Resumen

La presente Tesis se centra en el campo del mejoramiento de la calidad de la energía eléctrica. El objetivo principal es elevar el factor de potencia de un sistema trifásico balanceado con carga no lineal, mediante la incorporación de un filtro activo trifásico conectado en paralelo con un rectificador de onda completa a la entrada del sistema; esto con el fin de entregar energía a la red con la mejor calidad posible, es decir, en fase y con mínimas distorsiones en las formas de onda de voltaje y de corriente.

Como resultado mostramos la simulación de un Filtro Activo Trifásico conectado en paralelo, mediante inductores de enlace, a un rectificador con carga altamente inductiva y bajo una fuente de alimentación trifásica de 120VRMS. Se presentan dos métodos de control por ancho de pulso, PWM y SVPWM (Space Vector Pulse Width Modulation), teniendo al primero como una referencia para mostrar las ventajas y desventajas del segundo.

A nivel de diseño, la simulación presentada desarrolla un rectificador trifásico sin retorno por neutro bajo una fuente de alimentación trifásica de 120VRMS por fase y conectado a una carga altamente inductiva. A la entrada del sistema se conecta el Filtro Activo, formado por un inversor de tres ramas, el cual entrega una forma de onda de igual magnitud que la señal de referencia y en sentido opuesto para de esta forma eliminar a los armónicos que distorsionan la señal y elevar el Factor de Potencia.

El filtro activo esta formado por un inversor trifásico que consta de tres ramas de IGBT´s y es alimentado por un capacitor que se carga directamente de la fuente trifásica a un voltaje aproximado de 400V. El filtro elimina las distorsiones ocasionadas por la carga y mejora el Factor de Potencia, Factor de Desplazamiento, Distorsión Armónica Total y las Formas de Onda de Voltaje y Corriente. El empleo de este tipo de filtros reduce el contenido armónico de corriente presente en la entrada del sistema trifásico, tomando en cuenta que el grupo de armónicos de secuencia homopolar no esta presente en el sistema, debido a que no existe retorno por neutro, por lo cual solo se compensan los grupos de armónicos de secuencia inversa.

Por otro lado, se propone el control del filtro mediante la técnica de modulación vectorial (SVPWM) mostrando todos los beneficios de la misma en cuanto a versatilidad, menor Distorsión Armónica Total (THD: Total Harmonic Distorsion), menores pérdidas por conmutación, entre otras; teniendo como referencia a la técnica de control de Modulación por Ancho de Pulso (PWM). Ambas técnicas de control son válidas para este tipo de filtros sin embargo sus aplicaciones presentan ventajas y desventajas entre si. La primera de ellas maneja al sistema trifásico como un conjunto, mientras que la segunda controla cada una de las fases de manera independiente. Ambas técnicas se describen detalladamente en el presente trabajo.

La Teoría de la Potencia Reactiva se utiliza para el cálculo de las corrientes de referencia dentro de ambas técnicas de modulación (PWM y SVPWM). El empleo de esta teoría implica la eliminación de las componentes de corriente directa (DC) de las formas de onda sensadas, teniendo como resultado la obtención de todos los componentes de corriente alterna que forman los armónicos y que causan las distorsiones de las formas de onda y el bajo Factor de Potencia. La aplicación de esta técnica permite compensar solamente los componentes nocivos dentro del sistema, manteniendo constante la potencia útil que se entrega a la carga.

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Manzano Jiménez, E. O. 2007. Simulación de un Filtro Activo Trifásico para la correción del Factor de Potencia. Tesis Licenciatura. Ingeniería en Electrónica y Comunicaciones. Departamento de Computación, Electrónica y Mecatrónica, Escuela de Ingeniería y Ciencias, Universidad de las Américas Puebla. Mayo. Derechos Reservados © 2007.