lab 1 calidad de enegía

Laboratorio N° 1 TECSUP

PARÁMETROS DE LA CALIDAD DE LA ENERGIA ELÉCTRICA EN CARGAS LINEALES

PARAMETROS DE LA CALIDAD DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA EN CARGAS

LINEALES

OBJETIVO:

Medición de los parámetros de la calidad de la energía eléctrica en cargas

lineales

Análisis de espectros de armónicos

Análisis de formas de onda

INTRODUCCIÓN:

El tema de la calidad de energía va asociada calidad de tensión y corriente que se

da con una tensión ideal y corriente ideal con frecuencia que tiene magnitud

constante ya que es una onda senoidal a una sola frecuencia.

Dentro del concepto de calidad energía en la distorsión de la onda tiene lugar a los

propios procesos de generación transmisión, distribución y utilización que generan

perturbaciones siendo estos factores inevitables pero si se puede minimizar.

Armónicos

Un componente sinusoidal de una onda periódica o cantidad que posee una

frecuencia múltiplo de la frecuencia fundamental 60 Hz.

Armónico característico

Aquellos armónicos producidos por equipos convertidores semiconductores en el

curso de la operación normal. En un convertidor de seis pulsos, los armónicos

característicos son los armónicos impares diferentes de los múltiplos de tres, por

ejemplo, los 5th ,7th ,11th y 13th etc.

ℎ = 𝑘𝑞 ± 1

k= algún entero

q= número de pulso del convertidor

Armónico no característico

Son armónicos que no son producidos por convertidores semiconductores en el

curso de la operación normal. Estos pueden ser el resultado de frecuencias

oscilatorias; una demodulación de armónicos característicos y la fundamental; o un

desbalance en los sistemas de potencia AC, el ángulo retardo asimétrico o el

funcionamiento cicloconvertidor (convertidor que contrala la tensión la corriente y la

potencia media que entrega una fuente alterna a carga alterna).



Cargas lineales:

Son cargas donde la forma de la onda de corriente tiene la misma forma de tensión

suministrada.

Cargas no lineales:

Donde la forma de la onda de la corriente no se asemeja a la onda de tensión.

Teorema de Fourier

El teorema indica que toda función periódica no senoidal se puede representar con

una suma de términos, compuesta por un término senoidal a frecuencia

fundamental, múltiplos de la frecuencia fundamental (armónicos)

Formula:

Y0 : valor de componente continua, generalmente nula

Yn: valor eficaz del armónico del rango n.

W: pulsación de la frecuencia fundamental.

n : Desfase de la componente armónica para t=0.

Distorsión Armónica (THD)

Las corrientes armónicas al circular por el sistema de potencia producen caídas de

tensión armónicos que son capaces de distorsionarla onda de voltaje de suministro.

La forma de evaluar una tensión o una corriente distorsionada.

h1: es la tensión de frecuencia fundamental.

h2, h1,… hn: armónica de voltaje o corriente presente en la señal indicada

2

1

(%) 100%

n

n

n

h

THD xh

0

1

( ) 2 sin( )k

n n

k

Y t Y Y n t



EQUIPOS A UTILIZAR:

Fuente de tensión variable

Adquisidor de datos

Motor AC

Cargas resistivas variables (carga lineal)

Cargas capacitivas variables (carga

lineal)

Lámparas incandescente y fluorescente.

PROCEDIMIENTO:

Medición de armónicos de tensión de la red eléctrica.

Para determinar los armónicos de tensión existentes de la red instalaremos e

adquisidor de datos de tal manera de censar la tensión (en vacío) de la red eléctrica.

Esto nos permite conocer el nivel de distorsión existente de la red.

Medición de la tensión de la red (vacío) ver tabla 1.

orden armónico

tensión

armónica

porcentaje

% Vh/V1

1 110,4 100

2 0 0,1

3 0,1 0,1

4 0 0

5 1 0,9

6 0 0

7 1 0,9

8 0,1 0

9 0 0,1

10 0 0

11 0,4 0,4

12 0 0

13 0 0

14 0 0

15 0 0

THD de armónicas pares 0

THD de armónicas impares 1,3

THD de armónicas totales 1,3

tabla1.



Calculo de THD (pares)

La raíz de toda sumatoria de las armónicas pares e impares.

𝑇𝐻𝐷𝑣 =√𝑉22 + 𝑉42 +⋯𝑉𝑛2

V1

𝑇𝐻𝐷𝑣 =√𝑉32 + 𝑉52 +⋯𝑉(𝑛 + 1)2

V1

PARES THD 0,000906 0,09058

IMPARES THD 0,013343 1,334322

Armónica de tensión representada Armónica de corriente representada

en histograma en histograma

¿Que representa THD?

Un factor de distorsión de tensión o corriente, corresponde a distorsión total

armónica, esto se refiere una contaminación que dan las cargas a la red, esto

consiste en ondas viajeras en el tiempo que poseen una frecuencia diferente a la de

la alimentación. Se puede decir que es una energía no utilizada por la carga.



¿Cuál es la armónica más representativa y por qué tiene mayor presencia?

La tercera armónica puede causar serios problemas en los sistemas trifásicos, ya

que estas corrientes no se cancelan en el conductor de neutro y pueden

sobrecargarlo hasta alcanzar temperaturas elevadas.

Carga resistiva

Por ser una carga resistiva no se deforma la onda de corriente, por tanto la gráfica

del espectro de frecuencia solo se mostrara la fundamental y la del voltaje

permanecerá.

Orden Armónica

Carga resistiva Carga resistiva

R=359,2 R=359,2

Vh (%) v Ih (%) mA

1 100 110,2v 100 304

2 0 0 0 0

3 0,1 0,1 0 0

4 0 0 0 0

5 1,1 1,1 1,1 3

6 0 0 0 0

7 0,9 1 0,9 2,7

8 0 0 0 0

9 0 0 0,1 0,3

10 0 0 0 0

11 0,4 0,4 0,3 0,9

12 0 0 0 0

13 0,3 0,3 0,3 0,9

Tabla 2

¿Por qué se observan armónicas de corriente si la carga resistencia es carga

lineal?

Cuando se aplica un voltaje senoidal directamente a cargas como resistencias, se

produce una corriente proporcional que también es senoidal, por lo que se les

denominan carga lineal, por tanto si la tensión aplica en la carga tiene armónicos de

tensión (ver tabla 1 armónicos de tensión de la red) se produce armónicos de

corriente.



Carga capacitiva

Aquí la corriente se adelantará a la tensión y si la carga capacitiva es alta, el factor

de potencia será mayor que 1 y se adelantará.

Orden Armónica

Carga Capacitiva Carga Capacitiva

Xc = 366,7 Xc = 366,8

Vh (%) v Ih (%) mA

1 100 1,4 100 14

2 0 1,5 0,1 14,4

3 0,1 1,6 0,3 14,3

4 0 1,6 0,2 14,2

5 0,9 1,7 4,5 14,2

6 0 1,6 0,1 13,7

7 1 1,6 7,2 13,4

8 0 1,6 0,1 13,5

9 0 1,6 1,2 13,6

10 0 1,7 0,4 13,7

11 0,7 1,7 6,4 13,7

12 0 1,7 0,4 13,6

13 0,6 1,6 7,1 13,5

´

Tabla 3

¿Por qué se amplifican las corrientes amónicas en el condensador?

Al hacer un conexionado de condensadores esto puede amplificar las armónicas,

ya que esto se utiliza para mejorar el factor de potencia (compensación) y esto

influye en respuesta a la frecuencia en una instalación.

0

20

40

60

80

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Carga capacitiva---ordern armónico vs Ih(%)



Carga inductiva

En este tipo de carga genera un desplazamiento de la corriente con respecto a la

tensión, en donde el retraso es de 90º

Orden Armónica

Carga Inductiva Carga Inductiva

XL= 366,8 XL= 366,8

Vh (%) v Ih (%) mA

1 100 1,2 100 0,5

2 0,1 1,2 0 0,5

3 0,1 1,2 0,5 0,5

4 0 1,2 0 0,5

5 0,8 1,3 0,1 0,5

6 0 1,3 0 0,5

7 0,9 1,3 0,1 0,5

8 0 1,3 0 0,5

9 0 1,2 0,1 0,5

10 0 1,2 0 0,5

11 0,4 1,2 0 0,5

12 0 1,3 0 0,5

13 0,3 1,2 0 0,5

Tabla 4

Lámparas fluorescentes

El uso masivo de lámparas fluorescentes como medio de reducir el consumo de

energía, se ve en muchos lugares ya que constituyen mejor eficiencia en

iluminación, en tanto las lámparas incandescentes tienen la misma frecuencia de la

fuente de voltaje senoidal en donde se produce la circulación de la corriente

fundamental. Existe una desventaja al utilizar lámparas fluorescentes, por ser

0

20

40

60

80

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Carga inductiva--- Orden armonico vs Ih(%)



generadora de armónicos ya que estos pueden fluir por los conductores hasta

afectar al transformador de distribución al ser conectados a la red.

corriente tensión corriente tensión

Orden Armónico

lámpara fluorescente

lámpara fluorescente

Lámpara incandescente

Lámpara incandescente

20 w 20 w 60 w 60 w

Ih(%) mA Vh(%) V Ih(%) mA Vh(%) V

1 100 102,3 100 1,6 100 1,2 100 1,1

2 0,2 102,6 0 1,6 0 1,2 0 1,1

3 75,3 102,8 0,6 1,6 0,3 1,3 0 1,1

4 0,2 103 0 1,6 0,1 1,3 0 1,1

5 45,1 102,8 0,5 1,7 0,8 1,2 0,6 1

6 0,4 102,9 0 1,6 0 1,2 0 1,1

7 27,4 102 1,1 1,6 0,8 1,2 0,8 1,1

8 0,5 102 0 1,6 0 1,3 0 1,1

9 17,9 103 0,3 1,6 0,1 1,2 0,1 1,1

10 0,7 103 0 1,6 0 1,2 0 1,1

11 17 103 0,2 1,6 0,4 1,2 0,4 1,1

12 0,9 103 0 1,6 0 1,2 0 1

13 24,4 104,3 0,6 1,5 0,3 1,3 0,3 1,1

Tabla 5

0

20

40

60

80

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Lampara Fluorescenteorden de armonico vs Ih (%)



Espectro de la distorsión de la onda de corriente en lámpara fluorescente. (Grafica)

En la gráfica de la corriente de la lámpara de 20w notamos como la onda está

totalmente distorsionada hasta alcanzar picos elevados casi un 75% de la nominal.

En el espectro de frecuencias observamos como las frecuencia impares son valores

elevados.

Motor HP

Un mayor efecto de los voltajes y corrientes armónicos en las máquinas rotativas

incrementa el calentamiento debido a las perdidas en el cobre y en hierro a

frecuencias armónicas. Los componentes armónicos afectan la eficiencia de la

máquina, y pueden entonces afectar el par desarrollado por el motor.

Las corrientes armónicas de un motor pueden dar aumento a una alta emisión de

ruido audible a compararlas con una excitación sinusoidal.

Los armónicos impares como el quinto y el séptimo armónico, tienen el potencial

para crear oscilaciones mecánicas en una combinación en un sistema motor carga.

Las oscilaciones mecánicas resultan cuando el par del motor oscilante, causado por

la iteración entre las corrientes armónicas y el campo magnético de frecuencia

fundamental, excita una frecuencia de resonancia mecánica.

Cada armónico de voltaje, 5th ,7th ,11th y 13th etc., inducirá una corriente armónica

correspondiente en el estator de la máquina, cada uno de estos armónicos estará

en secuencia positiva o negativa de la componente simétrica de corriente total.

Estas corrientes inducirán un calentamiento en el devanado del estator, de este

modo adicionara un aumento de temperatura causado por la corriente fundamental

ver tabla 6.



Orden de armónicos frecuencia

red secuencia

armónico del estator

rotación de armónico

armónico del rotor

1 60 + 1 hacia delante -

5 300 - 5 hacia atrás 6

7 420 + 7 hacia delante 6

11 660 - 11 hacia atrás 12


17 1020 - 17 hacia atrás 18


23 1380 - 23 hacia atrás 24

25 1500 + 25 hacia delante 24 Tabla 6 (Tabla 2 extraída de IEEE-519)

En el laboratorio usamos un motor de 175 w y 380v para el encendido del motor

conectamos en una fuente variable, con 46 voltios se rompe la inercia y empieza

arrancar, luego tomamos datos con una tensión de 71.2 v

Orden Armónica

TENSION CORRIENTE

Motor de 1/4 HP Motor de 1/4 HP

Vh (%) v Ih (%) mA

1 100 1,1 100 0,9

2 0 1,1 0,1 0,9

3 0,1 1,1 0,3 0,9

4 0,1 1,1 0 0,9

5 0,7 1,1 0,6 0,8

6 0 1,1 0 0,8

7 0,8 1,1 0,5 0,8

8 0 1,2 0,1 0,8

9 0,1 1,2 0 0,9

10 0 1,2 0 0,8

11 0,4 1,3 0,1 0,8

12 0 1,2 0 0,9

13 0,2 1,3 0,1 0,4



Vemos que quinto y séptimo armónico es donde se induce una corriente producida

por en estator de la máquina, ya que el quinto armónico esta en secuencia negativa

y el séptimo esta en secuencia positiva tabla 6 estos tienen el potencial para crear

oscilaciones mecánicas en una combinación en un sistema motor carga.

La corriente estaba adelantada respecto a la tensión se produjo por un desfase

producido por la capacidad.

CONCLUSIONES:

Logramos comprender e interpretar los datos representados en el instrumento, los

resultados y/o graficas de ondas armónicas del 3th, 5th ,7th ,11th y 13th etc dados de

la carga lineal, cuando se aplica una tensión senoidal a una carga resistiva se

produce una corriente senoidal proporcional a la tensión.

Los espectros de cada componente de carga resistiva, inductiva, capacitiva y motor,

En la carga resistiva la corriente armónica va depender de la tensión suministrada

de la red.

En el caso de los motores los armónicos, en 5th ,7th ,11th etc, cada una tiene

secuencia sea positiva o negativa ya que estos influyen en el giro de los motores y

en 3th se presenta el calentamiento de los devanados.



Como observación es muy difícil encontrar una carga puramente resistiva, inductiva

o capacitiva, esto se debe que los inductores y capacitores presentan resistencias

parasitas.

En este laboratorio nos permite tener una noción de lo que son los armónicos y

como éstos pueda llegar ocasionar serios problemas en nuestra vida cotidiana, los

armónicos son secuencia de señales no desviados que se introducen a nuestro

sistema por el uso de ciertos aparatos o máquinas que no nos consumen una

corriente o voltaje constante en el tiempo.

Por lo anterior concluimos que debemos poner más atención nosotros y también las

personas que se dedican a la elaboración de aparatos electrónicos ya que en

muchas ocasiones se dice en aparatos solamente pensando en el ahorro de energía

mas no pensando en que la vez están disminuyendo la calidad del energía que es

transmitida para las demás personas.

Bibliografía

Norma IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) 519-1992

PARTICIPANTES:

Gonza Mamani oscar felipe

Cristian Angulo porras

Miranda Baquerizo Michel

Cesar peña Ramos

Elmer guerrero Zárate

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