El confinamiento de los armónicos

 

Parte activa de un transformador rectificador de 12 pulsos

1.- Utilización de un rectificador de dos puentes (o puente rectificador dodecafásico)

El principio es usar un transformador de dos secundarios que entregan tensiones con desfases de 30º entre ellas, cada uno de estos secundarios alimentan un puente rectificador hexafásico (ver Fig. 1).

Figura 1: Esquema de principio de un rectificador con dos puentes desfasados

Los rectificadores deben proporcionar corrientes continuas idénticas para que las corrientes alternas que reciben de los secundarios del transformador tengan los mismos valores.

En estas condiciones, las corrientes armónicas de los dos secundarios se suman vectorialmente en el primario.

Después de algunos cálculos, se demuestra que los armónicos 6 k ± 1  con k impar no penetran en el sistema porque se cancelan entre sí.

Este es particularmente el caso de los armónicos 5 y 7 cuyas amplitudes teóricas son las más importantes. Los armónicos 11 y 13 se mantienen mientras se eliminan los armónicos 17 y 19. Los armónicos restantes, por lo tanto, son de rango 12 k ± 1 con k entero natural.

Los dos rectificadores se pueden conectar en serie o en paralelo (ver Fig. 2).

L1, L2: Inductancia de filtrado en continua

λ : Inductancia limitadora de corrientes circulantes

Figura 2: Montaje en serie a) o en paralelo b) de dos rectificadores

En el caso de puesta en paralelo, las tensiones instantáneas cedidas por cada uno de los dos rectificadores no son iguales (ya que están desfasadas 30 grados), es necesario agregar una inductancia con un punto medio para limitar corrientes circulantes entre rectificadores.

En ausencia de esta inductancia, la conducción en cada instante sería la de la tensión más elevada proporcionada por los rectificadores.

Para saber más ver artículo:

Transformador + rectificador ¿Qué acoplamiento elegir? En el siguiente link:

https://imseingenieria.blogspot.com/2019/06/transformador-rectificador-que.html

1.1.- Valor de las tasas individuales de los armónicos de corriente.

Con la hipótesis de una impedancia nula aguas arriba del rectificador y una corriente continua perfectamente alisada, el valor eficaz de cada armónico de corriente es de la forma:

Con:

p = 12 k ± 1: rango de armónico

I₁: valor de la corriente fundamental

1.2.- Valor de la tasa de distorsión en tensión.

La tasa de distorsión en tensión depende de la impedancia de la fuente.

Para una impedancia de fuente muy baja (suma de las impedancias aguas arriba de los rectificadores), la relación entre las tasas de distorsión obtenidas con el montaje de dos rectificadores así como con un solo rectificador es:

Para una impedancia de la fuente más elevada, el aumento es más importante porque los armónicos de alto rango disminuyen rápidamente cuando aumenta la impedancia de la fuente. Sin embargo, siguen siendo modestos y, en la práctica, se debe recordar que el doble puente tiene una relación del 0,5 por ciento.

Por ejemplo, para un ángulo en retraso α de 30 grados, la relación entre las dos tasas de distorsión es:

       -        0.66 para una impedancia de la fuente del 8 %.

       -        0.55 para una impedancia de la fuente del 16%.

Para α = 0, las relaciones son respectivamente 0.53 y 0.37.

2.- Rectificador con más de dos puentes

La idea básica aquí es aumentar el número de secundarios del transformador con los desfasajes relativos dependiendo del número de secundarios utilizados con el fin de eliminar otros armónicos de corriente (ver Fig. 3).

 

Figura 3: Ejemplo con n rectificadores

 

2.1.- Montaje con 3 rectificadores.

Para este tipo de montaje, los desfases deben ser tales que:

       -        α₁ = 0 grados

       -        α₂ = 20 grados

       -        α₃ = 40 grados.

En este caso, los únicos armónicos restantes son el rango de 6 k ± 1 con k múltiplo de 3, cómo 18 k ± 1.

Los primeros armónicos de la corriente son, por lo tanto, los armónicos 17 y 19 y los siguientes 35 y 37.

2.2.- Montaje con 4 rectificadores.

En este caso, los desfases son los siguientes:

       -        α₁ = 0 grados

       -        α₂ = 15 grados

       -        α₃ = 30 grados

       -        α₄ = 45 grados.

Los únicos armónicos restantes son los de rango 24 k ± 1.

Los primeros armónicos son, por lo tanto, los armónicos 23 y 25 y los siguientes 47 y 49.

Figura 4: Formas de onda de corriente en los distintos montajes

Estos montajes son interesantes en la medida en que proporcionan tasas de distorsión en corriente y tensión relativamente bajas.

Tienen la desventaja de ser complejos y caros y, por tanto, su uso está reservado para equipos de alta potencia.

A título de ejemplo, la electrólisis del aluminio, utiliza la corriente continua con potencias de varios MW, y utiliza montajes que tienen hasta 72 fases.

2.3.- Caso particular del montaje llamado "fase shifting".

Cuando se utilizan varios SAI (sistemas de alimentación ininterrumpida)  en paralelo, se reparten las corrientes de carga, las corrientes obtenidas por cada uno de sus rectificadores tienen amplitudes idénticas.

Luego es entonces posible alimentar a los rectificadores a través de autotransformadores que crean desfases adecuados según el número de rectificadores en lugar de utilizar montajes con transformadores (ver Fig. 4).

Figura 4: Principio del montaje “fase shifting” 

La principal desventaja de este artificio es que cuando uno de los SAI se detiene momentáneamente, aumenta la tasa armónica.

La Tabla 1 muestra el contenido armónico de los montajes principales con todos los rectificadores en servicio y con un rectificador detenido.

0; 1/3; 1/2; 1: factores de multiplicación sobre el valor de la tasa individual de armónico con relación a un simple puente

Tabla 1: Evolución de los armónicos de corriente para los principales montajes

 

 

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Transformadores de doble secundario: Solución a las cargas no lineales de los grandes grupos rectificadores

https://imseingenieria.blogspot.com/2015/07/transformadores-de-doble-secundario.html