficiencia, el ahorro de energía y la confiabilidad.
Tabla de contenido:
1. ¿Qué son los armónicos?
2. ¿Qué causa los armónicos?
3. ¿Cómo afectan los armónicos a los transformadores?
4. ¿Qué distorsiones armónicas generan los sistemas de energía modernos?
5. ¿Qué es un transformador mitigador de armónicos?
6. ¿Cómo afecta el transformador de mitigación de armónicos a los armónicos?
7. ¿Qué dispositivos requieren el transformador de mitigación de armónicos?
8. ¿Qué problemas eléctricos puede resolver el transformador mitigador de armónicos?
9. ¿Cómo los transformadores de mitigación de armónicos superan a los transformadores con clasificación K-?
9. ¿Cómo los transformadores de mitigación de armónicos superan a los transformadores con clasificación K-?
10. ¿Cómo funcionan los transformadores mitigadores de armónicos?
11. ¿Cuáles son los tipos de transformadores mitigadores de armónicos?
12. ¿Cómo le ayudan los transformadores de mitigación de armónicos a mejorar la calidad de la energía?
13. Tendencias futuras en la gestión de la calidad de la energía
1. ¿Qué son los armónicos?
¿Qué son los armónicos?-obtenido: pqcomponents
En los sistemas de energía, las señales eléctricas suelen ser sinusoidales para ayudar a varios dispositivos eléctricos a realizar sus funciones, como iluminación, accionamiento de motores, impresión y ejecución de programas informáticos.
Generalmente, en un sistema de 60 Hz, la forma de onda de corriente normal fluctúa hacia arriba y hacia abajo 60 veces por segundo. Sin embargo, las frecuencias armónicas generadas por la carga son aún mayores. El tercer armónico tiene una frecuencia de 180 Hz y el quinto armónico tiene una frecuencia de 300 Hz, lo que representa formas de ondas armónicas-que circulan a frecuencias de 180 y 300 veces por segundo, respectivamente.
2. ¿Qué causa los armónicos?
Para comprender las causas de los armónicos, debemos comprender las cargas lineales y no lineales en un sistema. Ambas son formas en que los equipos de un sistema eléctrico consumen energía. Específicamente:
Cargas lineales
Cargas lineales-obtenidas: calidad de energía
El consumo de energía de cargas lineales generalmente se asemeja a una forma de onda sinusoidal. Las cargas lineales suelen incluir motores o bombillas incandescentes.
Cargas no lineales
Cargas no lineales-fuente: actionpowertest
Las ondas de corriente alterna generadas por cargas no lineales no se ajustan a una forma de onda sinusoidal. Generan armónicos durante el consumo de energía. Estos armónicos generalmente son generados por dispositivos como convertidores de frecuencia, rectificadores y otros equipos electrónicos modernos, y causan fácilmente distorsión de voltaje y corriente.
Las fuentes típicas de armónicos incluyen:
Fuentes típicas de armónicos-obtenidas: megavatios
Unidades de frecuencia variable (VFD), fuentes de alimentación ininterrumpida (UPS), racks de servidores, iluminación LED, cargadores de vehículos eléctricos y fuentes de alimentación conmutadas.
3. ¿Cómo afectan los armónicos a los transformadores?
¿Cómo afectan los armónicos a los transformadores?-fuente: grwinding
Durante la operación del transformador, los armónicos de cargas no lineales pueden aumentar fácilmente las pérdidas en el devanado y el núcleo, lo que provoca sobrecalentamiento o pérdida de energía. Específicamente:
Mayor resistencia y calor
El transformador consta de devanados y un núcleo. Durante la operación, los armónicos se mueven y acumulan hacia los bordes exteriores de los conductores, lo que exacerba la acumulación de calor en las bobinas muy juntas, lo que resulta en un aumento de la resistencia y el calor del transformador.
Mayor pérdida de núcleo
Con direcciones de corriente alterna, la polaridad de la corriente de excitación en el núcleo cambia bajo la influencia de armónicos de alta-frecuencia. Cuanto mayor sea la frecuencia del cambio de corriente de excitación, mayor será la pérdida de calor del núcleo, de ahí el término pérdida por histéresis.
Aumento de temperatura
Los armónicos inducen corrientes parásitas (pequeñas corrientes giratorias) en el equipo, agravando aún más la pérdida de calor del transformador y aumentando la temperatura del equipo.
Capacidad de carga de corriente reducida
Los armónicos tercero, noveno y decimoquinto pueden causar el sobrecalentamiento del conductor neutro, lo que provoca una falla del aislamiento y, en última instancia, reduce la capacidad de carga de corriente.
4. ¿Qué distorsiones armónicas generan los sistemas de energía modernos?
Generalmente, las cargas no lineales generan armónicos que son múltiplos enteros de la frecuencia fundamental (60 Hz), afectando así el funcionamiento del transformador. Estos incluyen:
Armónicos triples
Triple Armónicos-obtenido:-ingeniería eléctrica
Los terceros armónicos incluyen los armónicos 3.º, 9.º y 15.º, con frecuencias de 180 Hz, 540 Hz y 900 Hz, respectivamente. Estos armónicos dañinos se superponen a la línea neutra, provocando un aumento en la corriente de la línea neutra.
Quinto y séptimo armónicos
Quinto y séptimo armónicos-fuente: norwall
Los armónicos quinto y séptimo tienen frecuencias de 300 Hz y 420 Hz, respectivamente. Estos armónicos dañinos aumentan el flujo magnético parásito, lo que provoca un calentamiento adicional por corrientes parásitas.
5. ¿Qué es un transformador mitigador de armónicos?
¿Qué es un transformador de mitigación de armónicos?-Fuente: LTEC
Un transformador de mitigación de armónicos es un tipo de transformador de tipo seco-. Elimina las corrientes armónicas a través de una estructura de devanado especial, cambio de fase y control de impedancia de secuencia cero-.
A diferencia de los filtros pasivos que absorben armónicos, o los transformadores con clasificación K-que solo pueden soportar armónicos, utiliza las relaciones vectoriales y de fase dentro de los devanados del transformador para evitar que las corrientes armónicas superpuestas fluyan hacia el sistema aguas arriba, reduciendo así la distorsión armónica.
6. ¿Cómo afecta el transformador de mitigación de armónicos a los armónicos?
Cómo afecta el efecto del transformador de mitigación de armónicos a los armónicos-fuente: maddox
Al utilizar un transformador de mitigación de armónicos, se reducen y eliminan los armónicos generados por cargas no lineales dentro del sistema. Sus beneficios incluyen:
- Reducción de la generación de calor, asegurando la plena utilización de la capacidad nominal del transformador;
- Prevenir el sobrecalentamiento del sistema y temperaturas excesivamente altas;
Sus ventajas incluyen:
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Transformadores de mitigación de armónicos |
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Funciones |
Desfase de 0 o 30 grados, eliminando terceros armónicos (3º, 9º, 15º, etc.); Manejo de armónicos específicos en el sistema; |
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Características |
Devanados y terminales estándar de aluminio y cobre; Aumento de temperatura seleccionable de 150 grados, 115 grados u 80 grados; Tensión nominal de línea neutra del 200%; |
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Ámbito de aplicación |
Disponible en cualquier combinación de voltaje; |
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Calificación de eficiencia energética |
Cumple o supera los estándares de eficiencia energética NEMA TP-1; |
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Resistencia a la temperatura |
Resistencia a la temperatura del sistema de aislamiento hasta 220 grados; |
7. ¿Qué dispositivos requieren el transformador de mitigación de armónicos?
¿Qué dispositivos requieren el transformador de mitigación de armónicos?-Fuente: hammondpowersolutions
Generalmente, el aumento de cargas no lineales en los sistemas de energía, como servidores, sistemas UPS, iluminación LED, computadoras y convertidores de frecuencia, genera fácilmente distorsión armónica, lo que lleva a un mayor calentamiento del transformador, una reducción de la eficiencia y un mayor consumo de energía.
Por lo tanto, en sistemas de energía con estas cargas lineales, se requiere la configuración de transformadores mitigadores de armónicos para ayudar a reducir y eliminar los armónicos en el sistema.
8. ¿Qué problemas eléctricos puede resolver el transformador mitigador de armónicos?
Además de reducir o eliminar armónicos en el sistema, también puede solucionar:
- Sobrecalentamiento de la línea neutra o del alimentador;
- La distorsión de la tensión aguas arriba se acerca a sus límites.
- Dominio de carga electrónica monofásica-;
Cuando se encuentre con los problemas anteriores, antes de proporcionar soluciones de transformadores de mitigación de armónicos, debe considerar completamente varios factores como la distribución de carga, el equilibrio de fases, el método de conexión a tierra, las conexiones del transformador y otros equipos de supresión de armónicos en el sistema para garantizar la solución correcta.
9. ¿Cómo los transformadores de mitigación de armónicos superan a los transformadores con clasificación K-?
Transformador de mitigación de armónicos versus transformador con clasificación K-:
Transformador de mitigación de armónicos
¿Qué es un transformador de mitigación de armónicos?-Fuente: LTEC |
Transformador clasificado K-
Transformador con clasificación K--obtenido: tmrtransformers |
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Funciones |
Minimiza la distorsión de voltaje y la pérdida de energía causada por armónicos de cargas no lineales. |
Soluciona problemas de sobrecalentamiento con cargas no lineales, pero no reduce los armónicos. |
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Características |
Reduce activamente la distorsión armónica. |
No cambia la distorsión armónica total (THDi) ni la carga del punto neutro. |
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Ventajas |
Mejora la confiabilidad bajo cargas distorsionadas. |
Mejora la calidad de la energía aguas arriba. |
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Cómo elegir |
Cuando se requiere la reducción de la corriente del punto neutro, la distorsión de voltaje o las pérdidas del sistema. |
Cuando no se requiere supresión o reducción de armónicos. |
10. ¿Cómo funcionan los transformadores mitigadores de armónicos?
Las características operativas de los transformadores de mitigación de armónicos dependen principalmente de la geometría de su devanado, el diseño del núcleo y el cambio de fase diseñado. Estos incluyen:
Supresión armónica triple
Supresión de armónicos triplen-fuente: capacitorconnect
En el diseño de esquemas de supresión de tercer armónico, los transformadores de mitigación de armónicos utilizan principalmente configuraciones en zigzag, delta-zigzag o doble-secundario especial. Esto se logra redirigiendo la corriente para cancelar el tercer armónico.
Cancelación armónica 5 y 7
Cancelación armónica quinta y séptima-fuente: foros de física
Debido a la diferencia de fase de 180 grados entre las corrientes del quinto y séptimo armónico y las diferentes fases de salida secundaria del transformador de mitigación de armónicos, es posible la cancelación de los armónicos quinto y séptimo.
Los principales principios de diseño de los transformadores mitigadores de armónicos incluyen:
- Geometría central optimizada
- Impedancia de secuencia cero-reducida
- Disposiciones especiales de bobinado
- Rutas de flujo magnético controlables
11. ¿Cuáles son los tipos de transformadores mitigadores de armónicos?
El tipo de transformador de mitigación de armónicos está determinado principalmente por el entorno de instalación e incluye:
Tipo de cancelación de armónicos triples - HMT
Este tipo de transformador aborda principalmente los problemas de distorsión de voltaje causados por armónicos triples (3.º, 9.º y 15.º armónicos) y es adecuado para entornos que utilizan principalmente cargas electrónicas monofásicas-, como oficinas y centros de datos de TI.
Fase-Cambio/Multi-Pulso HMT
Fase-Cambio/Multi-Pulso HMT-obtenido: ytelect
Este tipo de transformador aborda principalmente los problemas causados por los armónicos 5º y 7º. Al establecer una cierta diferencia de fase entre las salidas secundarias, los armónicos 5.° y 7.° se cancelan naturalmente.
12. ¿Cómo le ayudan los transformadores de mitigación de armónicos a mejorar la calidad de la energía?
Los transformadores de mitigación de armónicos mejoran la calidad de su energía de las siguientes maneras:
Reducción de la corriente neutra
Corriente neutra-proveniente: zddqelectric
Durante el funcionamiento, los transformadores de mitigación de armónicos reducen significativamente el calentamiento del conductor neutro, reduciendo así la corriente del neutro.
Calentamiento reductor del transformador
Calefacción por transformador-fuente: maddox
Los transformadores de mitigación de armónicos reducen las pérdidas parásitas y las pérdidas por corrientes parásitas causadas por armónicos, lo que reduce la temperatura de funcionamiento del equipo y el calentamiento del transformador.
Mejora de la calidad de la energía upstream
Calidad de la energía ascendente-obtenido: circutor
Para equipos sensibles en el sistema, los transformadores de mitigación de armónicos reducen y eliminan la distorsión de voltaje causada por las corrientes armónicas, lo que permite que el sistema se conecte mejor al PCC (punto de acoplamiento común).
Aumento de la capacidad disponible del sistema
Al reducir y eliminar los armónicos en el sistema, los transformadores mitigadores de armónicos liberan más capacidad, facilitando la conexión de otras cargas.
Ampliación de la vida útil del equipo
Al eliminar los armónicos en el sistema y reducir la temperatura del equipo, los HMT extienden la vida útil del equipo.
13. Tendencias futuras en la gestión de la calidad de la energía
Bajo la creciente tendencia de HMT (Tecnología de Mitigación de Armónicos), se predice que la futura gestión de la calidad de la energía se desarrollará gradualmente en los siguientes aspectos:
Sistemas de Monitoreo Inteligentes
Sistemas de monitoreo inteligentes-fuente: electroind
Los armónicos del sistema serán monitorizados y sincronizados mediante sistemas de monitorización inteligentes, facilitando ajustes y mejoras posteriores.
Mantenimiento predictivo basado en IA-
Mantenimiento predictivo-basado en IA-obtenido: tiempo de actividad-infinito
A través de pruebas operativas, la inteligencia artificial se puede utilizar para predecir la calidad de la energía del sistema y las tasas de fallas, lo que facilita el mantenimiento futuro.
Sistemas de integración de energías renovables
Sistemas de integración de energías renovables-fuente: pnnl
La tendencia futura será hacia sistemas de integración de energías renovables más eficientes y fiables.
Conclusión:
Para abordar los crecientes desafíos de los armónicos en los sistemas eléctricos modernos, HMT es una solución pasiva pero eficaz. Al reducir los armónicos del sistema y mejorar la calidad general de la energía, se convierte en un -caballo de batalla confiable a largo plazo para el sistema. Para obtener las especificaciones técnicas detalladas o discutir una solución de ingeniería personalizada para su aplicación específica, comuníquese con nuestro departamento de ingeniería.
