Un cargador de corriente continua se presenta a la red como una carga no lineal de gran tamaño. No consume corriente en proporción a la forma de onda de voltaje; cambia, rectifica y regula, y la corriente que tira tiene forma propia. Todo lo que sigue en este tema es consecuencia de esa forma.
El vocabulario que lo rodea es pequeño pero frecuentemente mal utilizado. La distorsión armónica total y la distorsión armónica total de la corriente son mediciones diferentes de distintas cosas. El factor de potencia tiene dos definiciones que dan números diferentes para el mismo equipo. Saber cuál es cuál convierte un elemento de hoja de datos en una especificación que realmente puedes verificar.
Por qué un rectificador extrae una corriente no sinusoidal
Un rectificador simple conduce solo cuando el voltaje entrante supera el voltaje en su lado DC. La corriente fluye en pulsos cortos alrededor de los picos de la forma de onda de suministro en lugar de ser suave a lo largo de todo el ciclo. Esos pulsos contienen la energía que necesita la carga, y también contienen frecuencias que son múltiplos de la frecuencia de suministro. Esos múltiplos son los armónicos.
Los cargadores modernos añaden una fase de corrección delante del rectificador. Modela la corriente de entrada para seguir la forma de onda de voltaje, lo que reduce sustancialmente los armónicos. Por eso el tema importa menos que en equipos antiguos y por eso sigue siendo relevante: la corrección es imperfecta y tiene que mantenerse en todo el rango de carga en lugar de solo en el punto de diseño.
Cuando la corrección se ejecuta mal o se anula a carga ligera, los armónicos regresan. Por tanto, un sitio que opera muchas unidades a baja salida puede mostrar una distorsión de corriente peor que el mismo sitio que opera menos unidades a alta potencia, lo cual es contraintuitivo y frecuentemente pasado por alto en la puesta en marcha.
THD y THDi no son el mismo número
Distorsión armónica total, escrita sin subíndice, suele referirse al voltaje. Describe hasta qué punto se ha alejado la forma de onda de voltaje de alimentación de un seno sinusoidal puro. La distorsión armónica total de la corriente, escrita con i, describe la forma de la corriente que extrae el equipo.
Ambos están relacionados pero no son intercambiables, y la relación depende de la impedancia de la fuente. Un cargador con alta distorsión de corriente conectado a una fuente rígida produce solo una pequeña distorsión de voltaje. El mismo cargador en una fuente débil, al final de un cable largo, produce uno mucho más grande. Por eso un producto puede alcanzar su cifra de distorsión de corriente y aun así causar un problema de voltaje en un sitio concreto.
La regla práctica es que la especificación del equipo describe lo que hace el equipo, y la encuesta del lugar describe lo que experimenta el lugar. Una cita que solo enumera uno de los dos números responde a la mitad de la pregunta.
Dos definiciones de factor de potencia
El factor de potencia es la potencia real dividida por la potencia aparente. Cuando tanto el voltaje como la corriente son sinusoidales, esa relación es igual al coseno del ángulo de fase entre ellos, y ambas definiciones coinciden. Cuando la corriente se distorsiona, diverje.
El factor de potencia desplazamiento solo considera los componentes fundamentales e ignora la distorsión. El factor de potencia verdadero, a veces llamado factor de potencia total, incluye la distorsión y, por tanto, es menor. Una unidad puede reportar un factor de potencia de desplazamiento muy cercano a la unidad mientras que su factor de potencia real es significativamente menor, y la diferencia la soportan corrientes armónicas que aún deben fluir a través de la fuente.
Esta distinción es importante tanto en el contador como en el transformador. Las facturas de la compañía eléctrica dependen del factor de potencia real, lo nombre así o no. Una hoja de especificaciones que cita el factor de potencia desplazamiento no es incorrecta, pero responde a una pregunta diferente a la que plantea el proyecto de ley.
Qué hacen los armónicos con transformadores y conductores neutros
Las corrientes armónicas producen pérdidas adicionales en un transformador más allá de las para las que fue diseñado. Las corrientes de Foucault en el núcleo y el efecto de piel en los devanados aumentan con la frecuencia, por lo que una corriente distorsionada calienta un transformador más que una corriente sinusoidal de la misma raíz cuadrática media. La consecuencia práctica es la reducción de la clasificación: un transformador que sirve una carga muy distorsionada no puede entregar su capacidad nominal sin exceder sus límites de temperatura.
El conductor neutro es el segundo problema y el más sorprendente. En un sistema trifásico equilibrado con cargas lineales, las corrientes fundamentales se cancelan en el neutro y apenas transporta nada. Los armónicos triples — la tercera, novena y decimoquinta — no se cancelan. Añaden el neutro, que puede acabar transportando más corriente de la que se esperaba que cualquier conductor monofásico soportara.
En un sitio de cargador rara vez esta es la restricción de enlace, porque los cargadores suelen ser cargas trifásicas con corrección efectiva. Cobra importancia cuando se instalan puntos de aire acondicionado monofásicos en cantidades en un panel de distribución compartida, que es exactamente lo que hacen los aparcamientos en oficinas y residenciales.
El tercer efecto está en la propia tensión de alimentación, y a través de ella en todo lo demás en el lugar. La distorsión del voltaje provoca un calentamiento adicional en los motores, puede alterar equipos sensibles y puede hacer que los relés de protección funcionen de forma inesperada. Es la razón por la que un inquilino vecino puede quejarse de una instalación de cargador que parece funcionar correctamente.
Cuando un sitio debería volver a medir
Una medición tomada en la puesta en marcha describe el sitio tal como fue construido. Cinco situaciones justifican coger otra.
Cuando se añaden cargadores, porque la distorsión del sitio escala con el número de rectificadores conectados. Cuando se cambia la alimentación, debido a que un transformador diferente o un cable más largo cambia la impedancia y, por tanto, la distorsión de tensión para la misma distorsión de corriente. Cuando otros equipos en el lugar empiezan a comportarse mal, porque ese es el síntoma que el edificio detecta primero. Cuando la compañía eléctrica plantea una pregunta en el punto de conexión, normalmente significa que se solicita una medición en lugar de ofrecerla. Y cuando el patrón de utilización de un sitio cambia, ya que la operación con carga ligera puede producir una distorsión diferente a la del caso de diseño.
La medición en sí tiene un requisito que a menudo se pasa por alto: debe tomarse con una carga conocida. Una lectura tomada con un cargador funcionando a baja potencia dice casi nada sobre el sitio en picos. El registro útil indica el número de unidades en sesión, su salida combinada y el punto en la instalación donde se conectó el instrumento.
Qué poner en una especificación
Tres detalles convierten una cifra de marketing en un requisito verificable.
Primero, indica el punto de carga. La distorsión y el factor de potencia varían con la salida, por lo que una cifra sin una carga declarada no es una especificación. Segundo, estipula a qué definición de factor de potencia se refiere, desplazamiento o verdadero. Tercero, indica si la figura de distorsión de corriente se mide en los terminales de una sola unidad o en el punto de conexión del sitio, porque son mediciones diferentes con valores distintos.
Los productos de esta clase suelen citar sus cifras a carga nominal, que es la condición bajo la que la etapa de corrección trabaja más duro y los números se ven mejor. Una unidad de corriente continua que indique un factor de potencia igual o superior a 0,99 y una distorsión de corriente al cinco por ciento o inferior a plena carga describe un diseño bien corregido; el 120 y 180 kW estaciones y el 480 kW hub host cita sus cifras a plena carga por ese motivo.
La pregunta que merece la pena añadir a una licitación es qué ocurre debajo de la carga completa. Una etapa de corrección que mantiene su rendimiento en toda la gama es un diseño diferente de uno que cumple con el número superior y se degrada debajo, y la diferencia se nota en lugares donde los vehículos pasan la mayor parte de la sesión con potencia parcial.
La cifra del equipo describe el equipo. El estudio del lugar describe el lugar. Un argumento sobre la calidad del poder que cita a uno como si fuera el otro es donde la mayoría de estas discusiones se descontrolan.
Para la mayoría de las instalaciones, nada de esto se convierte en un problema. Las etapas de corrección son efectivas, y un sitio bien diseñado con capacidad adecuada del transformador absorbe la distorsión residual sin dificultad. Las excepciones se concentran en tres lugares: grandes sitios con muchas unidades en un mismo transformador, sitios con una carga monofásica sustancial en placas compartidas, y sitios al final de una fuente larga o débil donde la impedancia amplifica lo que producen los cargadores.
Esos tres casos merecen ser identificados antes de que el diseño se arregle, porque las soluciones — un transformador más grande, filtrado activo, una distribución diferente — son todas más baratas de planificar que de adaptar. El protocolo de medición y las cifras a solicitar se resumen en la documentación técnica en la página download página.
¿Pedido que justifique la calidad de la energía en un punto de conexión?
Envía la potencia del transformador, el número de unidades previstas y la duración del ejecución. Cuál de los tres efectos es probable que se una se deduja de esos tres.
Haz una pregunta de especificación