Las cargas no lineales —variadores de velocidad, rectificadores, SAI, máquinas de soldadura, fuentes conmutadas— consumen corriente en pulsos e inyectan frecuencias armónicas en la barra. Si no se controla, esta distorsión sobrecalienta transformadores y cables, estresa la aparamenta y acorta la vida útil de los equipos. Existen dos grandes familias de soluciones: los filtros pasivos (LC sintonizados) y los Filtros Armónicos Activos (AHF). No son intercambiables, y la elección correcta depende directamente del perfil de la carga.
La causa raíz: por qué aparecen los armónicos
En una red de baja tensión sana (≤ 1 kV aprox.), la corriente de carga es una onda sinusoidal limpia a la frecuencia fundamental. Las cargas no lineales conmutan por pasos y generan armónicos característicos. Por ejemplo, un frontal de 6 pulsos produce armónicos n = 6k ± 1 (5.º, 7.º, 11.º, 13.º…). Sin mitigación, el THDi suele situarse entre el 8 % y el 30 %, muy por encima del límite de IEEE 519 de < 5 % en baja tensión (< 3 % por armónico individual). A medida que más variadores y electrónica de potencia comparten la misma barra, ese espectro varía de forma continua a lo largo del día.
Filtros armónicos pasivos: fijos y sintonizados
Un filtro pasivo utiliza condensadores, reactancias y resistencias para formar una red LC sintonizada a órdenes armónicos específicos. Funciona ofreciendo una trayectoria de baja impedancia a las frecuencias objetivo. Cuando la carga es estable y el espectro predecible, su ventaja es la simplicidad y el bajo coste.
Pero sus limitaciones son estructurales:
- Sintonía fija: solo trata los órdenes armónicos para los que fue diseñado
- Riesgo de resonancia: la resonancia LC puede amplificar la distorsión
- No sigue la carga: no puede seguir una barra cuyo contenido armónico fluctúa
Filtros armónicos activos: dinámicos y de banda ancha
Un AHF de baja tensión mide la corriente de carga mediante TC, aísla las componentes armónicas e inyecta una corriente de igual amplitud y fase opuesta: ic* = iL − is (fundamental). Cancela cualquier orden armónico que aparezca, cubriendo un amplio rango (normalmente del 2.º al 50.º) en tiempo real con un tiempo de respuesta < 1 ms. Sigue la barra mientras los variadores aceleran y desaceleran, gestiona fuentes mixtas y evita por completo las trampas de resonancia.
La elección depende de la carga
Elija pasivo cuando la carga sea estable, los órdenes armónicos estén bien definidos y no se requiera seguimiento dinámico. Elija AHF cuando la carga sea variable (varios variadores, fuentes no lineales mixtas), cuando deba evitarse la resonancia, o cuando un único equipo deba cubrir múltiples órdenes armónicos.
En la mayoría de las barras de baja tensión modernas —fábricas, plantas de tratamiento de agua, centros de datos, edificios comerciales— las cargas ya no son lo bastante simples como para resolverse solo con soluciones fijas. Cuando conviven una gran carga base con fuentes armónicas fluctuantes, suele adoptarse un enfoque híbrido (pasivo como base + AHF para el ajuste fino).
El núcleo del convertidor: IGBT frente a SiC
El rendimiento de un AHF está limitado por sus conmutadores de potencia. Los IGBT estándar tienen una temperatura de unión nominal de unos 150 °C y frecuencias de conmutación normalmente inferiores a 20 kHz; las pérdidas de conmutación aumentan con la frecuencia, lo que limita la velocidad de seguimiento. Los MOSFET de SiC elevan ese techo: el carburo de silicio es un dispositivo de banda prohibida ancha (3,26 eV de banda prohibida, frente a 1,12 eV del silicio), tolera unos 200 °C, alcanza frecuencias de conmutación de 2 a 3 veces las del IGBT y reduce las pérdidas de conmutación en torno al 50 %. Esto se traduce en una mejora de eficiencia del 1 % al 3 % y en una supresión de armónicos más precisa. La plataforma de AHF de baja tensión de CHITEK se construye precisamente sobre esta evolución de IGBT a SiC.
Conclusión
Los filtros pasivos tienen su lugar en cargas estables y predecibles; los filtros activos brillan en cargas dinámicas y no lineales. La elección equivocada —un filtro fijo en una barra de variadores fluctuante— arriesga la resonancia y el fallo de seguimiento. Mida primero la barra real y después haga coincidir el equipo con la carga.
¿Qué tecnología de filtrado es la adecuada para su barra? Contacte con CHITEK para una evaluación de armónicos y obtenga una recomendación de selección basada en datos.