12/04/13 Medidas en verdadero valor efizaz (TRUE-RMS).

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Medidas en verdadero valor efizaz (TRUE-RMS).Martes, 15 de Junio de 2010 12:02

Valor eficaz de la corriente y el concepto del valor RMS

Con el fin de comprender la importancia de las perturbaciones causadas por la contaminación armónica, es necesario recordar que, enla redes de alimentación eléctrica en régimen de alterna, a la frecuencia de 50/60 Hz, las características de los aparatos, los ajustesde los dispositivos de protección y la determinación mediante cálculo de las secciones de los conductores se basan en la hipótesis deuna corriente perfectamente sinusoidal.

Como ya conocemos, en el uso de cargas no lineales, la corriente no conserva unaforma puramente sinusoidal y se habla entonces de una corriente distorsionada, yesto es debido a la conmutación de los componentes basados en semiconductores,intrínseca a la constitución del material que no permite el paso de la corriente másque en instantes determinados dentro de un periodo completo. Por tanto, seráesencial poder medir el valor eficaz de la señal sea cual sea la forma que tenga éstaen una instalación eléctrica.

Los aparatos digitales determinan el valor eficaz (rms) de la señal cual sea su forma,sinusoidal o distorsionada.

Los aparatos de medida tradicionales que emplean termopares se basan en elprincipio de la medida del calor liberado por el efecto Joule y miden también losvalores reales eficaces de las corrientes o tensiones, sea cual sea la forma de laseñal.

Es importante aclarar aquí que no todos los instrumentos de mediciones midenvalores eficaces, por lo tanto en el momento de adquirir un instrumento demedición cuidemos el detalle de que dicho aparato indique que fue fabricado paramedir valores de RMS, es decir valores eficaces.

Un aparato que no utilice la tecnología RMS, puede proporcionar medidas erróneasy, en ningún caso, podrá dar el valor eficaz exacto de la corriente de medida. Esevidente que este tipo de equipo se podrá adquirir por poco dinero en el mercado,pero, con la sabida consecuencia, pues como ya explicamos, estos aparatos solopueden medir valores eficaces solamente de señales perfectamente sinusoidalesque, como sabemos, este no es el caso de las señales distorsionadas como son losarmónicos.

Tomemos como ejemplo demostrativo las siguientes medidas que fueran tomadascon la misma carga pero con diferentes aparatos de medida. (Ver figura).

Como hemos visto, una señal distorsionada se descompone en una suma de señalesarmónicas asociada a la señal fundamental de 50/60 Hz, como se aprecia en la figuraanterior.

El valor eficaz real de la corriente también es representativo del efecto Joule debidoal conjunto de estas señales y tiene encuenta la suma de la componentefundamental y de los armónicos, como se puede ver en la tabla.

Las características de la señal distorsionada mostrada en la figura anterior, (ondafundamental y distorsión) se ha trasladado a la tabla de arriba.

Veremos a lo largo de este manual que es posible medir el valor eficaz de cadaarmónico así como de la componente fundamental con la ayuda de aparatos demedida, en particular con pinzas medidoras de armónicos.

El cálculo del valor eficaz de la corriente distorsionada se obtiene, por tanto,efectuando la suma cuadrática de la corriente, sumar los valores obtenidos y calcularla raíz cuadrada.

Pero tomemos los valores de la tabla anterior donde tenemos ejemplos de losvalores eficaces de los distintos armónicos, y determinemos el valor real de corrienteen el circuito, considerando el valor fundamental y la de los armónicos.

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En general, el valor eficaz total de la corriente viene dado por la expresión

Valor eficaz de los armónicos de una señal distorsionada

Orden de Armónico Valor eficaz Factor de distorsión del armónico

1 ( fundamental) 16 100 %

3 12 75 %

5 6,72 42 %

7 3,36 21 %

9 1 6,25 %

El factor de distorsión está calculado respecto a la componente fundamental,

por ejemplo, para el armónico de orden 5 sería 6,72/16 = 0,42 = 42 %

Como se pudo comprobar con este ejemplo los armónicos de orden más alto presentan a menudo un valor eficaz despreciable frente a la corriente total,

y en la mayoría de los casos, una aproximación a partir de los primeros armónicos es suficiente para cuantificar la señal.

Errores de Instrumentos Convencionales por Efectos de las Armónicas

Como se pudo ver en el ejemplo desde los instrumentos con valores RMS y las que no miden en este valor (que son las más utilizadas). Mencionaremos

los errores que pueden aparecer, si es que no se cuenta con un instrumento de medición con RMS.

La presencia de armónicas afecta severamente la lectura de los instrumentos, lo que implica tomar en cuenta diversas precauciones al realizar una

lectura.

El análisis que se realiza a continuación se refiere a los instrumentos de uso frecuente.

Instrumentos de aguja de tipo electrodinamométrico

Estos instrumentos son los de uso más común en tableros industriales. Su principio de funcionamiento es tal que indican el verdadero valor efectivo

(true rms) de la onda. Dado que emplean inductancias y solo consideran usualmente hasta la armónica de orden 5 en forma fidedigna.

Su mayor problema se relaciona con la calibración ya que, al existir piezas mecánicas giratorias, el roce provoca un error (leen menos) de lectura.

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Instrumentos digitales con rectificador a la entrada

La gran mayoría de los instrumentos digitales a la entrada disponen de un rectificador de modo tal que lo que realmente miden es el valor medio de la

onda rectificada. Por cierto, si la onda es sinusoidal el instrumento es de buena precisión. Si la onda tiene armónicas, el instrumento mide 30 % menos

que el valor efectivo (rms) de la corriente.

En el caso de la medición de corriente en el neutro, no es generalizable que un instrumento digital con rectificador mida con poco error. En efecto, si la

corriente del neutro tiene una armónica de orden 3 y cuya frecuencia fundamental sea 50/60 Hz, si bien implica una frecuencia armónica de 150 Hz su

forma es aproximadamente sinusoidal entonces la medición es precisa.

Pero, si el consumo es desequilibrado, entonces la medición será también elevada debido a que se tendrá una componente de 50/60 Hz sumada con

otra de 150 Hz.

Instrumentos de verdadero valor efectivo (true rms)

En general, en estos instrumentos, del tipo digital, se emplea un sensor que registra la elevación de temperatura por una resistencia por la cual circula

la corriente a medir.

Por tanto, el instrumento mide el verdadero valor efectivo de la corriente o el voltaje, incluyendo todas las armónicas.

Debido a que se mide un fenómeno térmico el instrumento no es apto para medir consumo de rápida variación; es usual que registre una medición cada

1 o 2 segundos.

Otros equipos, de mayor calidad, miden empleando un conversor análogo-digital (llamado de doble rampa); en este caso el proceso de lectura toma 400

milisegundos.

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Última actualización el Martes, 15 de Junio de 2010 12:02