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PERTURBACIONES ELECTROMAGNÉTICAS “Armónicos" Johann F. Petit Suárez [email protected] Cartagena de Indias, 6,7,8 de feb de 2002

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PERTURBACIONES ELECTROMAGNÉTICAS

“Armónicos"

Johann F. Petit Suá[email protected]

Cartagena de Indias, 6,7,8 de feb de 2002

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Análisis general de ArmónicosAnálisis general de Armónicos

Compatibilidad ElectromagnéticaCompatibilidad Electromagnética

IntroducciónIntroducción

Modelo PropuestoModelo Propuesto

Definiciones básicas de potenciaDefiniciones básicas de potencia

ObservacionesObservaciones yy ConclusionesConclusiones

CONTENIDOCONTENIDO

AplicaciónAplicación

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ENERGÍA ELÉCTRICAENERGÍA ELÉCTRICA

Continuidad

CALIDAD DE SERVICIOCALIDAD DE SERVICIO ArmónicosArmónicos

Seguridad

Calidad

Confiabilidad

Forma de Onda

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Análisis general de ArmónicosAnálisis general de Armónicos

Compatibilidad ElectromagnéticaCompatibilidad Electromagnética

IntroducciónIntroducción

Modelo PropuestoModelo Propuesto

Definiciones básicas de potenciaDefiniciones básicas de potencia

ObservacionesObservaciones yy ConclusionesConclusiones

CONTENIDOCONTENIDO

AplicaciónAplicación

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Compatibilidad Electromagnética (CEM):

Es la aptitud de un dispositivo, aparato o sistema para Es la aptitud de un dispositivo, aparato o sistema para funcionar en su entorno electromagnético de forma funcionar en su entorno electromagnético de forma satisfactoria y sin producir perturbaciones satisfactoria y sin producir perturbaciones electromagnéticas intolerables para cualquier otro electromagnéticas intolerables para cualquier otro dispositivo situado en el mismo entornodispositivo situado en el mismo entorno

Entorno Electromagnético

Dispositivo ADispositivo A Dispositivo BDispositivo BSeñal conducida A B

Emisión A

Susceptibilidad B

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Compatibilidad Electromagnética de un SistemaCompatibilidad Electromagnética de un Sistema

Nivel de perturbación

Nivel de emisiónNivel de emisión

Nivel de inmunidad Nivel de inmunidad (puede soportar)

Nivel de Susceptibilidad Nivel de Susceptibilidad (mal funcionamiento)

Margen de inmunidadMargen de inmunidad

Nivel de CEMNivel de CEM

00

El nivel de inmunidad de cada aparato debe ser tal que su entorno no lo perturbe y su nivel de emisión debe ser lo suficientemente bajo como para no perturbar a los aparatos situados en su entorno electromagnético

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Tipos de PerturbacionesBaja FrecuenciaBaja Frecuencia

(BF)Alta FrecuenciaAlta Frecuencia

(AF)(BF) (AF)

Rango de frecuenciasRango de frecuencias

Forma de propagaciónForma de propagación

DuraciónDuración

0<f<1MHz0<f<1MHz f>1MHzf>1MHz

Por conducciónPor conducción Por RadiaciónPor Radiación

Medio de propagaciónMedio de propagación CablesCables AireAire

Transitoria yTransitoria yPermanentePermanente

Transitoria yTransitoria yPermanentePermanente

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Perturbaciones comunes en los sistemas de distribución

Tensión Variaciones, cortes, caídas, sobretensiones

Frecuencia Variaciones

Forma de onda

Armónicos, transitorios

Fases Desequilibrios

Potencia Cortocircuito, sobrecargas

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Ejemplos de perturbaciones en tensión comunes Ejemplos de perturbaciones en tensión comunes en la reden la red

Fluctuación de tensión

Caída de tensión

Hueco de tensión

Micro-Corte

Sobre-tensión

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Análisis general de ArmónicosAnálisis general de Armónicos

Compatibilidad ElectromagnéticaCompatibilidad Electromagnética

IntroducciónIntroducción

Modelo PropuestoModelo Propuesto

Definiciones básicas de potenciaDefiniciones básicas de potencia

ObservacionesObservaciones yy ConclusionesConclusiones

CONTENIDOCONTENIDO

AplicaciónAplicación

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Que son los Armónicos ?Que son los Armónicos ?

Los armónicos son perturbaciones de baja frecuencia que se transmiten principalmente por conducción.

Cómo se evidencia la existencia de Cómo se evidencia la existencia de Armónicos ?Armónicos ?

Se dice que una señal tiene perturbaciones armónicas si la forma de onda difiere de la señal senoidal en regimén permanente.

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Por qué hoy en día hay que hacer Por qué hoy en día hay que hacer estudios de los armónicos ?estudios de los armónicos ?

ANTERIORMENTE

Anormalidades:

Transitorios

Cortocircuitos

Descargas

Sistemainmune

TRFsCargas especiales.tensión

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Con elCon el advenimietoadvenimieto de Cargas Electrónicas:de Cargas Electrónicas:“Mayor uso y de mayor potencia”“Mayor uso y de mayor potencia”

Convertidores Variadores de velocidadRectificadoresComputadores, etc

PresenciaPresencia PerturbacionesPerturbaciones

AumentaAumentaSensibilidadSensibilidad A las A las

PerturbacionesPerturbaciones

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Cómo se representan las señales que tienen Cómo se representan las señales que tienen perturbaciones armónicas ?perturbaciones armónicas ?

++

++

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Series de FourierSeries de Fourier( ) ( ) ( )∑∑

=

=++=

10

100 sencos

kk

kk tkCtkBatf ωω

Funciones ortogonalesFunciones ortogonales

==

ω−=

ω−ω−ω

T Ttnmjtjntjm

nm

nmTnmj

edtee

00

0

0)(

00

0)(

m, n : Ordenes de los armónicos

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( )∫= T dttxT

a 10 ( ) ( )∫= Tk dttktx

TB 0cos2 ω

( ) ( )∫= Tk dttktxT

C 0sen2 ω

22kkk CBD +=

( ) ( )∑∞

=++=

100 cos

kkk tkDatf θω

−= −

k

kk B

Ctan 1θ

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Dominios del Tiempo y de la Frecuencia (jDominios del Tiempo y de la Frecuencia (jωω))

Amplitud

Amplitud

FrecuenciaFrecuencia

Amplitud

Amplitud

TiempoTiempo

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Consideraciones de simetríaConsideraciones de simetríaDependiendo de la simetría de la señal real, algunos coeficientes de la Serie de Fourier son nulos, es decir :

Si tiene simetría par:Si tiene simetría par:( ) ( ) 0=⇒−= kCtftf

Si tiene simetría impar:Si tiene simetría impar:( ) ( ) 0=⇒−−= kBtftf

Si tiene simetría de media onda:Si tiene simetría de media onda:

( )par 0par 0

2 kBkCTtftf

k

k

==

±−=

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Cómo se generan las perturbaciones Cómo se generan las perturbaciones armónicas ?armónicas ?

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Fuente de tensión senoidal y Carga lineal i(t)

v(t) R

i [A]i [A]

v [V]v [V]

Tiem

poT

iempo

CorrienteCorriente

TiempoTiempo

Vol

taje

Vol

taje

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Fuente de tensión senoidal y Carga no-lineal

i [A]i [A]

v [V]v [V]

Tiem

poT

iempo

CorrienteCorriente

i(t)

v(t) R

TiempoTiempo

Vol

taje

Vol

taje

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Generación de armónicos

i(t)i(t)

v(t)v(t)R

L

Carga lineal tensión no

senoidal i(t)

v(t)v(t)R

Carga no lineal

i(t)i(t)

v(t)v(t)R Carga variante

en el tiempo

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Otras formas de generación: Generación de tensiones armónicas Otras formas de generación: Generación de tensiones armónicas en una red eléctrica por propagación corrientes armónicasen una red eléctrica por propagación corrientes armónicas

i N

v B NOZ s LINEAL

vS i

vB LINEAL

iS

v(t)v(t)

ii TT (t)(t)

ZZ LL

v’(t)v’(t)CargaCarga

No No LinealLineal

CargaCargaLinealLineal

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Categorías de fuentes de generación Categorías de fuentes de generación armónicasarmónicas

Fuentes de pequeña potencia y comportamiento Fuentes de pequeña potencia y comportamiento predeciblepredecible

•• Equipos domesticos y residenciales

Fuente de gran potencia y comportamiento Fuente de gran potencia y comportamiento aleatorioaleatorio

•Hornos de arco

Fuente de gran potencia y comportamiento Fuente de gran potencia y comportamiento predeciblepredecible

•Convertidores estáticos (HVdc, Hornos de fundición)

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Fuentes de pequeña potencia Fuentes de pequeña potencia

••Mayoritariamente monofásicos: TV’s, PC’s, convertidores.Mayoritariamente monofásicos: TV’s, PC’s, convertidores.

••Individualmente no son significativos, pero su efecto Individualmente no son significativos, pero su efecto combinado produce gran distorsión (armónicos impares).combinado produce gran distorsión (armónicos impares).

••Su comportamiento es predecible y de estado estacionario o Su comportamiento es predecible y de estado estacionario o cuasiestacionaríocuasiestacionarío

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Otros EjemplosOtros Ejemplos

0 10 20 30 40-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

Time (mS)

Cur

rent

Single Phase Power Supply (DAT=80%)

0 10 20 30 40-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

Time (mS)

Cur

rent

Semiconverter(DAT=alto)

0 10 20 30 40-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

Time (mS)

Cur

rent

6 Pulse Converter, capacitive smoothing, no series inductance

(DAT=80%)

0 10 20 30 40-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

Time (mS)

Cur

rent

AC Voltage Regulator

(DAT=varíacon alfa)

0 10 20 30 40-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

Time (mS)

Cur

rent

6 Pulse Converter, capacitive smoothing with series inductance > 3%, or

dc drive (DAT=40%)

0 10 20 30 40-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

Time (mS)

Cur

rent

6 Pulse Converter with large inductor for current smoothing

(DAT=28%)

0 10 20 30 40-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

Time (mS)

Cur

rent

12 Pulse Converter

(DAT=15%)

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Cómo afectan las perturbaciones Cómo afectan las perturbaciones armónicas ?armónicas ?

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GENERALIDADESGENERALIDADES

• La gravedad de su aparición depende de la susceptibilidad de la carga o la fuente

• Elementos Menos Susceptibles: Generadores de Calor

• Elementos Más Susceptibles: Diseñados con entrada completamente Senoidal

• Elementos con Susceptibilidad Intermedia: Motores

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Efectos de los armónicos

Pérdidas TécnicasPérdidas Técnicas

Probabilidad de resonancias serie y paraleloProbabilidad de resonancias serie y paralelo

Envejecimiento y reducción de vida útil de equiposEnvejecimiento y reducción de vida útil de equipos

Probabilidad de operación incorrecta deProbabilidad de operación incorrecta deRelésRelésControladoresControladoresContadores Contadores

Incremento de pérdidasIncremento de pérdidas

Incremento de ruido e interferenciaIncremento de ruido e interferencia

Existencia de torques vibratorios y de frenadoExistencia de torques vibratorios y de frenado

Pérdidas grisesPérdidas grises

Saturación de TransformadoresSaturación de Transformadores

Reducción de la eficiencia del sistemaReducción de la eficiencia del sistema DimensionamientoDimensionamiento

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Cómo se cuantifica el nivel de las Cómo se cuantifica el nivel de las perturbaciones armónicas ?perturbaciones armónicas ?

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Distorsión Armónica

0 0 .0 0 5 0 .0 1 0 .0 1 5 0 .0 2 0 .0 2 5 0 .0 3 0 .0 3 5 0 .0 4-2 .5

-2

-1 .5

-1

-0 .5

0

0 .5

1

1 .5

2

2 .5

Escuela de Ingenierías Eléctrica, Electrónica y de Telecomunicaciones

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Distorsión Armónica

00 0.0050.005 0.010.01 0.0150.015 0.020.02 0.0250.025 0.030.03 0.0350.035--150150

--100100

--5050

00

5050

100100

150150

δδMAXMAX

Tens

ión

Tens

iónff

(( vol

tvo

lt ))

tiempo (tiempo (segseg))

Forma de la onda distorsionada Forma de la onda distorsionada y fundamental y fundamental

00 0.0050.005 0.010.01 0.0150.015 0.020.02 0.0250.025 0.030.03 0.0350.0350055

10101515202025253030353540404545

tiempo [tiempo [segseg]]

tens

ión

[te

nsió

n [

volt

volt ]]

Valor absoluto de la onda residual Valor absoluto de la onda residual

00 0.0050.005 0.010.01 0.0150.015 0.020.02 0.0250.025 0.030.03 0.0350.03500

500500

10001000

15001500

20002000

tiempo [tiempo [segseg]]

tens

ion

te

nsio

n [[ v

olt

volt ]]

Cuadrado de la onda residualCuadrado de la onda residual00 0.0050.005 0.010.01 0.0150.015 0.020.02 0.0250.025 0.030.03 0.0350.035--5050

00

5050

tiempo [tiempo [segseg]]

tens

ión

[te

nsió

n [

volt

volt ]]

Onda residual (vOnda residual (v--vvff))

Escuela de Ingenierías Eléctrica, Electrónica y de Telecomunicaciones

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Distorsión Armónica

1

2

1nn

V V

VDAT

∑≠=

1

2

1nn

I I

I∑≠=DAT

Escuela de Ingenierías Eléctrica, Electrónica y de Telecomunicaciones

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Distorsión Armónica

A

armónicosen fase

B

D.A.T.D.A.T.AA = D.A.T.= D.A.T.BB

Armónicosen contrafase

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Otros Índices

•• Factor de cresta.Factor de cresta.

FCVV

max

RMS=

•• Factor de formaFactor de forma

FFVRMS

VAAV=

•• Factor de desviaciónFactor de desviaciónδ maxFD=

Escuela de Ingenierías Eléctrica, Electrónica y de Telecomunicaciones

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Análisis general de ArmónicosAnálisis general de Armónicos

Compatibilidad ElectromagnéticaCompatibilidad Electromagnética

IntroducciónIntroducción

Modelo PropuestoModelo Propuesto

Definiciones básicas de potenciaDefiniciones básicas de potencia

ObservacionesObservaciones yy ConclusionesConclusiones

CONTENIDOCONTENIDO

AplicaciónAplicación

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Potencia instantánea en regímenesPotencia instantánea en regímenes senoidalessenoidales

Si la carga es una resistencia, la potencia consumida es:

p t v t i t VR

tRMS( ) ( ). ( ) ( cos )= = +2

1 2ω

0 2 4 6 8 10-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

0 2 4 6 8 100

1000

2000

3000

4000

5000

6000

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Si la carga es una inductancia, la potencia consumida es:22

LL))

ωωpp tt vv tt ii tt VV ttRMSRMS(( )) (( ).). (( )) (( sensen== == 22ωω

0 2 4 6 8 10-3000

-2000

-1000

0

1000

2000

3000

0 2 4 6 8 10-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

Finalmente, para cualquier carga:Finalmente, para cualquier carga:

( ){ } ( ) )2()2cos(1cos)( tsensenIVtIVtp ivRMSRMSivRMSRMS ωθθωθθ ∗−∗++−∗=

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POTENCIA ACTIVAPOTENCIA ACTIVAEs la potencia asociada con el trabajo útil. Es decir, se transforma de energía eléctrica a no eléctrica. Corresponde al valor medio de la potencia instantánea:

∫=to+T

dttpTPto

)(1== = cos (θv-θi)IRMSVRMSP

Es el valor pico de la oscilación de doble frecuencia de la potencia instantánea que tiene origen en los elementos almacenadores de energía. No produce trabajo útil.

POTENCIA REACTIVAPOTENCIA REACTIVA

= sen (θv-θi)IRMSVRMSQR

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Es la potencia asociada con el dimensionamientoque debe tener un sistema eléctrico

POTENCIA APARENTEPOTENCIA APARENTE

S V IRMS RMS= == S P Q2 2 2

= + R

SPFP =

FACTOR DE POTENCIAFACTOR DE POTENCIAIndica el grado de eficiencia de un sistema con respecto al trabajo útil.

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Potencia instantánea en regímenes nosenoidales

n∑ ω= n tnVtv )cos(2)( 0

∑ ϕ−ω=n

nn tnIti )cos(2)( 0

pp tt vv tt ii tt(( )) (( ).). (( ))==Escuela de Ingenierías Eléctrica, Electrónica y de Telecomunicaciones

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?SITUACIÓN NO SENOIDALSITUACIÓN NO SENOIDAL ?

)

)wt5cos(I2)wt3cos(I2)wtcos(I2)t(i)wt3cos(V2)wtcos(V2)t(v

55eff33eff11eff

3eff1eff

φφφ −+−+−=

+=

P. ActivaP. Activa

P. ReactivaP. Reactiva

( )wt2cos1cosIV 11eff1eff +∗φ

( )wt2sensenIV 11eff1eff ∗φ

( )wt6cos1cosIV 33eff3eff +∗φ

( wt6sensenIV 33eff3eff ∗φ

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( ) ( )( ) ( )wt4sensenIVwt2sensenIV

wt4coscosIVwt2coscosIV

33eff1eff33eff1eff

33eff1eff33eff1eff

∗+∗

∗+∗

φφφφ

( ) ( )( ) ( )wt6sensenIVwt4sensenIV

wt6coscosIVwt4coscosIV

55eff1eff55eff1eff

55eff1eff55eff1eff

∗+∗

∗+∗

φφφφ

+ .........................+ .........................

DistorsiónDistorsión

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( )wt2cos1cosI 11eff1eff +∗φ

( )wt6cos1cosI 33eff3eff +∗φ

( )wt2sensenI 11eff1eff ∗φ

( Wt)6sensenI 33eff3eff ∗φ( ) ( )

( ) ( )wt4sensenIVwt2sensenIV

wt4coscosIVwt2coscosIV

33eff1eff33eff1eff

33eff1eff33eff1eff

∗+∗

∗+∗

φφ

φφ

( ) ( )

( ) ( )wt6sensenIVwt4sensenIV

wt6coscosIVwt4coscosIV

55eff1eff55eff1eff

55eff1eff55eff1eff

∗+∗

∗+∗

φφ

φφ

P

Q D

VV

VV

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En faseEn faseC=A+B

A B

C

P

QS

222 QPS +=

OrtogonalidadOrtogonalidadNorma “2”Teorema de Pitágoras en R2

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RESPUESTAS:RESPUESTAS:POTENCIA ACTIVAPOTENCIA ACTIVA

Para el caso senoidal :

(ϕ)= cosRMSRMS IVP

Para el caso no senoidal :

∑ ϕ=n

nnnIVP cos

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POTENCIA APARENTEPOTENCIA APARENTE

Tensión y corriente no senoidales :

∑=n

nRMS II 2∑=n

nRMS VV 2

+

+= ∑∑

≠≠ 12

11

12

11 11

n

n

nn

IIIV

VVS

2211 11 Iv DATDATIVS ++=

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FACTOR DE POTENCIAFACTOR DE POTENCIA

V I

V I

n n nn

cos∑ ϕ

RMS

F P.. =PS

=RMS

( )( )V I

V I DAT DAT

n n nn

V I

cos+ +

∑ ϕ

1 12 2

1 1F P.. =

Escuela de Ingenierías Eléctrica, Electrónica y de Telecomunicaciones

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QUE ES LA QUE ES LA REACTIVA??????REACTIVA??????

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MODELOS PROPUESTOS

EN 1927, BUDEANUEN 1927, BUDEANU Sugiere:

∑=

∗∗=0n

nnn cosIVP φ ∑=

φ=0

senn

nnnB IVQ

S P Q2 2 2= + + D 2

BB

2B

22B QPSD −−=¿¿ ??S V IRMS RMS=

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POTENCIA FICTICIAPOTENCIA FICTICIA, Sugerida por FRYZE, 1931

S P Q2 2 2

= + F

∑=n

ncosIVP φ nn S V IRMS RMS=

FQ 22 PS -=

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POTENCIA EN SISTEMAS TRIFÁSICOSPOTENCIA EN SISTEMAS TRIFÁSICOSPara sistema trifásicos, el diccionario estándar de la IEEE establece que las Potencias deBudeanu son la suma algebraica de las potencias obtenidas por fase.

Es decir :

TSRk

DD

QQ

PP

kkBB

kkBB

kk

,,

,

, =

=

=

=

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POTENCIA EN SISTEMAS TRIFÁSICOSPOTENCIA EN SISTEMAS TRIFÁSICOSLa potencia aparente trifásica tiene dos definiciones :

• La potencia aparente aritmética

∑ ∑ =++==k k

kBkBkkATSRkDQPSS ,,2

,2,

2

• La potencia aparente (vectorial)

TSRkDQPS kkB

kkB

kkV ,,

2,

2,

2=

+

+

= ∑∑∑

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POTENCIA EN SISTEMAS TRIFÁSICOSPOTENCIA EN SISTEMAS TRIFÁSICOS

El factor de potencia en sistemas trifásicos se define de dos formas :

• Factor de potencia aritmético :

• Factor de potencia (vectorial)

PA

A SFP =

VV S

PFPFP ==

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Análisis general de ArmónicosAnálisis general de Armónicos

Compatibilidad ElectromagnéticaCompatibilidad Electromagnética

IntroducciónIntroducción

Modelo PropuestoModelo Propuesto

Definiciones básicas de potenciaDefiniciones básicas de potencia

ObservacionesObservaciones yy ConclusionesConclusiones

CONTENIDOCONTENIDO

AplicaciónAplicación

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El modelo propuesto es a tensión constante y discrimina la corriente demandada por la carga•Tensión de servicio senoidal (Carga lineal o no lineal)

•Tensión de servicio no-senoidal (Carga lineal o no-lineal)

CARGAi (t)v(t)+

-

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Tensión senoidal y carga lineal

( ) ( )tVtv 11 cos2 ω=

CARGALINEAL

Yni (t)v(t)

+

- ϕ−=ϕ=

ϕ−∠=+=

sencos

YBYG

YjBGY

( ) ( ) ( ) ( )i t I t i t i ta m= − = +2 cos ω ϕ

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= ( ) ( ) ( )tGvtkvtIa ==ωcos2

( ) ( )tItia ωϕ= coscos2

ia(t): Es la componente de la corriente en fase con la onda de tensión.

GVIIa =ϕ= cos

im(t): Es la componente de la corriente que está en cuadratura con la onda de tensión.

= ( ) ( ) ( )dt

tdvBdt

tdvktIm ==ω 1sen2

)( ) ( tItim ωϕ= sensen2

I I BVm = = −senϕ

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I I Ia m= +2 2• Cómo ia(t) e im(t) son ortogonales

• Las potencias del sistema son:

ϕcosVIVIP a == Potencia ActivaPotencia Activa

ϕVIsenVIQ mm == Potencia de MagnetizaciónPotencia de Magnetización

221 mQPIVS +== Potencia AparentePotencia Aparente

•La eficiencia del sistema con respecto a la transmisión óptima de potencia activa se evalúa mediante el factor de potencia:

22ma

aa

III

II

SPfp

+===

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Tensión senoidal y carga no lineal

( ) ( )tVtv 11 cos2 ω=

CARGANO

LINEALi (t)v(t)

+

-

( ) ( )∑≠

β+ω+β+ω=1

0101 cos2cos2)(n

nn tn It Iti

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Al segundo término de la ecuación se le llama “corriente generada”.

( ) ( )i t I n tg n nn

= +≠

∑ 2 01

cos ω β

El valor eficaz es igual a: ∑∞

≠=

1

2

nng II

I I I I Inn

N

a m g= = + +=

∑ 2

1

2 2 2

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Las potencias del sistema son:

gg IVD 1= Potencia de ArmónicosPotencia de Armónicosgeneradosgenerados

2221 gm DQPIVS ++==

ϕcosVIVIP a == Potencia ActivaPotencia Activa

ϕVIsenVIQ mm == Potencia de MagnetizaciónPotencia de Magnetización

Potencia AparentePotencia Aparente

222gma

aa

IIII

II

SPfp

++===

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Finalmente, se presenta el desacople de efectos para un

sistema trifásico desbalanceado y tensión no

senoidal

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Modelo propuesto de potencias

i (t ) ia(t)

v(t)

+

-

Ge IgjBn IuGn-Ge

im(t) is(t) iu(t) ig(t)

Modelo general de carga para un sistema trifásicoModelo general de carga para un sistema trifásicodesbalanceadodesbalanceado con neutro aislado y tensión de con neutro aislado y tensión de alimentación con armónicosalimentación con armónicos

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Diagrama Diagrama fasorialfasorial de corrientesde corrientesI g

I u

I a

I s

I m

I

U2 U2 U2U2 U2U2S2= I= Ia +2 ImI +s2 2 + u

2 + Ig2I2

S P D Qs m= + +2 2 2 2 Du+ 2 Dg+ 2

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VaIP =Potencia ActivaPotencia Activa

Asociada al trabajo útil

La corriente demandada es la componente de la corriente instantánea total en fase con la onda de tensión :

( ) ( )tveGtai = VeGaI =

Valor eficaz

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sIVsD =Potencia ResidualPotencia ResidualNo realiza trabajo trabajo útil

( ) ( ) ( )∑=

ω−=N

ntnnVeGnGtsi

11 cos 2

( )∑=

−=N

nnVGeGnsI

122

Valor eficaz

La corriente demandada depende de la variación de la conductancia a la frecuencia armónica con respecto a la conductancia equivalente :

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Potencia de MagnetizaciónPotencia de MagnetizaciónNo realiza trabajo trabajo útil

La corriente demandada es necesaria para la magnetización de los materiales

( )( )

( ) ( )i t Bd v t

d n tB V n tm n n n= − = ∑

ωω

112 s e n

Valor eficaz

I B Vm n nn

N

==

∑ 2 2

1

IQVm

n

nn

N

=

=∑

1

2

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Potencia de MagnetizaciónPotencia de Magnetización

Q VI VQVm m

n

nn

N

= =

=∑

1

2

Q V In n n n= senφPotencia de magnetización del armónico n

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Potencia de Potencia de Armónicos GeneradosArmónicos Generados

La corriente demandada es debida a la no linealidad de la cargas. Se identifica por no tener armónicos comunes a la señal de tensión

( )ggg

g ntnM

nnnItig β+ω

≠= ∑ sen2)(

Valor eficaz

I Ig nn n

M

gg

=≠

∑ 2 D VIg g=

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Potencia de DesbalancePotencia de Desbalance

uu VID =

( ) ( ) ( )tititi bu −=22bu III −=

Valor eficaz

La corriente demandada debido al desbalance del sistema

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Potencia Aparente y Potencia ReactivaPotencia Aparente y Potencia Reactiva

S P D Qs m

= + +2 2 2 2

Du

+2

Dg

+2

S P Q2 2 2

= + r

Q S Pr = −2 2Potencia reactiva

2222ugsmr DDDQQ +++=

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Factor de PotenciaFactor de Potencia

FPPS

IIa= =

FPP

P D Q D DP

P Qs m g u r

=+ + + +

=+2 2 2 2 2 2 2

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Análisis general de ArmónicosAnálisis general de Armónicos

Compatibilidad ElectromagnéticaCompatibilidad Electromagnética

IntroducciónIntroducción

Modelo PropuestoModelo Propuesto

Definiciones básicas de potenciaDefiniciones básicas de potencia

ObservacionesObservaciones yy ConclusionesConclusiones

CONTENIDOCONTENIDO

AplicaciónAplicación

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Compensación:ReactivaReactiva MagnetizMagnetiz??

f.pf.p ??????SPpf =.9.0. ≥pf

( )ivgsum FDFDFDFD

pf θθ −≠++++

= cos1

1.2222

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Importancia de la calidad de potenciaImportancia de la calidad de potencia

Medida erróneaMedida erróneade Q, de Q, fpfp y Py P $$$$ Facturación Facturación incorrectaincorrecta

Importancia del Importancia del algoritmo de algoritmo de

cálculocálculo

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Reactiva: Medición Correcta ?Medición Correcta ?

i(t)

∫=T

titvT

Q0 2

)()(1π

30 1 2 4 5 6 7-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4 Corriente en Fase

t

ia(t)

2

0

1

2

3

4

0 1 3 4 5 6 7-4

-3

-2

-1

Corriente en Cuadratura

t

iq(t)

Corriente desfasada T/4

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Tensión Senoidal

0 1 2 3 4 5 6 7-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

v(t)Para v(t)Para v(t)

Potencia instantánea en cuadratura Potencia instantánea en cuadratura ppqq(t)=(t)=iqiq(t)*v(t)(t)*v(t)

0 1 2 3 4 5 6 7-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

t

pq(t)

PotenciaPotencia instantaneainstantanea desfasadadesfasadappdd(t)=id(t)*v(t)(t)=id(t)*v(t)

0 1 2 3 4 5 6-1000

-800

-600

-400

-200

0

200

400

t

pd(t)

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Si la potencia activa es igual a: ∫ ==

Tdttp

TP

0288)(1

Qd = V*Id = 205,1343

5875,35322 =+= dQPS

•Componente desfasada

Qf = V*Iq = 251,1063

0973,38222 =+= fQPS

•Componente en cuadratura

Potencia aparente o de dimensionamiento:

S =V*I=382,0973

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Análisis general de ArmónicosAnálisis general de Armónicos

Compatibilidad ElectromagnéticaCompatibilidad Electromagnética

IntroducciónIntroducción

Modelo PropuestoModelo Propuesto

Definiciones básicas de potenciaDefiniciones básicas de potencia

ObservacionesObservaciones yy ConclusionesConclusiones

CONTENIDOCONTENIDO

AplicaciónAplicación

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Importancia de la calidad de potenciaImportancia de la calidad de potencia

¿De quien depende?

0 0 .0 0 5 0 .0 1 0 .0 1 5 0 .0 2 0 .0 2 5 0 .0 3 0 .0 3 5 0 .0 4-1 .5

-1

-0 .5

0

0 .5

1

1 .5

Tensión

EMPRESAS DISTRIBUIDORAS USUARIOS

0 0 .0 0 5 0 .0 1 0 .0 1 5 0 .0 2 0 .0 2 5 0 .0 3 0 .0 3 5 0 .0 4-2 .5

-2

-1 .5

-1

-0 .5

0

0 .5

1

1 .5

2

2 .5

Corriente

Escuela de Ingenierías Eléctrica, Electrónica y de Telecomunicaciones

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QUIEN PIERDEQUIEN PIERDE

EMPRESAS USUARIOSTODOS

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GRUPO DE INVESTIGACIÓN ENGRUPO DE INVESTIGACIÓN ENSISTEMAS DE ENERGÍA ELÉCTRICASISTEMAS DE ENERGÍA ELÉCTRICA

Escuela de Ingeniería Eléctrica, Electrónica y TelecomunicacioneEscuela de Ingeniería Eléctrica, Electrónica y TelecomunicacionessUNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDERUNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER

Carrera 27, Calle 9. Ciudad Universitaria. Carrera 27, Calle 9. Ciudad Universitaria. —— A. A. 678A. A. 678Conmutador: +(7) 6344000, Extensiones: 2373 Conmutador: +(7) 6344000, Extensiones: 2373 -- 24792479

Teléfonos: +(7) 6342085 / 6359622 Teléfonos: +(7) 6342085 / 6359622 —— Fax: +(7) 6451156Fax: +(7) 6451156BUCARAMANGA BUCARAMANGA —— COLOMBIACOLOMBIA

[email protected]@uis.edu.co, , [email protected]@uis.edu.co, , [email protected]@uis.edu.co, , [email protected]@uis.edu.co, , [email protected]@uis.edu.co