Filtros activos de potencia son tecnologías muy importantes para mejorar la calidad de la energía de los sistemas eléctricos. Los APF también se utilizan para reducir la perturbación armónica y ayudar a mejorar la calidad de los sistemas de energía. Con el aumento de los dispositivos electrónicos utilizados por las industrias, existe una mayor necesidad de una fuente de electricidad limpia y fiable, lo que los hace esenciales para mejorar la gestión de los sistemas eléctricos.
¿Cómo funciona un filtro activo de potencia (APF)?
Un Filtro Activo de Potencia opera monitoreando y analizando una forma de onda en tiempo real de un sistema de energía. Puede identificar tanto los componentes fundamentales como los armónicos de la tensión y la corriente de suministro y generar corrientes de compensación con el fin de contrarrestar los impactos negativos de los armónicos. Al tener una respuesta dinámica, puede filtrar eficazmente las frecuencias indeseables mientras permite que la frecuencia fundamental pase sin obstáculos, creando así un suministro de energía óptimamente equilibrado que satisface las necesidades de los dispositivos electrónicos sensibles.
Principales beneficios de los filtros activos de potencia (APF)
La implementación de un APF ofrece numerosas ventajas:
- Mitigación de armónicos Los APF garantizan el cumplimiento de los requisitos reglamentarios al reducir significativamente las distorsiones armónicas del suministro de energía eléctrica.
- Factor de potencia mejorado: Los APF mejoran la eficiencia de los dispositivos eléctricos mediante la corrección del factor de potencia, lo que se traduce en una reducción de los gastos operativos.
- Mayor vida útil del equipo: La reducción de la contaminación procedente de fuentes eléctricas provoca una menor cantidad de equipos, lo que también alarga la vida útil del aparato equipado.
- Adaptabilidad en tiempo real: En comparación con los tipos de filtros pasivos, cuyas características están predeterminadas, los filtros activos (APF) se adaptarán automáticamente a los cambios en la carga y en las condiciones ambientales para proporcionar una mayor flexibilidad que los filtros pasivos.
Filtro activo de potencia frente a filtro pasivo: diferencias clave
Una comparación detallada de los filtros activos y los sistemas de filtros pasivos revela rápidamente las distinciones clave entre estos grupos de productos. Los filtros pasivos utilizan únicamente elementos de circuito pasivos (por ejemplo, inductores y condensadores) para apuntar a frecuencias armónicas predeterminadas; por lo tanto, los filtros pasivos demuestran un grado bajo de adaptabilidad a las condiciones cambiantes. En contraste, los filtros de potencia activos emplean tanto cálculos algorítmicos como electrónica de potencia para ofrecer niveles de compensación con ajuste dinámico en un rango de frecuencia de operación más amplio. Debido a su capacidad para proporcionar compensación dinámica, los filtros activos son generalmente más eficaces en aplicaciones donde el contenido armónico varía enormemente de vez en cuando o de un lugar a otro.
Aplicaciones comunes de los filtros activos de potencia
Filtro activo de potencia (APF) encuentran una amplia aplicación en diversas industrias, entre las que se incluyen:
- Plantas de manufactura: Para garantizar el funcionamiento ininterrumpido de maquinaria que depende en gran medida de la energía electrónica.
- Centros de datos: En situaciones que requieren alcanzar tanto una alta fiabilidad como una gran eficiencia, las mejoras en la calidad de energía le permitirán hacerlo a sus niveles más altos.
- Sistemas de energía renovable: Los armónicos suelen ser un problema en los generadores de turbinas eólicas y paneles solares, pero el uso de bancos de condensadores ayuda a estabilizar su potencia de salida.
- Sistemas de Tracción Eléctrica Utilizado frecuentemente en los sectores de transporte para mejorar la calidad de la energía de tracción.
Los APF no solo cumplen estas funciones, sino que también ayudan a cumplir con muchas de las estrictas directrices y normas de la industria para regular la calidad de la energía, lo que ha aumentado aún más su aceptación en las redes eléctricas actuales.
Lo que un APF mide e inyecta
Un filtro de potencia activo utiliza transformadores de corriente para observar la corriente de la carga o de la fuente y un controlador para separar los componentes no deseados de la corriente fundamental requerida por la carga. A continuación, un convertidor fuente de tensión inyecta una corriente controlada con contenido armónico opuesto. En el punto de medición seleccionado, la corriente de la fuente se acerca más a la forma de onda de referencia. Dependiendo del diseño y la configuración, el mismo convertidor también puede proporcionar compensación de corriente reactiva y ayudar a equilibrar la corriente de fase, pero estas funciones consumen capacidad de corriente y deben incluirse en el dimensionamiento.
La posición del TC define lo que el controlador puede ver. Un TC instalado alrededor de solo una parte de un alimentador en paralelo no puede corregir la corriente que no mide. La polaridad invertida, el mapeo de fases incorrecto, una carga excesiva en el cable secundario o una relación de TC incorrecta pueden causar una respuesta débil, inestabilidad o una alarma. La puesta en marcha debe comprobar la secuencia de fases y la polaridad con una carga conocida antes de habilitar la salida automática completa.
Cómo dimensionar un filtro activo de potencia
No seleccione un APF únicamente a partir de los kVA del transformador o de la potencia en caballos de fuerza (hp) del VFD conectado. Mida el espectro de corriente armónica y la corriente RMS en el punto de corrección previsto durante estados operativos representativos. Determine la corriente que se debe eliminar para cumplir con el límite del proyecto, agregue corriente reactiva y de desequilibrio solo si se requieren esas funciones, y aplique márgenes de temperatura ambiente, altitud, gabinete y redundancia. Compruebe que el convertidor tenga un ancho de banda adecuado para los órdenes armónicos que importan y que su entrada de TC, clasificación de voltaje, corriente de cortocircuito soportada y comunicaciones coincidan con el sitio.
| Entrada | Por qué importa | Error común |
|---|---|---|
| Espectro armónico por orden | Define la corriente de compensación requerida | Utilizando únicamente la THDi |
| Carga mínima y máxima | Muestra el rango de operación y la diversidad | Dimensionamiento a partir de la carga conectada |
| Ubicación y proporción de la TC | Define el límite eléctrico controlado | Midiendo solo un camino paralelo |
| Ambiente y altitud | Establece la reducción de potencia térmica por temperatura | Asumiendo salida de catálogo en todas partes |
| Obligación por potencia reactiva y desequilibrio | Capacidad de corriente del convertidor | Añadir funciones sin capacidad |
¿FAP, filtro pasivo o banco de condensadores con reactancia de desintonización?
Un filtro activo de potencia (APF) es atractivo donde las cargas cambian, varios órdenes armónicos varían o la capacidad modular escalonada es valiosa. Un filtro pasivo sintonizado puede ser eficiente para un espectro predecible, pero debe estudiarse con la impedancia de la red y los estados de conmutación. Un banco de condensadores desintonizado es principalmente una solución de potencia reactiva diseñada para evitar una región de resonancia seleccionada; no es automáticamente un filtro armónico completo. Los sistemas híbridos pueden dividir la tarea reactiva constante y la tarea armónica dinámica, pero sus controladores y protección deben coordinarse.
Puesta en marcha y aceptación
Registre las formas de onda de voltaje y corriente de referencia, el espectro, la carga y los estados de operación. Verifique los transformadores de corriente (TC), la ventilación, la protección, el bypass, las alarmas y las comunicaciones. Habilite la compensación gradualmente, observando la corriente del convertidor y el voltaje del bus. La aceptación debe comparar las mediciones antes y después en el punto acordado utilizando el mismo intervalo de agregación y estado de producción. Investigue cualquier nueva resonancia, sobrecalentamiento, disparo molesto o interacción con generadores, sistemas UPS, condensadores u otros compensadores activos.
Preguntas frecuentes: Preguntas frecuentes sobre los filtros activos de potencia
¿Qué tipos de filtros activos de potencia (APF) están disponibles?
Tres tipos básicos de filtros activos de potencia (APF) incluyen: (1) APF en paralelo: un filtro activo de potencia en paralelo se conecta a las cargas para mitigar los armónicos de corriente. (2) APF serie: un filtro activo de potencia serie compensa la calidad del voltaje (es decir, la distorsión o las perturbaciones del voltaje) al conectarse en serie con la red de suministro. (3) Filtro activo de potencia híbrido: un filtro activo de potencia híbrido es una combinación de un filtro activo de potencia y un filtro pasivo, lo que mejora el rendimiento total y la eficiencia de los filtros en comparación con el uso de cualquiera de los métodos por separado.
¿Qué son los armónicos y por qué son dañinos?
Los armónicos son frecuencias dentro de un sistema eléctrico que no son necesarias; son múltiplos de la frecuencia fundamental, como 60 Hz o 50 Hz. Los problemas de armónicos pueden provocar sobrecalentamiento, fallas en los equipos eléctricos, aumento en las facturas de energía y mayor desgaste en los dispositivos eléctricos. Los filtros activos de potencia eliminan estos armónicos no deseados del sistema, lo que permite que este funcione de manera fluida y confiable.
¿Vale la pena la inversión en un filtro activo de potencia (APF)?
Un APF suele valer la pena por el gasto que implica implementarlo en cualquier entorno industrial, de centro de datos y/o sensible a equipos electrónicos. A largo plazo, los beneficios de un APF incluyen la reducción de las pérdidas de energía y de los costos de mantenimiento, una mayor vida útil de su equipo y una mayor eficiencia general de su sistema, todo lo cual se traduce en un ahorro de costos.
¿Puedo instalar un filtro activo de potencia (APF) en mi casa?
Aunque un filtro activo de potencia (APF) se implementa comúnmente para abordar problemas de calidad de energía, como los armónicos de los aparatos actuales y los sistemas de energía renovable, los APF se pueden utilizar en hogares donde hay un problema de calidad de energía debido a los armónicos de su aplicación específica. Sin embargo, debido a que son muy costosos, tienden a implementarse con mayor frecuencia en aplicaciones más grandes.
¿Cómo elijo el filtro de potencia activa (APF) adecuado para mi aplicación?
Antes de seleccionar un filtro activo de potencia, se debe llevar a cabo una evaluación exhaustiva de su sistema eléctrico. Los factores a considerar incluyen: la distorsión armónica, el tipo de carga, la capacidad nominal de la carga y el grado de compensación que requiere. Además, trabajar con un experto o proveedor especializado en filtros activos de potencia (APF) ayudará a garantizar que obtenga el mejor filtro activo de potencia posible para su aplicación.
Al proporcionar una mayor eficiencia energética, proteger los componentes electrónicos delicados contra daños y cumplir con las normas de calidad de energía, los filtros activos de potencia representan una excelente inversión para cualquier empresa interesada en mejorar sus sistemas eléctricos.
Preguntas frecuentes prácticas
¿Qué hace un filtro activo de potencia?
Mide la corriente armónica no deseada y la corriente reactiva u desbalanceada opcional, y luego inyecta una corriente de compensación controlada.
¿Puede un FAP mejorar el factor de potencia?
Muchos FPA pueden suministrar corriente reactiva, pero esto utiliza la capacidad del convertidor y debe incluirse en la configuración y el dimensionamiento del proyecto.
¿Cómo se selecciona la corriente nominal del APF?
Utilice la corriente armónica medida por orden y caso de operación, e incluya la carga reactiva opcional, la reducción de potencia (derating), la expansión y la redundancia.
¿Dónde se deben instalar los TCs de APF?
Instálelos en el límite que el APF debe controlar, con la relación, polaridad, mapeo de fases e inclusión correctas de todas las rutas paralelas relevantes.
¿Un APF reemplaza un estudio de armónicos?
No. El estudio define el problema, el punto de corrección, la corriente requerida, las interacciones de la red y los límites de aceptación.