Qué es un filtro de armónicos: circuito, funcionamiento y sus aplicaciones

En los sistemas de energía eléctrica, los armónicos son voltaje; de ​​lo contrario, la corriente se produce a diferentes frecuencias base. A menudo se ve como ruido en la línea eléctrica. Los armónicos en el sistema de potencia se pueden clasificar en dos tipos, como armónicos de voltaje y armónicos de corriente. Pero es esencial eliminar los armónicos en los sistemas de suministro de energía mediante el uso de un filtro de armónicos, de lo contrario, la conexión de la fuente de alimentación debe rediseñarse para controlar las cargas no lineales.

Los armónicos de corriente pueden ser inducidos por unidades de velocidad variable (VSD) denominadas cargas no lineales. De manera similar, el armónico de voltaje generalmente ocurre debido a la generación de voltaje distorsionado debido a los armónicos de corriente que usan la impedancia de la fuente. Este artículo analiza una descripción general de una definición de filtro de armónicos que funciona con las aplicaciones.

¿Qué es un filtro armónico?

Un dispositivo que se utiliza para atenuar, reducir los armónicos a rangos aceptables en un sistema de potencia se denomina filtro de armónicos. Este filtro armónico se utiliza en puntos estratégicos del circuito operativo para eliminar o reducir la distorsión armónica y la resonancia. Generalmente, la distorsión armónica puede ser causada por corrientes excesivas que entran y salen de los dispositivos.

El filtro de armónicos evita grandes cantidades de armónicos por daños al equipo, reduce la operación y reduce los costos operativos. Por lo tanto, se utilizan en diferentes industrias como HVAC, Petróleo, Gas, Minería, Aguas residuales para evitar daños a los componentes o multas a los proveedores de servicios públicos.

El filtro de armónicos se puede diseñar con un conjunto de diferentes componentes electrónicos como resistencias, capacitores, inductores para evitar corrientes armónicas innecesarias, transmitiéndolas a tierra. Estos filtros están diseñados principalmente para evitar armónicos de frecuencia específicos.

Principio de funcionamiento

El principio de funcionamiento del filtro armónico es reducir la distorsión desviando las corrientes armónicas hacia caminos de baja impedancia. Estos filtros son capacitivos a la frecuencia base, por lo que se utilizan para generar la potencia reactiva necesaria a través de los convertidores y también para la corrección del factor de potencia.

Tipos de filtros armónicos

Generalmente, los filtros de armónicos se clasifican en diferentes tipos según el voltaje aplicado, la potencia nominal, monofásicos o trifásicos y otros parámetros diferentes que dependen de la carga. Son filtros muy efectivos que protegen costosos equipos eléctricos del exceso de potencia debido a los armónicos.

Hay dos tipos de filtros armónicos como activos y pasivos. La principal diferencia entre estos dos está en los componentes utilizados al diseñar el filtro. El filtro de armónicos activo usa componentes activos como IC, BJT, IGBT y MOSFET, mientras que el filtro de armónicos pasivo usa diferentes componentes pasivos como resistencias, capacitores e inductores.

Filtros armónicos activos

Los filtros activos hacen que sea muy fácil conmutar los armónicos de la línea de alimentación sin depender de la potencia reactiva de la frecuencia base. Estos filtros utilizan una técnica excepcional en la que el filtro utiliza componentes armónicos autogenerados y los infunde en la línea de alimentación para cancelar los armónicos innecesarios.

En comparación con los filtros activos, los filtros pasivos de armónicos eliminan muy fácilmente los armónicos en la línea eléctrica, pero su diseño es muy difícil. Por lo tanto, el diseñador debe diseñar estos filtros de acuerdo con los requisitos de potencia reactiva para la carga. Entonces, en esta condición, el diseño de un filtro pasivo no es fácil y esto conduce a un rendimiento deficiente del actor de potencia para condiciones de carga específicas.

Los filtros activos están disponibles utilizando varias topologías para eliminar armónicos en la línea eléctrica. Se deben considerar los siguientes pasos al diseñar un filtro de armónicos activo.

• Este filtro utiliza diferentes tipos de interruptores de estado sólido que necesitan energía para funcionar.
• Inversor de fuente de voltaje con diferentes interruptores de potencia
• Referencia de muestreo y control mediante línea eléctrica
• El sistema PWM como armónicos inyecta una señal de disparo PWM en el sistema de potencia.

Filtros armónicos pasivos

Los filtros de armónicos pasivos están fácilmente disponibles y son los más utilizados. Estos filtros utilizan componentes pasivos típicos como condensadores, resistencias, etc. para crear un circuito de tanque. Este circuito está diseñado principalmente para operar a una frecuencia resonante similar con respecto a los armónicos innecesarios.

Estos filtros bloquean armónicos innecesarios para suministrar y cambiar el suministro de corriente armónica en temperatura y defender la carga o dispositivo final. Se utilizan cuatro tipos de filtros de armónicos pasivos, como el filtro de paso alto, el filtro en serie, el filtro de tipo C y el filtro de paso de banda.

Filtro de armónicos en el banco de capacitores

La corrección del factor de potencia requiere un diseño que compense la demanda de potencia reactiva e inyecte corrientes armónicas a través del equipo en el sistema de potencia. Por lo general, los sistemas de suministro de energía en las industrias incluyen un banco de condensadores y una disposición de filtro sintonizado. Se realiza el análisis de la comunicación entre los filtros de armónicos y los bancos de capacitores en el sistema de suministro de energía de la industria.

En realidad, los bancos de capacitores son componentes para filtros de armónicos, por lo que cuando alguien usa bancos de capacitores para mejorar el factor de potencia, es bueno proporcionarlos en algunas bobinas y ahora tiene un filtro de armónicos especialmente para neutral y es extremadamente bueno.

El filtro armónico con banco de condensadores se conoce comúnmente como banco de condensadores de potencia de alto voltaje. Así, este equipo incluye principalmente una fuente de alimentación de película trifásica y condensadores con protección contra sobretensiones. Estos dispositivos son cerrados o abiertos, de baja o alta potencia, de potencia fija, incorporados o para uso con motores separados. Con la compensación del sistema de energía reactiva, se puede mejorar el factor de potencia (PF) y se cubren los armónicos para reducir la factura de electricidad a través de una etapa de recuperación convincente.

Diagrama del circuito del filtro de armónicos

El diagrama del circuito del filtro de armónicos de paso de banda se muestra a continuación. Este filtro es uno de los tipos de filtros de armónicos pasivos. Es un filtro de armónicos de tipo de doble sintonización que se puede diseñar con una sola resistencia, dos condensadores y dos inductores. Este filtro se utiliza principalmente para fines de filtración de armónicos de alto orden.

Esta operación de este filtro se puede realizar fusionando la resonancia paralela del filtro de paso de banda típico a través de la resonancia en serie del circuito RL.

En el diagrama de circuito anterior, se proporciona un circuito de filtro de paso de banda fundamental. Este circuito consta de dos partes. En la parte primaria del circuito se conectan en serie un capacitor "C2" y un inductor "L2", mientras que en la siguiente parte se asocian en paralelo un inductor, una resistencia y un capacitor. Las dos partes también están conectadas en la conexión en serie. En el diagrama anterior, se muestran las características de impedancia, incluida la frecuencia.

Ventajas

los beneficios de los filtros armónicos Incluya lo siguiente.

• Estos filtros se utilizan para reducir los armónicos en un sistema de potencia.
• Mejora el flujo de alimentación.
• Estos filtros proporcionan los mejores resultados para mantener la seguridad del sistema.
• Estos filtros proporcionan eficiencia energética para garantizar la seguridad del sistema de energía.
• Reduce las facturas de electricidad al controlar los armónicos en la fuente de alimentación.
• Los filtros de armónicos activos lo ayudan a lograr el mayor consumo de energía.
• Estos filtros ofrecen muchos beneficios en un solo sistema. En comparación con los filtros activos, los filtros híbridos son económicos y ofrecen una ventaja combinada de filtros activos y pasivos.
• Los costos de mantenimiento se pueden reducir al conectar filtros activos
• Los filtros híbridos de tipo armónico se utilizan para proporcionar el desarrollo del factor de potencia y la corrección de armónicos.

Desventajas

los desventajas del filtro armónico pasivo y el filtro armónico activo incluyen lo siguiente.

• Las características de filtrado se ven fuertemente afectadas por la impedancia de la fuente
• En el lado de la fuente, puede aparecer amplificación de corrientes a frecuencias fijas debido a la resonancia paralela entre el filtro pasivo y la fuente.
• Flujo armónico extremo de corrientes en el filtro pasivo debido a la distorsión de tensión que se ha producido por la posible resonancia serie de la fuente.
• El filtro activo es muy difícil de diseñar una fuente de corriente con respuesta de corriente rápida y gran capacidad.
• Precios iniciales y corrientes máximas
• El tamaño del filtro pasivo es grande debido a los enormes condensadores de CA.
• El sistema de control es extremadamente complejo y la protección dentro de la operación se ve disminuida. Una vez que se detiene el funcionamiento del filtro activo, entonces sus condiciones específicas mientras que el filtro pasivo está dañado.

Aplicaciones de filtros armónicos

los aplicaciones de filtros de armónicos Incluya lo siguiente.

• VFD
• Servomotores
• Agua y aguas residuales
• Gas y Petróleo
• climatización
• Maquinaria automatizada
• Dispositivos industriales
• Máquinas de impresión y embalaje
• Industrias mineras
• Proceso de automatización
• ¿Por qué se utilizan filtros armónicos?
• Estos filtros se utilizan para disminuir las corrientes armónicas que alimentan el sistema de energía desde la fuente para disminuir la distorsión de voltaje armónico en el sistema.

¿Qué hace un filtro armónico activo?

Los filtros activos de armónicos son dispositivos paralelos que funcionan como un sistema de cancelación de ruido. Inyectan frecuencias equivalentes y bastante opuestas para reducir los armónicos. Estos filtros también proporcionan corriente adicional para rectificar el factor de potencia.

¿Cómo reducen los filtros los armónicos?

Los filtros armónicos reducen la distorsión al redirigir las corrientes armónicas hacia caminos de baja impedancia.

¿Qué es un filtro armónico para VFD?

Los filtros armónicos se utilizan principalmente para reducir la distorsión VFD.

¿Qué filtro se utiliza para reducir los armónicos de orden superior?

Los armónicos de alto orden se pueden reducir con filtros pasivos de armónicos de paso alto para un control flexible en el amplio rango de frecuencia

¿Cómo reducir los armónicos?

El método de filtrado se utiliza para atenuar los armónicos en las industrias una vez que la distorsión armónica se ha incrementado gradualmente.

¿Los transformadores pasan armónicos?

Conectar un transformador en una conexión en serie reducirá significativamente los armónicos y proporcionará beneficios de seguridad transitoria. Por lo tanto, las conexiones del transformador se pueden utilizar para reducir las corrientes armónicas en un sistema trifásico.

Así, se trata de una descripción general del filtro de armónicos y su trabajo con aplicaciones. Los armónicos en los sistemas eléctricos son un número entero positivo que se multiplica por la frecuencia base. Es una corriente o voltaje que ocurre en varias frecuencias fundamentales y a menudo se le llama ruido en la línea de energía. Aquí hay una pregunta para usted, ¿cuáles son las principales causas de los armónicos?