Nanostecnologys

INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE IRAPUATO

EXTENSIÒN SAN JOSÉ ITURBIDE

ESTUDIOS CON RECONOCIMIENTO DE VALIDEZ OFICIAL

NÚMERO 11-00065

DISEÑO DE UN DISPOSITIVO PARA ATENUAR DISTORSIONES ARMÓNICAS EN SISTEMAS ELÉCTRICOS CON CARGAS NO LINEALES

OPCIÓN I: TESIS PROFESIONAL

QUE PARA OBTENER EL GRADO DE

INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA

PRESENTA:

CARLOS ARELLANO LÓPEZ

ASESOR: M.A VICENTE LÓPEZ GRANILLO

SAN JOSÉ ITURBIDE, GTO. NOVIEMBRE 2014

Agradecimientos.

Al Todopoderoso.

Por los días de vida que nos ha dado y por ser en quien más me apoyo cuando lo necesito.

A mi familia.

Por siempre mantener la confianza en mí a lo largo de la Ingeniería.

Al ITESI.

Que por medio de los catedráticos los cuales me han aportado sus conocimientos y brindado asesoría en el desarrollo de este compromiso académico.

A mi asesor de tesis el M.A Vicente López Granillo

Por su acertada orientación y aportaciones para el desarrollo de este trabajo en la parte técnica.

A mi asesor de tesis la Ing. Blanca Estela Pineda Muñoz

Por su orientación al desarrollar el formato de tesis.

Al Ing. Rafael Zúñiga Alduenda

Por su valiosa asesoría académica y laboral, cooperación y experiencia en el área de mantenimiento.

A mis amigos

Por qué contribuyeron a que se culminara esta meta, a pesar de las adversidades que se fueron presentando en el camino.

A mis compañeros

Por su apoyo y consejos que me hacen reflexionar y engrandecer como ser humano.

Dedicatoria

El presente trabajo que representa el logro de una de mis principales metas lo dedico muy especialmente:

A quienes ya no están con nosotros mi hermana Yolanda Arellano López y mis amigos José Bernardo Trejo Soto y José Paulino Soto Arvizu, por mantener viva en mí la necesidad de un mejor mañana y que fueron el motor que impulso a mantenerme de pie, el estimulo para seguir adelante, este triunfo es de ustedes.

Carlos Arellano López.

Resumen

A pesar de que la compañía suministradora proporcione un voltaje puramente sinuidal (sin distorsión alguna), la alimentación de sistemas que contienen cargas no lineales o inyectan corrientes no sinuidales, produce una propagación de las armónicas hacia toda la red del sistema si no se mitigan dentro del sistema que los genera.

La primera de estas soluciones radica en el empleo de mallas de elementos pasivos, de tipo reactivo, que pueden reconfigurarse en función de la medida de las armónicas en carga. Se intenta equiparar los tiempos de respuesta del sistema con los existentes en los circuitos convencionales de compensación con circuitos resistencia-inductancia (RL) o resistencia-inductancia-capacitancia (RLC).

Finalmente, se abordará, de forma también general, la compensación selectiva de cualquier componente armónico de la potencia absorbida o generada por la carga. El acondicionador, en este caso, se basará en el diseño de una fuente de intensidad, realizable con circuitos no lineales, o variables temporalmente, que genere, en cada período fundamental de la tensión de red, secuencias programadas de impulsos. Las fases y duración de cada uno de los impulsos de la secuencia determinarán la generación o absorción de armónicos de intensidad que serán los adecuados para compensar o filtrar los correspondientes de la carga.

CON LO QUE REDACTO NO ME ES CLARO DE QUE TRATA SU TRABAJO

Abstract

Although the utility provides a pure sinusoidal voltage (without distortion), feeding systems containing nonlinear loads sinuidales or no currents are injected, produces a spread of harmonics to the entire system network if not mitigated within the system that generates them.

We are convinced that in the coming years the electronic compensation of harmonics begin with laboratorio. A prototyping of them will undoubtedly pilot testing stations and industrial scale production. The main objective of this work focuses on the search for possible solutions to this problem of conditioning, either to improve the quality of network signals or to optimize energy transmission in the real situation of our electricity distribution networks.

The first of these solutions lies in the use of passive element mesh, reagent grade, which can be reconfigured according to the measurement of harmonic load. It attempts to equate the response times of the system with existing conventional compensation circuits with RL or RLC circuits.

Finally, address, so also generally selective compensation of any harmonic component of the power absorbed or generated by the load. Conditioner, in this case, is based on the design of a current source, realizable with nonlinear circuits or temporary variables, which produces at each fundamental period of the mains voltage, pulses programmed sequences. Phases and the duration of each pulse of the sequence determine the harmonic generation or absorption intensity that will be appropriate to compensate for or filter corresponding to the load.

Tabla de contenidos

Introducción. 1

CAPÍTULO I. DATOS DE LA INSTITUCIÓN 3

1.1 Marco contextual. 4

1.1.1 Vías de Comunicación. 5

1.1.2 Medios de Comunicación. 5

1.1.3 Ingenierías del ITESI extensión San José Iturbide. 7

1.2 Organigrama de la institución. 10

1.3 Misión. 12

1.4 Visión. 12

1.5 Objetivos. 13

1.6 Política de Calidad – Ambiental. 13

1.7 Valores. 14

1.8 Perfil del responsable. 17

CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO 19

2.1 Armónicas. 20

2.1.1 Clasificación de los armónicos. 25

2.1.2 Secuencia de los armónicos. 26

2.1.3 Fuentes de armónicas. 27

2.1.3.1 Fuentes Tradicionales. 27

2.1.3.2 Nuevas fuentes de armónicas. 34

2.1.3.3 Futuras fuentes de armónicas. 38

2.2 Factor de distorsión armónica total. 39

2.2.2 Transformada de Fourier (Análisis de armónicos). 40

2.2.3 Series de Fourier. 41

2.2.4 Análisis de Fourier. 41

2.3 Afectaciones que favorecen a distorsiones armónicas. 43

2.3.1 Peaks de tensión. 43

2.3.2 Sobretensiones. 43

2.3.3 Caídas de tensión. 44

2.3.4 Ruido. 44

2.3.5 Bajas de tensión. 44

2.3.6 Apagones. 45

2.3.7 Los transientes transitorios. 45

2.4 Potencia activa y reactiva de un sistema. 45

2.4.2 Carga lineal. 47

2.4.3 Carga no lineal. 47

2.4.4 Ley de Ohm. 48

2.4.5 Leyes de Kirchhoff. 48

2.4.5.1 Ley de nodos o ley corrientes. 48

2.4.5.2 Ley de mallas o de voltajes. 49

2.4.6 Límites de la distorsión de voltaje 49

De acuerdo con Institute of Electrical an Electronic Engeneers el implantar la norma 519 para definir los límites de distorsión armonica (IEEE-519 por sus sigla en ingles).los límites quedan: 49

2.5 Compensacion de armónicos. 49

2.5.1 Calculo de la frecuencia de resonancia. 50

2.5.1.1 Análisis de la impedancia en función de la frecuencia. 51

2.5.2 Tipos de compensación de armónicos. 52

2.5.2.1 Compensación pasiva. 53

2.5.2.2 Compensación activa. 54

2.7 Filtros pasivos y activos. 55

CAPÍTULO III. GENERALIDADES DEL PROYECTO DE INVESTIGACIÓN 59

3.1 Descripción del problema. 60

3.2 Objetivos. 60

3.3 Justificación. 61

3.4 Hipótesis. 62

CAPÍTULO IV. DESCRIPCIÓN DE LAS ACTIVIDADES REALIZADAS 63

4.1 Actividades realizadas. 64

4.2 Resultados. 78

4.3 Alcances. 78

4.4 Limitaciones. 80

4.5 Recomendaciones. 81

Conclusiones. 82

Bibliografía. 83

Índices de la tesis

Índice de figuras

Figura 1. Deformación de onda sinusoidal 21

Figura 2. Ondas de los armónicos 2, 3, 4 y 5. 22

Figura 3. Forma de onda original y sus componentes 1, 5, 7, 11 23

Figura 4. Forma de onda fundamental del seno a 60 Hz. 23

Figura 5. Diagrama básico de alimentación de un tubo fluorescente. 33

Figura 6. Impedancia en función de la frecuencia 52

Figura 7, Entrada a un filtro pasivo 56

Figura 8. Salida de un filtro pasivo 56

Figura 9. Entrada a un filtro activo 57

Figura 10. Salida de in filtro activo 58

Figura 11. Forma de onda fundamental del seno a 60hz, usando Matlab 65

Figura 12. Onda con distorsión armónica por armónicas de orden impar 65

Figura 13. Circuito inversor monofásico de medio puente. 67

Figura 14. Circuito puente inversor monofásico completo 70

Figura 17. Circuito inversor monofásico para simulación con Spice y su grafica en el osciloscopio. 74

Figura 18. Circuito inversor monofásico para simulación con Spice generador modulación por ancho de pulsos (PWM). 74

Figura 19. Circuito inversor monofásico para simulación con Spice señales

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