ANALISIS BASICO DE REDES QUE CONTIENEN ARMONICAS

 1.1         INTRODUCCION

         En sistemas eléctricos de distribución de potencia, tradicionalmente se esperaba que la forma de onda del voltaje suministrado por una empresa distribuidora fuera sinusoidal y sobre esa base, aún ahora, está diseñado y manufacturado la mayoría de elementos del sistema. Así podemos citar equipo de relevación industrial, instrumentación, computación, motores, transformadores, etc., que han sido diseñados para funcionar alimentados por una forma de onda sinusoidal pura.

                   El crecimiento continuo de los sistemas eléctricos de distribución de potencia y la inclusión dentro de ellos de un mayor número de elementos no lineales, como los equipos electrónicos, y muy especialmente los convertidores, siendo éstos los elementos primarios con conexión a la red de distribución de los equipos electrónicos, han contribuido al incremento de la presencia de formas de onda no sinusoidales en el suministro de la energía eléctrica.  A lo anterior habría que agregar que las posibilidades de resonancia han aumentado.

         Las armónicas esencialmente introducen una componente de pérdidas y mal funcionamiento de equipos, por lo que su tratamiento dentro del estudio global del sistema, principalmente en lo relacionado al tema de calidad de la potencia eléctrica o calidad del suministro de la energía eléctrica, es de alta importancia.  Importancia que también se le debe dar dentro del tema de la eficiencia energética, especialmente en tiempos como los actuales de lacerantes crisis energéticas en que cualquier acción en contra del desperdicio es obligatoria. 

         En la actualidad, fluctuaciones lentas o rápidas del voltaje, fluctuaciones lentas o rápidas de la frecuencia, desbalances en los sistemas trifásicos, oscilaciones del neutro, el ruido eléctrico, así como la presencia de la distorsión de voltajes o corrientes en el suministro de la energía constituyen  temas de interés dentro del marco de la calidad de la potencia eléctrica.  La baja calidad en el suministro de la energía eléctrica puede ser determinante en el mal funcionamiento de equipos y dispositivos de control o medición, el exceso de calentamiento en las máquinas, fallas del equipo eléctrico o disminución drástica de su rendimiento. Estos son factores que pueden influir grandemente, no sólo en la eficiencia de los procesos de producción, sino también en la competitividad de una empresa industrial, considerando el alto costo de la energía eléctrica en la actualidad.

         Siendo los anteriores, motivos suficientes para que al estudio de la distorsión del voltaje o de la corriente se le ponga la atención que se merece, iniciamos este texto con lo relativo al análisis de redes eléctricas.

1.2         LA SERIE TRIGONOMETRICA DE FOURIER

Existe un gran número de formas de onda de voltaje y de corriente, de las cuales se muestran ejemplos en la figura 1-1. En dichos ejemplos,    puede representar  un voltaje o  una corriente y puede describirse matemáticamente mediante una ecuación simple. Por ejemplo, la ecuación que describe la función de la figura 1-1a es Vmax sen wt.  Evidentemente ésta es una forma de onda sinusoidal pura, de período T, frecuencia angular w , frecuencia f y ángulo de fase de cero grados.