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Filtros Activos Con Aplicación de La Potencia Instantánea
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Filtros Activos con Aplicacin de la Teora de Potencia Instantnea
Mg. Jos MontalvnBarbarnjmontalvan@gmail.comSINATEC 2012
Filtros Activos con aplicacin de la potencia instantnea
Introduccin Objetivos
Base TericaFuente de Tensin Armnica y Corriente Armnicas
Tipos de Compensadores- Topologas Teoras que definen de la potencia elctrica. Teora de Potencia Instantnea
Casos de Estudio Filtro Activo Paralelo
Conclusiones
Introduccin Cuando se inicia la era de la electricidad a inicios de
1891 la generacin y las cargas eran puramente sinusoidales, ya al pasar el tiempo al comienzo de la dcada de los 60s con el descubrimiento del triacpara la electrnica de potencia, comienza el estudio de las cargas no lineales, y comienzan los problemas de las distorsiones en los voltajes y corrientes, las cuales tambin son llamadas de armnicas.
Objetivos Tener concepcin clara de las tcnicas de
compensacin con filtros, centrndose en los filtros activos.
Base terica Topologas existentes Definiciones para potencia elctrica. Tcnicas del clculo de potencia
instantnea.
Base Terica: Para la transmisin del flujo de potencia en
CA entre dos fuentes, con la misma tensin.
XSenVP )(
2 =
Fuentes de Tensiones armnicas R=10Ldc=0.01mHLs=0.005mHLa=0.01mHC=50uFVa, Vb, Vc= 220Vac, Desfasadas 120elctricos
Fuente de corrientes armnicasLdc=0.01mHR=10 Lac=1mHLs=0.05mHVa, Vb, Vc=220VDesfasadas 120elctricos
Base Terica: Filtro activo Serie
Topologas: Filtro activo serie
Base Terica: Filtro activo Paralelo
Topologas:
Filtro activo paralelo
Filtro activo paralelo
Base Terica: Filtro activo hibrido
Teora clsica de potencia elctrica para sistemas para fuentes sinusoidales
)sin(2)( tVtv = )sin(2)( = tIti)sin()sin(2)()()( == ttVItitvtp
)2(cos)( = tVICosVItp)(VICosP = )(VISinQ =
)2()]2(1[)( tQSintCosPtp =
}.Im{)sin(2)( jwteFtAtf
=+= _2AF =
=||== )_)(_(* lv IVVIS
VIS =
4484476
43421
44 844 76
43421
Q
lv
P
lv VISinjVICosS
)()( +=
VIQPS =+= 22
SPCosPF ===
Teora de Potencia Elctrica de Budeanu (1927)
=
==
1
2
0
2 )(1n
n
T
VdttvT
V
=
==
1
2
0
2 )(1n
n
T
IdttiT
I
=
=
==
11 nnnn
n
n CosIVPP
=
=
==
11 nnnn
n
n SinIVQQ
)( 2222 QPSD +=22222 DSDQPVIS PQ +=++== PQS
PCos =
PQSPCos =
SPCos ==
Teora de Potencia Elctrica de Fryze(1927)
ww
TT
w VIIVdttitvTdttp
TP ====
00
)()(1)(1
VIPs = VIP
PP w
s
w==
qqwsq VIIVPPP ===22 21 =q
VVw .= IIw .=
VV qq .= II qq .=
Potencia para sistemas trifsicos
=
+
c
b
ao
VVV
VVV
2
2
11
111
31
23
21120_|1 )3/2( je j +=== pi
PCosIVtp Iv 3)(3)(3 == ++++
== kkk
k IVSS 3 =k
kk
k IVS22
222cb
ka VVVV ++=
222cb
ka IIII ++=
+=++=VtVtVtVV cba 3)()()( 222
Segn Fortescue:
Para sistemas trifsicos balanceados o senoidales
Potencia Activa trifsica Instantnea en sistemas balanceados
++== IVStS 33)(3)(3)(3 ++++ = IvSinIVtQ
Para las tensiones agregadas se puede calcular valores instantneos:
Teora de la potencia Reactiva Instantnea
=
c
b
a
v
v
v
v
v
v
23
230
21
211
21
21
21
320
=
v
v
v
v
v
v
c
b
a 0
23
21
21
23
21
21
012
1
32
ivivivivivivp ccbbaa ++=++= 003
000 ivp = ivivp +=
ppp += 03
Transformada de Clark:
=
iii
vv
vv
v
qpp
o 00
00
00
ivivq =
)(3
1bcaabccab ivivivq ++=
[ ]baccbcba ivviavvivv )()()(31
++=
Potencia Trifsica Instantnea
Teora de la potencia Reactiva Instantnea
00~ppp +=ppp ~+=
qqq ~+=
+=
qp
vv
vv
vvii
221
++
+=
qvvvv
vv
pvv
vv
vvii 01
01
2222
+
q
q
p
p
ii
ii
pvv
Vi p 22
+=
qvv
Vi q 22
+=
pvv
Vi p 22
+=
qvv
Vi q 22
+=
+
=
=
q
q
p
p
iviv
iviv
iviv
pp
Se observa que hay un potencia media y oscilante para las potencias.
Corriente en el eje alfa: Corrientes en el eje Beta:
Teora de la potencia Reactiva Instantnea
pppp ivivppp +=+=
0=+=+ qqqq ivivpp
pvv
Vivp pp 222
.
+
==
qvv
VVivp qq 22.
+==
pvv
Vivp qp 22
2
.
+==
qvv
VVivp qq 22.
+
==
qqpp ivivivivp +++=
Las potencias pueden ser paradas como sigue:
La suma de potencias reactivas es siempre cero. No contribuye a la potencia activa media o instantnea.
En esta teora la potencia se redefine como potencia de secuencia cero, potencia real y potencia imaginaria.
Teora de la potencia Reactiva InstantneaLa potencia imaginaria q es proporcional a la cantidad de energa que es Intercambiada entre las fases del sistema. Esta energa no contribuye para la Transferencia de energa entre la fuente y la carga en cualquier instante de tiempo.
El termino transferencia de energa es usado de forma general, no solo significa la energa transferida entre la fuente y la carga, si no tambin para la energa oscilanteentre la fuente y carga.
Caso de Estudio: Filtro Activo sin compensacinParmetros del sistema:Carga=1600W, L1=150uH, fuente 220V trifsico, puente de diodos trifasicos
THDi=30.78%
Casos de Estudio: Filtro paralelo trifsico con TPRIParmetros del sistema:C_comp=25mF, Carga=1600W, L1=150uH, fuente 220V trifsico, L_pcc=1mH, puente de diodos trifsicos.
Casos de Estudio: Filtro paralelo trifsico con TPRI
Bloques para el calculo de la corriente de compensacin con TPI
Bloque lazo de corriente
Casos de Estudio: Filtro paralelo trifsico con TPRI
Bode del compensador de Corriente
Bode del compensador de Tensin
Casos de Estudio: Filtro paralelo trifsico con TPRI
Conclusiones La tcnica de potencia reactiva instantnea es mostrada
para esta aplicacin de Filtro activo trifsica con la cual se llega a compensar corrientes hasta llegar a un THDide 11%
Esta tcnica tambin es aplicada para sistemas con trifsicos con neutro, compensadores serie o compensadores hbridos.
La TPRI es una teoria general para calculos de potencia instantanea activa o reactiva en sistemas balanceados, desbalanceados, monofasicos, trifasicos, trifasicos con neutro y con cargas no lineales.
Bibliografa Akagi, Hirofumi; Watanabe, Edson Hirokazu; Aredes, Maurcio.
Instantaneous Power Theory and Applications to Power Conditioning, 2007, John Wiley & Sons.
Akagi Hirofumi, Kanazawa Yoshihira, Nabae Akira Instantaneous Reactive Power Compensators Comprising Switching Devices without Energy Storage Components- IEEE Trans on Industry Appl, 1984.
De Pieri Fenili Murilo. Estudo e Implementao de um filtro ativo paralelo monofsico de 8kVA.. Florianpolis - UFSC - Brasil. 2007.
Dorf Richard, Bishop Robert. Sistemas de Controle Moderno. Rio de Janeiro - Brasil. Editora LTC. 2001.
Fang Zheng Peng & Jih-Sheng Lai, Generalized Instantaneous Reactive Power Theory for Three-Phase Power Systems, IEEE Transactions on Instrument and Measurement 1996.
Fang Zheng Peng & Jih-Sheng Lai, Generalized Instantaneous Reactive Power Theory for Three-Phase Power Systems, IEEE Transactions on Instrument and Measurement 1996.
Erickson, R. Maksimovic, D. Fundamentals of Power Electronics. KluwerAcademic Publishers. Colorado USA. 2004.
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