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2 CONSIDERACIONES TÉCNICAS

2.6 ARMÓNICOS

Durante la conmutación en el conversor se pueden producir corrientes armónicas tanto en el lado de corriente continua como en el lado de corriente alterna.

Estas corrientes armónicas pueden presentar problemas y poner en peligro la instalación y a sus usuarios en cuanto a efecto Joule se refiere así como sobretensiones debidas a la alta frecuencia de los armónicos y la impedancia de los circuitos.

En el bus de corriente continua además puede ser peligroso la aparición de armónicos con una frecuencia cercana a la de resonancia del smoothing reactor los condensadores y la propia resistencia de la línea.

A continuación se describen los armónicos que pueden llegar a darse en el lado de alterna así como en el de continua y cuáles son sus parámetros y su origen.

Para combatir la aparición de los armónicos se emplean filtros tanto activos como pasivos para absorber determinadas frecuencias como se explicará más adelante, además del generador de doce pulsos en el caso del CSC o en caso de utilizar PWM para el disparo de las válvulas se puede controlar el ángulo de disparo por medio de la PWM para realizar un cancelación selectiva de la frecuencia del armónico.

2.6.1 ARMÓNICOS EN CORRIENTE ALTERNA.

En este caso los armónicos vienen numerados por:

Donde k es un número entero y p es el número de pulsos del grupo conversor.

La amplitud de la corriente del armónico en el primario del transformador viene dada por;

Donde IL1 es la amplitud de la corriente que circula por el primario del transformador.

Se puede observar que la amplitud de los armónicos es inversamente proporcional al número de armónico, es decir cuanto más alto sea el armónico, menor amplitud tendrá.

En el caso del grupo de seis pulsos con el secundario en triángulo los armónicos serán impares (p=6) y si suponemos ideal su funcionamiento, podemos considerar los pulsos en el secundario del transformador como un onda cuadrada tal como se muestra en la figura 2.62.

A pesar de que en el grupo de seis pulsos con el secundario en triángulo la corriente tiene una forma de onda totalmente distinta a la anterior los armónicos son los mismos ya que el número de pulsos es similar. La amplitud en ambos es similar en ambas configuraciones pero en el caso de la conexión del secundario en triángulo las corrientes del 5º, 7º,17º, 19º, etc. Están desfasadas 180º con respecto a las corrientes del primario en el caso de la configuración estrella-estrella.

En el caso del conversor de doce pulsos como está formado por dos grupos de seis pulsos uno en triángulo y otro en estrella se consigue que se produzca una cancelación en los armónicos ya que algunos armónicos están desfasados con respecto a la configuración en triangulo y en estrella como antes se ha explicado

Por eso es empleado el sistema de doce pulsos entre otras razones ya que ayuda a eliminar de determinados armónicos en el primario del trasformador.

A continuación se muestra la figura 2.62. a la que hacía referencia anteriormente y donde se pueden ver las distintas corrientes del conversor de doce pulsos.

Fig.2.62. Conversor de 6 pulsos con secundario en triángulo.

Fig.2.61. Conversor de 6 pulsos.

2.6.1.1 Efecto del ángulo de disparo y el ángulo de superposición sobre los armónicos del lado de AC.

Anteriormente se ha mostrado como calcular las amplitudes de las corrientes del primario por medio de la fórmula:

Ahora bien esta fórmula es válida solo en el caso en que el ángulo de disparo α=0 y el overlap angle μ=0. Por tanto queda patente que en un conversor esta fórmula no se puede emplear directamente y que tendrá un ángulo de disparo definido y fuera de la idealidad seguramente tenga un overlap angle. El efecto de estos dos parámetros no influye en el número de armónicos inyectados o generados si no en la variación de la amplitud de los armónicos existentes mencionados anteriormente.

Esta variación se traduce en un aumento de las amplitudes de los armónicos en caso de que el voltaje de control tienda a cero y un descenso de la amplitud de la corriente de los armónicos cuando el overlap angle se incrementa.

Para definir esta variación y basándonos en la formula anteriormente empleada para calcular las amplitudes, podemos definir un parámetro que influya sobre la amplitud anteriormente calculada y que nos permita hallar las amplitudes de los armónicos en función de u y α. Este parámetro recibe el

nombre de factor de reducción y lo representaremos como Fn . Si aplicamos el concepto a la formula anterior, obtenemos:

La figura siguiente ilustra el comportamiento de Fn en función de u y para un α=30 para los distintos armónicos.

Fig.2.64. Comportamiento del factor de reducción para un α =30º en función del overlap angle.

2.6.3 ARMÓNICOS EN CORRIENTE CONTINUA.

El concepto es el mismo que en corriente alterna, armónicos característicos que se forman durante al conmutación y disparo del conversor y que se ven influenciado tanto por el ángulo de disparo como por el overlap angle.

Si suponemos la operación ideal tal como podemos ver en la figura de la izquierda con α=0 y u=0 y a la derecha con α ≠ 0 y u ≠ 0

En la imagen es visible la diferencia de señales con respecto al funcionamiento real y al ideal. En el caso de la corriente continua la numeración de los armónicos viene dada por

Con k siendo un número entero y p el número de pulsos del conversor.

En el caso del conversor de doce pulsos también es apreciable el rizado que se produce en la señal de voltaje continua tal como se observa en la siguiente imagen.

Fig.2.65. Operación de un conversor de seis pulsos a la izquierda con α=0 y u=0, a la derecha con α ≠ 0 y u ≠ 0.

Fig.2.66. Señal de tensión en un conversor de doce pulsos en condiciones ideales a la izquierda (a) y en condiciones reales a la derecha (b).

Al igual que hemos hecho en corriente alterna podemos calcular los efectos de reducción de la amplitud de los armónicos en función de α y u. En este caso se mostrará solo un gráfico que representa el valor en tanto porciento del 12º armónico en un grupo conversor de 24 pulsos en función del overlap angle u y con un α=15º.

2.6.3.1 Armónicos no característicos.

Otros armónicos generados son los armónicos no característicos y son aquellos imprevistos por el análisis de Fourier; se presentan a partir de la salida rectificada.

Los armónicos no característicos se clasifican en armónicos pares, interarmónicos y subarmónicos. Los armónicos pares se presentan debido a una asimetría en los ángulos de disparo de un rectificador controlado.

Los interarmónicos se ubican en frecuencias no enteras de la frecuencia de red (siendo función de la frecuencia del inversor) y llegan a ubicarse en frecuencias inferiores a la frecuencia de red (subarmónicos).