Filtros Activos Con Aplicación de La Potencia Instantánea

Filtros Activos con Aplicacin de la Teora de Potencia Instantnea

Mg. Jos [email protected] 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


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:


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


Bode del compensador de Corriente

Bode del compensador de Tensin

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.

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Erickson, R. Maksimovic, D. Fundamentals of Power Electronics. KluwerAcademic Publishers. Colorado USA. 2004.

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