Modelado y Simulación de Armónicos

Transcripción

1 Modelado y Simulación de Armónicos A partir de los datos obtenidos en el trabajo práctico de laboratorio con el analizador de redes HIOKI, extraemos del archivo con extensión HRM (cambiando su extensión por txt y recuperado en una planilla de Excel) los datos correspondientes de los componentes armónicos de la corriente I: Tabla 1: Valores registrados en HIOKI THDF_I1 1.03E+02 I1( 1) I1( 3) I1( 5) I1( 7) I1( 9) I1(11) 2.02E E E E E E-01 I1deg( 1) I1deg( 3) I1deg( 5) I1deg( 7) I1deg( 9) I1deg(11) -7.41E E E E E E+01 Creamos un nuevo circuito en el Pspice con componentes ISIN: Figura 1 1

2 En Setup de Pspice configuramos el transitorio habilitando además el análisis de Fourier con los siguientes parámetros: Figura 2 Corriendo la simulación en el dominio del tiempo obtenemos en Probe el oscilograma de la corriente de la carga no-lineal: 6.0A 4.0A 2.0A 0A -2.0A -4.0A -6.0A 0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms 70ms 80ms 90ms 100ms I(R12) Time Figura 3 2

3 Abriendo el archivo de salida, verificamos los componentes obtenidos: Tabla 2: Componentes armónicos en la simulación de Pspice HARMONIC FREQUENCY FOURIER NORMALIZED PHASE NORMALIZED NO (HZ) COMPONENT COMPONENT (DEG) PHASE (DEG) E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E+02 TOTAL HARMONIC DISTORTION = E+02 PERCENT Importante!: Para obtener el análisis en formato de tabla debe copiarse las líneas correspondientes al análisis de Fourier y luego pegarlas en Excel, luego desde el menú Datos, seleccionamos Texto en columnas. Además la configuración regional de Windows debe estar personalizada con. (punto) para símbolo decimal y, (coma) para símbolo separador de miles. A la fuente de corriente de la componente fundamental puede reemplazarse por una fuente V1 y una impedancia tal como muestra la figura 4. Figura 4 3

4 Predicción de la distorsión armónica de tensión Supongamos que en un proyecto de instalación de un centro de cómputos, necesitamos predecir el valor de la tasa de distorsión de tensión en el punto de conexión a la red B, conocido como PCC, punto de conexión común. Teniendo como datos el espectro de cada una de las fuentes de corrientes, es posible realizar una simulación en una instalación trifásica y predecir cual será el valor THD U %. Para ello necesitamos contar con los datos del transformador y de los cables de alimentación. Supongamos que la impedancia del transformador es igual a: Zt = j 0.035Ω. Completamos el esquema con las impedancias de los distintos tramos de los cables de alimentación Figura 5-. Hemos considerado para la simulación un total de 22 PCs por fase, agrupadas en 10 unidades en dos zonas (C y D) y las restantes dos, en las zonas A y B. Figura 5 En el Setup del programa completamos el análisis con los datos que muestra la Figura 6. 4

5 Figura 6 Terminada la simulación en Probe con ADD TRACE, graficamos la onda de tensión en el punto B: 400V 200V 0V -200V -400V 100ms 110ms 120ms 130ms 140ms 150ms 160ms 170ms 180ms 190ms 200ms V(B) Time Figura 7 Desde el menú de Analysis, seleccionando Examine Output, obtenemos los datos de los componentes armónicos de tensión en B y la correspondiente tasa de distorsión armónica. 5

6 Tabla 3: Datos de los componentes armónicos de tensión en el punto B. HARMONIC FREQUENCY FOURIER NORMALIZED PHASE NORMALIZED NO (HZ) COMPONENT COMPONENT (DEG) PHASE (DEG) E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E+03 TOTAL HARMONIC DISTORTION = E+01 PERCENT Observemos que los datos de la Tabla 3, hay componentes que superan los límites impuestos por el ENRE Tabla 4-, y que el THD U % es mayor que el 8% 3.50E E E E E E E E Figura 8 6

7 Tabla 4: Límites de distorsión armónica en baja tensión.- ENRE (Resol 184/00). Impares no múltiplos Impares múltiplos de 3 Pares de 3 Orden del Nivel de referencia Orden del Nivel de referencia Orden del Nivel de referencia armónico (% de la armónico (% de la armónico (% de la fundamental) fundamental) fundamental) 5 6,0 3 5,0 2 2,0 7 5,0 9 1,5 4 1,0 11 3,5 15 0,3 6 0,5 13 3,0 21 0,2 8 0,5 17 2,0 >21 0,2 10 0,5 19 1,5 12 0,2 23 1,5 >12 0,2 25 1,5 >25 0,2+0,5x25/h Tasa de Distorsión Total 8 % 7

8 Análisis de la corriente de neutro A partir de los datos del análisis de Fourier para la corriente de línea suministrados por la simulación Pspice, es posible tener una aproximación del valor de la corriente de neutro. En la Tabla 5 se muestra los resultados exportados desde Pspice a Excel de una simulación en una línea monofásica de 15 PCs. Desde Excel y aplicando las fórmulas indicadas es posible prever aproximadamente la corriente que circularía en el neutro. Tabla 5 HARMONIC FREQUENCY FOURIER NORMALIZED PHASE NORMALIZED Corriente Línea Corriente Neutro NO (HZ) COMPONENT COMPONENT (DEG) PHASE (DEG) E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E Ineutro/Ilínea= TOTAL HARMONIC DIST ORTION = 1.06E+02 PERCENT 3*RAIZ(SUMA.CUADRADOS(F20:F30)/2) RAIZ(SUMA.CUADRADOS(E20:E30)/2) En una instalación trifásica con componentes armónicos la corriente de neutro puede ser calculada a partir de los datos de la corriente de línea, con la expresión siguiente: In = (3 I 6i + 3) 2 (1) Los cálculos arrojan para la corriente de neutro un valor de A, superior al de línea de 18.3A. Se demuestra que el valor máximo que puede alcanzar la relación entre la corriente de neutro y la de línea es 3 8

9 Anexo: Exportar datos desde Pspice a Excel Una vez finalizada la simulación abrimos desde el mismo Pspice, Analysis, Examine Output se abre el archivo con extensión OUT, donde se grabaron los datos solicitados desde el menú Setup, figura 10.- Figura 9 9

10 Figura 10 Marcamos y copiamos los datos marcados en gris como muestra la Figura 11: Figura 11 10

11 Pegamos en una celda de la planilla de Excel, quedando pegada la copia tal como muestra la figura 12 Figura 12 A continuación seleccionamos desde el menú Datos, Texto en columnas (figura 13): 11

12 Figura 13 A continuación se abre el asistente para convertir texto en columnas, Figura 14: Figura 14 12

13 Figura 15 13

14 Figura 16 14

15 Espectro de frecuencias Desde el icono del asistente para gráficos, abrimos el siguiente cuadro: Figura 17 15

16 Figura 18 Figura 19 16

17 Figura 20 Figura 21 17

18 Figura 22 Figura 23 18

19 Figura 24 Figura 25 19