¿Cómo calcular y seleccionar la capacidad de un filtro armónico activo?

Determinar la capacidad de un AHF (Filtro Activo de Potencia) es el paso más crítico en la selección. Una capacidad insuficiente provocará una compensación deficiente o incluso sobrecarga y daños en el equipo, mientras que una capacidad excesiva resultará en una inversión desperdiciada. A continuación, se presentan los pasos y métodos principales para determinar la capacidad del APF:
**Principio fundamental:** La capacidad nominal del AHF (generalmente expresada en amperios) debe ser mayor o igual al valor eficaz de la suma vectorial de las corrientes armónicas y las corrientes reactivas que necesita compensar, con un margen adecuado.
**Pasos para determinar la capacidad del AHF**
1. **Identificar el objetivo de compensación:**
– **Carga no lineal única:** como variadores de frecuencia, hornos de frecuencia intermedia, grandes UPS, equipos rectificadores, etc. Esta es la situación ideal.
– **Grupo de cargas no lineales:** como múltiples variadores de frecuencia en varias líneas de producción.
– **Sistema completo de distribución eléctrica/barra colectora:** Compensar la corriente armónica total generada por todas las cargas en esta barra. Esta es la situación más común.
2. **Obtención de datos de corriente armónica:**
**2.1 Método 1: Medición real (Más preciso, altamente recomendado)**
– 2.11 Utilice un analizador de calidad de energía profesional (por ejemplo, Fluke, Hioki, YOKOGAWA, etc.).
– 2.12 Realice mediciones en el punto de compensación objetivo (por ejemplo, el terminal de entrada de la carga no lineal, la barra colectora a compensar).
– 2.13 Mida parámetros clave:
– Valor eficaz de la corriente fundamental: `I₁` (A)
– Tasa de distorsión armónica total: `THDi` (%) – Esta es la relación entre el valor eficaz total de la corriente armónica y el valor eficaz de la corriente fundamental.
– Contenido de corriente armónica: `I₅`, `I₇`, `I₁₁`, `I₁₃`, etc. (A o %) – Conocer la distribución del espectro es útil para las estrategias de control del AHF y el diseño de capacidad, pero `THDi` se utiliza principalmente para calcular la capacidad total.
– **Condiciones de medición:** Las mediciones deben realizarse bajo la condición típica de máxima carga armónica. Si las condiciones de carga varían significativamente, se deben medir múltiples condiciones típicas y registrar el peor escenario (THDi máximo).
– **Duración:** El tiempo de medición debe ser lo suficientemente largo para cubrir el ciclo de operación de la carga.
**2.2 Método 2: Estimación teórica (Menor precisión, adecuado para selección preliminar o cuando no es posible la medición real)**
– 2.21 Consulte el manual del equipo: Algunos equipos (como variadores de frecuencia) proporcionan en sus manuales el THDi típico de la corriente de entrada o el espectro armónico.
– 2.22 Fórmulas empíricas/Valores típicos:
– Rectificador de 6 pulsos (sin reactor): `THDi` ≈ 30%-50%
– Rectificador de 6 pulsos (con reactor de CC): `THDi` ≈ 30%-40%
– Rectificador de 6 pulsos (con reactor de CA): `THDi` ≈ 30%-35%
– Rectificador de 12 pulsos: `THDi` ≈ 10%-15%
– 2.23 UPS: `THDi` ≈ 25%-40%
– 2.24 Fuente de alimentación conmutada de alta frecuencia: `THDi` puede ser muy alto (>80%), pero el valor efectivo real de la corriente puede no ser grande.
– 2.25 Estimación de la corriente fundamental: `I₁≈ S / (√3 * U * PF)`. Donde `S` es la potencia aparente de la carga (kVA), `U` es la tensión de línea (V) y `PF` es el factor de potencia.