Los armónicos son corrientes y tensiones en múltiplos enteros de la fundamental de 50 o 60 Hz, superpuestas sobre la onda senoidal ideal que espera su equipo. En una barra de baja tensión (BT) moderna no son un caso límite, sino la condición por defecto — generada por el propio equipo que define una planta contemporánea: variadores de frecuencia, rectificadores, sistemas UPS, iluminación LED e inversores fotovoltaicos. Sin control, erosionan la eficiencia, envejecen los equipos y llevan la instalación más allá de IEEE 519. Este artículo explica qué son los armónicos, de dónde vienen y cómo un filtro armónico activo (AHF) de baja tensión los cancela.
De dónde vienen los armónicos
Un armónico es simplemente una frecuencia en un múltiplo entero de la fundamental. Una carga no lineal absorbe una corriente no proporcional a la tensión aplicada, por lo que su forma de onda se distorsiona — y el análisis de Fourier resuelve esa distorsión en la fundamental más una serie de armónicos.
La fuente clásica es el rectificador de seis pulsos — la entrada de la mayoría de VFD y UPS. Absorbe corriente en bloques discretos, generando los órdenes característicos n = 6k ± 1: el 5.º, 7.º, 11.º y 13.º. Sin tratamiento, la distorsión total de demanda (THDi) en la carga suele situarse entre 8% y 30% — muy por encima de la recomendación de IEEE 519 de THDi < 5% en el punto de acoplamiento común (PCC).
Por qué los armónicos son una amenaza
- Sobrecalentamiento — la corriente armónica eleva las pérdidas en cobre con el cuadrado de la corriente RMS y las pérdidas en núcleo con los armónicos de flujo, por lo que transformadores y motores trabajan más calientes de lo que supone su placa.
- Disparos intempestivos y estrés de interruptores — la corriente RMS extra empuja los dispositivos de protección hacia la operación.
- Sobrecarga del neutro — los armónicos triplen (3.º, 9.º, 15.º) se suman en el neutro de un sistema de cuatro hilos y pueden superar la corriente de fase.
- Mal funcionamiento de cargas sensibles — PLC, sensores y servidores leen mal una barra distorsionada.
- Cumplimiento y coste — supere IEEE 519 y la compañía eléctrica puede imponer penalizaciones o negar la conexión.
Por qué un AHF y no un filtro fijo
Una trampa LC pasiva está sintonizada a órdenes fijos y simplemente permanece ahí. En una barra cuya carga cambia cada minuto, un filtro fijo no puede seguir la carga — y su capacitancia en derivación puede resonar con la impedancia de red y amplificar otros armónicos.
Un filtro armónico activo funciona al revés: monitoriza la carga de forma continua e inyecta una corriente de contrafase que cancela la distorsión en la fuente.
La ley de compensación
i_c* = i_L − i_s(fundamental)
Sintetizada por un puente que conmuta a 15–20 kHz, esa corrección sigue la carga en < 1 ms y reduce el THDi de 30%+ a < 5% en los órdenes 5.º a 25.º a la vez — siguiendo la carga mientras varía. También suministra corriente reactiva y ayuda a equilibrar las fases.
IGBT frente a SiC: el techo térmico
La mayoría de los AHF de BT usan IGBT con una unión limitada cerca de 150 °C. Los MOSFET de SiC amplían la banda prohibida (3,26 eV frente a 1,12 eV), toleran 200 °C, conmutan a 2–3× la frecuencia y reducen las pérdidas de conmutación en torno al 50% — un armario más pequeño y fresco con margen para cancelar órdenes superiores. Esa es la dirección sobre la que está construida la plataforma AHF de BT de CHITEK.
Lista de despliegue ingenieril
- Mida en el PCC con un analizador de calidad de potencia durante un ciclo de trabajo completo.
- Instale el AHF en la fuente — en el alimentador que suministra al conjunto no lineal.
- Audite las baterías de condensadores en busca de resonancia antes de la puesta en servicio.
- Dimensione según la TDD medida referida a la demanda máxima.
- Deje un margen (15–25%) para variadores añadidos después.
Perfiles de aplicación típicos
- Plantas industriales — dominan los VFD; el AHF restaura < 5% y reduce el calentamiento del transformador.
- Centros de datos — los rectificadores UPS apilan el 5.º y 7.º; el AHF protege el uptime.
- Edificios comerciales — servidores, LED y variadores de HVAC; el AHF elimina el sobrecalentamiento del neutro.
Conclusión
Los armónicos provienen de las cargas no lineales que ya opera. Un AHF de baja tensión los cancela en la fuente — de forma medible, dentro de IEEE 519. Las plataformas AHF de BT de CHITEK se especifican con exactamente esta disciplina de «medir primero».
¿Qué THDi registra realmente su barra — y está por debajo del 5% en el PCC?