¿Como filtrar armónicos?

Debido a la cantidad de equipamiento electrónico que se utiliza hoy en día, es importante conocer y evaluar los armónicos en una instalación. En este nota hablaremos de las posibles soluciones a este tema.

Existen varias formas de filtrar los armónicos:

Filtros pasivos: Es la opción mas utilizada, se trata de capacitores o bobinas asociadas a las cargas que producen los armónico y sintonizadas a la frecuencia a eliminar
Compensadores activos: Son equipos electrónicos que aportan varias funciones
Filtrado compuesto o híbrido: Que incluye las dos opciones anteriormente descriptas

Las consecuencias de los armónicos son perjudiciales para la instalación, generan disparos inesperados en las protecciones, envejecimiento prematuro y daño en equipos y sobredimensionamiento de las instalaciones. Estas consecuencias tienen un gran impacto económico.

Filtros pasivos

Los filtros pasivos están conformados por elementos reactivos (bobinas y capacitores) que se conectan en paralelo con la carga. Estos elementos instalados entran en resonancia a la frecuencia del armónico que queremos eliminar. Este circuito paralelo absorberá las corrientes armónicas, evitando su circulación en el circuito de alimentación. Un equipo puede incluir varios dispositivos para eliminar los armónicos según el orden correspondiente.

Para la frecuencia fundamental el filtro debe tener una impedancia de gran valor, con el fin de no incrementar demasiado la corriente adicional provocada por este nuevo elemento.

Este tipo de filtro tiene algunas ventajas: simplicidad, fiabilidad y robustez; pero también posee múltiples desventajas: gran tamaño de bobinas y capacitores necesarios, pobre respuesta dinámica ante cambios de carga, influencia de la impedancia de red en el filtrado, además la acción se limita solo a unos pocos órdenes de armónicos (normalmente 5, 7, y 11).

También la corriente nominal del filtro es muy dependiente de la distorsión existente, dado que el filtro presenta una baja impedancia en su frecuencia de resonancia. Por esto, la implementación de filtros pasivos requiere de un análisis detallado de las características de la instalación, lo cual crea una limitación en el uso de esta tecnología.

Las aplicaciones típicas para los filtros pasivos son las instalaciones de potencia media o de potencia alta, lo que incluye variadores de velocidad, hornos de inducción, hornos de arco y rectificadores, y también aquellas que requieren la corrección del factor de potencia.

Filtros activos

Los filtros activos son capaces de eliminar prácticamente todos los armónicos de baja frecuencia. Es un equipo de electrónica de potencia con control digital.

Los sensores de corriente se usan para la medición de la corriente de carga de la línea. El circuito de control digital calcula el contenido de la corriente armónica (Ihar) y genera las señales del orden adecuado en la unidad de potencia. La unidad de potencia genera una corriente (Iact) en oposición a las corrientes armónicas de la carga.

La corriente resultante (Is) tiene un contenido de corrientes armónicas muy reducida. Esta reducción puede estar en el orden de 10 a 20 dependiendo del tipo de carga, así como también si la corriente nominal del compensador es suficiente.

Este tipo de compensación armónica, cubre el rango desde el orden 2 al orden 25, o desde el orden 2 al orden 50 según el compensador usado, con posibilidades de compensar parcial o totalmente.
El equipo se adapta automáticamente a cualquier tipo de carga, monofásica o trifásica y puede ser conectado a cualquier red trifásica con o sin neutro.

Una de las ventajas de esta tecnología es que es menos crítica en su interacción con las características de la instalación, y se adaptan mucho mejor a las fluctuaciones de los parámetros.

Las aplicaciones de estos compensadores activos están en instalaciones de potencia baja y potencia media, incluyendo equipos de computación, UPS, variadores de velocidad e iluminación fluorescente, etc.

Filtros híbridos o compuestos

Una opción para extender el rango de aplicación de los compensadores activos, y mejorar las funcionalidades de los filtros pasivos son nuevas técnicas que permiten combinar ambas tecnologías dentro del mismo equipo.

Primero el filtro pasivo se sintoniza en la frecuencia armónica predominante, y entrega la energía reactiva requerida. El compensador activo se dedica al resto de los armónicos.

Esta solución permite un alto nivel de funcionalidad, dado al gran número del orden armónico cubierto. El uso del filtro pasivo dedicado a la frecuencia del orden predominante permite cubrir un rango más amplio de potencia.

Las aplicaciones típicas de los filtros híbridos son las mismas aplicaciones de los filtros pasivos, es decir, para instalaciones de potencia media y potencia alta, aplicaciones que demandan corrección del factor de potencia, además de la funcionalidad de eliminar el resto armónicos de diferente orden.

Con la reducción de la sección activa y la alimentación natural de la energía reactiva, la tecnología híbrida ofrece una solución óptima y económica para la mayoría de las instalaciones de alta potencia.

El filtro híbrido combina las ventajas de ambas tecnologías básicas: el filtro pasivo es una solución de bajo costo y el compensador activo es una solución de alta funcionalidad.