Evaluación de técnicas de reducción del efecto de los armónicos producidos por variadores de frecuencia de seis pulsos

Abstract

Los problemas de calidad de la potencia suelen generar distorsión en las variables de tensión y corriente que alimentan un equipo y/o proceso. Dentro de los problemas de calidad de la potencia se destacan las distorsiones armónicas causadas típicamente por equipos de accionamiento y control de procesos, los cuales debido a su alto contenido de elementos de electrónica de potencia y cargas no lineales asociadas al proceso generan distorsiones, esto incluye las tecnologías de variadores de velocidad. La presencia de armónicos suele ocasionar calentamiento y aumento de pérdidas en los transformadores, motores, pérdidas de sincronismo del reloj en las tarjetas electrónicas, problemas por corrientes de fuga, corrientes de modo común, corriente reflejada, incremento en la resistividad de los conductores, aumento de la corriente Total RMS, entre otros. La presente investigación propone evaluar las técnicas de reducción del efecto de los armónicos producidos por los variadores de frecuencia de seis pulsos utilizando la herramienta SIMULINK de MATLAB para la caracterización de las componentes armónicas generadas por variadores de frecuencia tanto de seis como de doce pulsos. Se consideran la revisión de técnicas para la reducción de los efectos armónicos considerando lo contemplado en IEEE std 519 de 2014 y los documentos normativos nacionales tales como la CREG 070 de 1998 y las normas técnicas colombianas NTC 5000, NTC 5001. Como caso de prueba se realizan simulaciones de variadores de frecuencia de seis pulsos y se analizan las técnicas para la reducción de los efectos de los armónicos generados por los variadores de frecuencia utilizando SIMULINK (MATLAB), logrando identificar la mejor opción técnica-económica para la reducción de los efectos de los armónicos generados por los variadores de frecuencia mediante el caso de estudio considerado.

Power quality problems usually generate distortion in voltage and current variables affecting equipment and/or process. Power quality problems include harmonic distortions commonly caused by drivers and process control equipment, which due to their high content of power electronics elements and non-linear loads associated to the process generate distortions, such as Variable speed drive technologies. The presence of harmonics tends to cause heating and increased losses in power transformers, motors, losses of clock synchronism in electronic cards, problems with leakage currents, presence of common mode currents, reflected current, increased resistivity of conductors, increased of total RMS current, among others. This research proposes to evaluate the techniques for reducing the effect of harmonics produced by six-pulse frequency converters using MATLAB's SIMULINK tool for the characterization of harmonic components generated by both six-pulse and twelve-pulse frequency converters. It is considered the revision of techniques for the reduction of harmonic effects considering what is contemplated in IEEE std 519 of 2014 and the national normative documents such as CREG 070 of 1998 and the Colombian technical standards NTC 5000, NTC 5001. As a test case, simulations of six pulse frequency variators are performed and the techniques for the reduction of the effects of harmonics generated by the frequency variators are analyzed using SIMULINK (MATLAB), identifying the best technical-economic option for the reduction of the effects of harmonics generated by the frequency variators through the case study considered.