ANÁLISIS DE DISTORSIÓN ARMÓNICA APLICADO A...
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ANÁLISIS DE DISTORSIÓN ARMÓNICA APLICADO A DOS TIPOS DE DRIVERS DIMERIZABLES PARA LUMINARIAS LED CÉSAR ANDRÉS RINCÓN TRIANA JAVIER ANDRÉS MUÑOZ ROMERO UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD TECNOLÓGICA TECNOLOGÍA EN ELECTRICIDAD BOGOTÁ D.C. 2017
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ANÁLISIS DE DISTORSIÓN ARMÓNICA APLICADO A DOS TIPOS DE DRIVERS
DIMERIZABLES PARA LUMINARIAS LED
CÉSAR ANDRÉS RINCÓN TRIANA
JAVIER ANDRÉS MUÑOZ ROMERO
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD TECNOLÓGICA
TECNOLOGÍA EN ELECTRICIDAD
BOGOTÁ D.C.
2017
ANÁLISIS DE DISTORSIÓN ARMÓNICA APLICADO A DOS TIPOS DE DRIVERS
DIMERIZABLES PARA LUMINARIAS LED
CÉSAR ANDRÉS RINCÓN TRIANA
JAVIER ANDRÉS MUÑOZ ROMERO
Proyecto de grado para obtener el Título de
Tecnólogo Eléctrico
Director
Ing. Luis Antonio Noguera Vega
Docente
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD TECNOLÓGICA
TECNOLOGÍA EN ELECTRICIDAD
BOGOTÁ D.C.
2017
Bogotá, abril de 2017
Nota de aceptación:
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Presidente del jurado
_________________________________
Jurado
_________________________________
Jurado
DEDICATORIA
A nuestras familias que han sido la fuente de apoyo e inspiración para culminar esta etapa de
aprendizaje, la obtención del título de Tecnólogo en Electricidad.
A la Universidad Distrital Francisco José de caldas por dar la oportunidad de hacer
posible este logro y con ella, al Ing, Luis Antonio Noguera, docente y director del proyecto, por
brindar su conocimiento y experiencia, además de la iniciativa del proyecto.
A los compañeros del grupo de proyecto, ya que gracias a su compromiso y entrega se
pudo culminar con éxito la presente tesis de grado.
AGRADECIMIENTOS
En primer lugar agradecemos a Dios por permitiros culminar este gran logro que nos llena de
orgullo a nosotros y a nuestras familias, gracias por darnos fuerza y apoyo en aquellos momentos
difíciles, superado con éxito los obstáculos que se os presentaron durante este recorrido.
El presente proyecto fue realizado gracias a las instalaciones de la Universidad Distrital
Francisco José de Caldas, Facultad Tecnológica, por ende queremos agradecer la oportunidad de
realizar esta investigación, la cual fue bajo la supervisión del Ing. Luis Antonio Noguera,
docente al cual queremos agradecer su paciencia, tiempo y dedicación empleados para el éxito
del proyecto.
A nuestra familia, la cual ha brindado todo el apoyo que se necesita en el desarrollo de
una carrera universitaria. Espero se sientan orgullosos.
A los compañeros, los cuales compartieron experiencias e hicieron que la culminación de
materias fuera con el mayor gusto.
A los docentes, que compartieron su conocimiento de la mejor forma posible, por su
tiempo y pasión por la actividad de educadores.
TABLA DE CONTENIDO
pág.
Abstract ........................................................................................................................................... 9
Resumen .......................................................................................................................................... 9
Introducción .................................................................................................................................. 10
Regulación por control de fase (TRIAC) ................................................................................. 10
Regulación por Modulación de Ancho de Pulso (PWM) ......................................................... 12
Distorsión Armónica ..................................................................................................................... 14
Normas ..................................................................................................................................... 14
Conceptos Generales y Requisitos Comunes para todos los tipos de Instrumentos ................ 20
Clases de precisión de la instrumentación. ............................................................................ 21
Métodos de cálculo de THD. ................................................................................................. 21
Metodología .................................................................................................................................. 21
Criterios Iniciales ..................................................................................................................... 23
Resultados y Análisis .................................................................................................................... 26
Comparación Equipos de Medida ............................................................................................ 26
Caracterización de Lámpara LED ............................................................................................ 28
Caracterización de Controladores ............................................................................................ 31
Controlador tipo TRIAC ........................................................................................................ 32
Controlador de regulación por PWM..................................................................................... 35
Comparación con Investigaciones Relacionadas ..................................................................... 37
Conclusiones ................................................................................................................................. 41
Bibliografía ................................................................................................................................... 43
LISTA DE FIGURAS
Pág.
Figura 1. Forma de onda de entrada por control de fase. b: Control directo. a: Control
inverso…………………………………………………………………………………………...11
Figura 2. Control de atenuación de LED por regulación Triac.................................................... 11
Figura 3.Control de atenuación de LED por PWM Fuente: Autoría Propia ................................. 12
Figura 4. Ilustración del ángulo de fase relativa y los parámetros de corriente descritos para
equipos clase C. .......................................................................................................................... 18
Figura 5. Diagrama de proceso para metodología aplicada. ......................................................... 23
Figura 7. Montajes Controlador PWM. ........................................................................................ 25
Figura 8.Montaje prueba DC lámpara LED. ............................................................................... 26
Figura 6. Montajes Controlador tipo TRIAC ................................................................................ 25
Figura 9. THDi vs Iluminancia. Controlador PWM con 3 luminarias en paralelo ....................... 27
Figura 10. THDi vs Iluminancia. Controlador tipo TRIAC con 3 luminarias en paralelo ........... 27
Figura 11. Iluminancia VS Corriente. Prueba DC en Lámpara LED ........................................... 29
Figura 12. Potencia disipada de los controladores ........................................................................ 30
Figura 13. Iluminancia VS Corriente. Comparación controladores tipo TRIAC y PWM ............ 31
Figura 14. THDi VS Iluminancia. Comparación controlador tipo TRIAC .................................. 32
Figura 15. THDi VS Corriente. Comparación controlador tipo TRIAC. ..................................... 33
Figura 16. THDi VS Iluminancia. Comparación controlador tipo PWM. .................................... 35
Figura 17. THDi VS Corriente. Comparación controlador tipo PWM. ........................................ 35
Figura 18. Forma de Onda capturada por osciloscopio. Corriente vs tiempo............................... 38
Figura 19. Reconstrucción de forma de Onda capturada por osciloscopio. Análisis con 10
armónicos. ..................................................................................................................................... 39
Figura 20.Reconstrucción de forma de Onda capturada por osciloscopio. Análisis con 40
armónicos. ..................................................................................................................................... 39
LISTA DE TABLAS
Pág.
Tabla 1. Límites para equipos Clase C. ........................................................................................ 18
Tabla 2. Límites para equipos Clase D.. ....................................................................................... 19
Tabla 3. Normas de los equipos de medida .................................................................................. 24
Tabla 4. Características técnicas Panel LED SYLVANIA ........................................................... 24
Tabla 5. Características técnicas controlador tipo PWM. ............................................................. 24
Tabla 6. Comparación distorsión armónica de controlador tipo TRIAC en configuración de 1
Lámpara con la norma IEC 61000-3-2. ........................................................................................ 34
Tabla 7. Comparación distorsión armónica de controlador tipo TRIAC en configuración de 3
lámáras con la norma IEC 61000-3-2. .......................................................................................... 34
Tabla 8. Comparación distorsión armónica de controlador PWM con la norma IEC 61000-3-2. 36
Tabla 9. Comparación distorsión armónica en punto de mayor THDi con norma IEC 61000-3-2,
control tipo PWM………………………………………………………………………………. 36
Tabla 10. Contenido armónico de Philips y Aira 3W con dos modos de atenuación.. ................. 37
Tabla 11. Contenido armónico de controladores tipo TRIAC y PWM.. ...................................... 37
Tabla 12. Valores de THDi y potencia de las lámparas. ............................................................... 40
Tabla 13. Valores de THDi y potencia de los controladores. ....................................................... 40
Tabla 14. Valores de Potencia y THDi. ........................................................................................ 40
Tabla 15.Valores de Potencia y THDi del controlador PWM con 3 lámparas en paralelo. ......... 41
9
Abstract
The purpose of this project is to identify the behavior of the attenuation controllers used for the
operation of LED lamps used in the commercial and residential sector. Through tests developed
in the laboratory and with measuring equipment that allow compliance with the IEC 61000
standard, a harmonic distortion analysis was applied to TRIAC and PWM type controllers,
comparing levels of illumination, THDi and current, in different configurations with Two
measuring equipment. The experimental results show that the TRIAC controller presents
harmonic distortion levels that do not comply with the parameters established by the standard, in
comparison to the PWM controller, which complies with the norm in most of the attenuation
levels. In addition, the existing normative and investigative state is identified, which at the
national level lacks technical and experimental bases for this type of technology. Finally, it was
observed that there are much more complex mathematical analysis methods which, applied to the
results offered by the oscilloscope, can generate a higher level of accuracy compared to the
quality analyzer.
Resumen
El propósito de este proyecto es identificar el comportamiento de los controladores de atenuación
empleados para el funcionamiento de lámparas LED usadas en el sector comercial y residencial.
Por medio de pruebas desarrolladas en el laboratorio y con equipos de medida que permiten dar
cumplimiento a la norma IEC 61000 se realizó un análisis de distorsión armónica aplicada a
controladores tipo TRIAC y PWM, comparando niveles de iluminación, THDi y corriente, en
diferentes configuraciones con dos equipos de medida. Los resultados experimentales muestran
que el controlador tipo TRIAC presenta niveles de distorsión armónica que no cumplen con los
parámetros establecidos por la norma, en comparación con el controlador tipo PWM, el cual
10
cumple con la norma en gran parte de los niveles de atenuación. Además se identificó el estado
normativo e investigativo existente, el cual a nivel nacional carece de bases técnicas y
experimentales para este tipo de tecnologías. Finalmente, se observó que existen métodos de
análisis matemático mucho más complejos los cuales, aplicados a resultados ofrecidos por el
osciloscopio, pueden generan un mayor nivel de exactitud comparado con el analizador de
calidad.
Introducción
Actualmente, las luminarias LED (Light Emitting Diode) están siendo usadas con mayor
frecuencia ya que, junto a las Lámparas Fluorescentes Compactas (CFL) han abastecido la
creciente demanda energética gracias a su bajo consumo, accesibilidad y costo económico. (S.
Uddin, Shareef, Mohamed, & Hannan, 2012). Se necesita un controlador AC/DC para su
funcionamiento, y en este caso, la atenuación de la luminaria. Los controladores más
implementados para la atenuación pueden ser análogos con modulación de ancho de pulso
(PWM) y también por medio de un controlador (driver y dimmer) convencional que emplea un
sistema conocido como regulación TRIAC, el cual pasa de corriente alterna a corriente continua
y necesita de un dimmer empleado para el recorte de fase.
Regulación por control de fase (TRIAC)
Es el controlador más utilizado en la iluminación residencial y comercial. Su funcionamiento se
basa en recorte de la onda AC, con un ángulo de regulación proporcional a la fase de la onda AC
donde ocurre el corte. El recorte de señal más común se puede apreciar en la Figura 1 b. El
control mide cada paso por cero de la señal AC, luego mantiene el periodo de retraso fijado para
activar el interruptor TRIAC y alimentar la salida. La señal de salida tendrá una fracción menos
cada medio periodo. El segundo tipo de control de fase, incluye un circuito para mantener el
11
corte simétrico (así el tiempo de corte t+ de la semionda positiva sea el mismo al instante de
corte t- de la semionda negativa). Un tercer tipo opera de forma inversa cortando la parte final de
la onda también denominado como control de fase inverso (Figura 1 a). (Roberto Rivera Sierra,
2014)
Figura 1. Forma de onda de entrada por control de fase. b: Control directo. a: Control
inverso. Por Universidad Politécnica de Catalunya. Fuente:
upcommons.upc.edu/bitstream/handle/2099.1/23024/Memoria.pdf?sequence=1&isAllowed=y
La manera más común de controlar el nivel de la iluminación del LED por medio de la
regulación por TRIAC se observa en la Figura 2, donde se aprecia que quien regula la atenuación
es el dimmer, el cual controla el recorte de fase del TRIAC.
Figura 2. Control de atenuación de LED por regulación Triac
Fuente: Autoría Propia
12
Regulación por Modulación de Ancho de Pulso (PWM)
En la regulación PWM (Figura 3) los LEDs son alimentados por corrientes pulsantes a altas
frecuencias en donde se varía el ancho de pulso entre la corriente directa nominal de la luminaria
(para el máximo brillo) y cero.
Figura 3.Control de atenuación de LED por PWM
Fuente: Autoría Propia
Los LEDs se encienden y apagan pero la frecuencia es lo suficientemente elevada para asegurar
que no sea perceptible a la vista y que esté fuera del rango audible para evitar problemas de
ruido (aproximadamente 200Hz). El control se lleva a cabo ajustando el ciclo de trabajo (duty
cicle) de la corriente inyectada a los LEDs. Entre más alto sea el ciclo de trabajo, mayor será el
brillo por la alta corriente media suministrada a los LEDs. (Roberto Rivera Sierra, 2014)
Los circuitos AC/DC que alimentan la luminaria se caracterizan por tener un
comportamiento no lineal que produce fluctuaciones en las ondas fundamentales de voltaje y
corriente, las cuales generan pérdidas de potencia a causa de la distorsión armónica. (Sarmiento
& Molano, 2004).
13
A nivel mundial, los estudios de calidad de potencia para luminarias LED dimerizables
están enfocados en el sector residencial de baja potencia (menor a 10W). El mercado de
iluminación en Colombia cuenta principalmente con las siguientes tecnologías:
Las bombillas CFL siguen liderando el mercado.
Las luminarias LED más comercializadas son las aplicadas al sector residencial E27, las
cuales se pueden adquirir fácilmente con control de atenuación de luz.
Para las edificaciones no residenciales la iluminación LED se está imponiendo con tendencias en
el control de iluminación de acuerdo a la intensidad lumínica necesaria, y teniendo en cuenta que
los sistemas de control para la dimerización más usados a nivel nacional son por PWM y
regulación TRIAC, las cuales poseen diferencias en cuanto a costos e implementación. En
Colombia, estas tecnologías no cuentan con estudios suficientes para evaluar los impactos por
distorsión armónica que estas generan y que pueden clasificarse e implementarse de acuerdo a la
norma IEC 61000–3-2. Con base en esto se desarrolló un estudio para determinar cómo es la
contaminación armónica presentada por estos controles, las ventajas y desventajas presentadas de
acuerdo a la distorsión armónica que generan.
El estudio se basa en una metodología que describe el procedimiento para obtener los
resultados y comparaciones, las cuales tienen referencia a caracterizaciones de los componentes
del equipo de iluminación que se quiere analizar, posterior a esto, se hará una comparación en el
ámbito normativo, la cual pretende evaluar el estado de aplicación de esta tecnología con
estudios relacionados.
14
Distorsión Armónica
Teniendo en cuenta los requisitos para el control armónico en Sistemas de Energía Eléctrica, la
norma IEEE Std 519-2014. “IEEE Recommended Practice and Requirements for Harmonic
Control in Electric Power Systems - Redline”, (2014) afirma:
Armónico (componente): Componente de orden superior a una de las series de Fourier de
una cantidad periódica. Por ejemplo, en un sistema de 60 Hz, el orden armónico 3, también
conocido como el “tercer armónico”, es 180 Hz. (p. 21).
Distorsión Armónica Total (THD): La relación entre el cuadrado medio de la raíz del
contenido armónico, considerando los componentes armónicos hasta el 50º orden y excluyendo
específicamente las interarmónicas, expresado como un porcentaje del fundamental. Los
componentes armónicos de orden superior a 50 pueden ser incluidos cuando sea necesario. (p.
29)
Los elementos electrónicos aplicados a cargas con funcionamiento por corriente continua, por
medio del cual rectifican la señal de entrada de corriente alterna a una frecuencia de 60 Hz,
hacen que el circuito no lineal presente una distorsión de la forma de onda sinusoidal ideal. Uno
de los principales tipos de distorsión son los armónicos, los cuales tienen una frecuencia que es
múltiplo entero de la frecuencia fundamental (60 Hz) y que combinada con componentes de
diferentes frecuencias, generan distorsión de la forma de onda. (Norma Técnica Colombiana,
2013)
Normas
Debido a la propagación de cargas no lineales conectadas a la red eléctrica, las cuales tienen un
creciente uso en circuitos con un sinfín de aplicaciones, generando distorsión armónica.
15
(Sarmiento, 2001) Afirma que es de gran importancia determinar el grado máximo de influencia
en la red por parte de los equipos que a ella se conectan, y los niveles de compatibilidad
electromagnética mínimos que estos deben soportar para una adecuada operación, ya que traen
un efecto altamente nocivo en la calidad de la potencia.
Debido a esto el presente estudio basará sus resultados en una comparación respecto a las
normas IEC 61000, las cuales tienen una estructura basada en la compatibilidad electromagnética
(EMC) que para el caso de estudio serán las partes 3-2 Límites y 4-7 Técnicas de ensayo y
medición.
Como es de aclarar, el estudio basa su comparación en el THDi. La norma IEC 61000-3-2
especifica los límites permitidos de corrientes armónicas inyectadas en el sistema de suministro
público por parte de aparatos eléctricos y electrónicos que tienen un consumo menor o igual a 16
A por fase en un sistema de BT. Para sistemas con tensiones nominales inferiores a 220 V (Línea
a neutro) los límites todavía no han sido considerados, a pesar de ello se tomarán los parámetros
establecidos por la norma que estén bajo la capacidad del estudio, dejando claro que en Colombia
la red de suministro eléctrico monofásico es de 120 V.
Para efectos de uso en la norma, se aclara que para la medición de armónicos se alimentaron
los circuitos con una fuente que cumple con los anexos A y B. Además, se toma referencia a las
definiciones dadas por la norma, identificando el circuito objeto de estudio como Equipo de
Iluminación. “International Electrotechnical Commission (IEC)”(2014), define como:
Equipos con una función primaria de generación y / o regulación y / o distribución de
radiación óptica por medio de lámparas incandescentes, lámparas de descarga o LED. Se
incluyen:
Lámparas y luminarias;
16
La parte de iluminación de los equipos multifunción en los que una de las funciones
primarias de este es la iluminación;
Balastos independientes para lámparas de descarga y transformadores
independientes de lámparas incandescentes;
Equipos de radiación ultravioleta (UV) e infrarrojos (IR);
Letreros publicitarios iluminados
Atenuadores para lámparas distintas de las incandescentes.
Por lo anterior y con el fin de limitar la corriente armónica, el equipo (Luminaria) objeto de
estudio del presente proyecto es Clase C, dentro de las definiciones dadas por la norma. Los
límites de este tipo de carga, se describen en el apartado 7.3 de la misma “International
Electrotechnical Commission (IEC)”(2014), de la cual se presentan los ítems que aplican para el
análisis:
Potencia de entrada activa >25W
Para los equipos de iluminación que tengan una potencia de entrada activa
superior a 25W, las corrientes armónicas no deberán exceder los límites relativos
dados en la Tabla 1.
Para equipos de iluminación de descarga con atenuadores incorporados o que
se componen de dimmers o atenuadores independientes construidos en un recinto, se
aplicarán las siguientes condiciones:
o Los valores de corriente armónica para la condición de carga máxima derivada de los
límites porcentuales indicados en la Tabla 1;
o En cualquier posición de regulación, la corriente armónica no deberá exceder el valor
de corriente permitido en la condición de carga máxima;
17
o El equipo deberá ensayarse de acuerdo con las condiciones indicadas en la cláusula C.5
de la norma.
Potencia de entrada activa ≤ 25 W
Los equipos de iluminación de descarga con una potencia de entrada activa
inferior o igual a 25 W cumplirán con uno de los dos conjuntos de requisitos
siguientes:
o Las corrientes armónicas no excederán los límites de potencia de la columna 2 de la
Tabla 2, o:
o La corriente del tercer armónico, expresada como porcentaje de la corriente
fundamental, no excederá el 86% y la corriente del quinto armónico no excederá del
61%. Además, la forma de onda de corriente de entrada debe ser tal que alcance el
umbral de corriente de 5% antes o a 60°, tenga su valor máximo antes o a 65° y no
caiga por debajo del umbral de corriente del 5% antes de 90°, cualquier cruce a cero
de la tensión de alimentación fundamental. El umbral de corriente es del 5% del valor
pico absoluto más alto que se produce en la ventana de medición, y las mediciones de
ángulo de fase se realizan en el ciclo que incluye este valor de pico absoluto, como en
la Figura 4.
Si el equipo de iluminación de descarga tiene un dispositivo de regulación
incorporado, la medición se realiza únicamente en condiciones de plena carga.
18
Figura 4. Ilustración del ángulo de fase relativa y los parámetros de corriente descritos para
equipos clase C. Nota. Recuperado de International ElectrotechnicalCommision IEC. Copyright
2014por BR Demo by Thomson Reuters (Scientific), Inc.
Tabla 1. Límites para equipos Clase C.
Nota. Recuperado de International ElectrotechnicalCommision IEC. Copyright 2014por BR
Demo by Thomson Reuters (Scientific), Inc.
19
Tabla 2. Límites para equipos Clase D.
Nota. Recuperado de International ElectrotechnicalCommision IEC. Copyright 2014por BR
Demo by Thomson Reuters (Scientific), Inc.
La norma IEC 61000-4-7 establece las técnicas generales de ensayo y de medida de armónicos e
interarmónicos, así como a los aparatos de medida, aplicable a las redes de suministro y a los
aparatos conectados a éstas. Esta parte de la norma IEC 61000 se aplica a toda la
instrumentación destinada a la medida de las componentes espectrales en el margen de
frecuencia de hasta 9kHz que generan distorsión a la señal de tensión y corriente de la redes de
distribución de 50Hz y 60 Hz.
Dentro del análisis desarrollado se encontró la tasa de distorsión armónica total THD
(THDY) la cual se encarga de representar la relación entre el valor eficaz de la suma de todas las
componentes armónicas (YH,h) hasta un límite definido (hmax) y el valor eficaz de la componente
fundamental (YH,1):
𝑇𝐻𝐷𝑌 = √ ∑ (𝑌𝐻,ℎ
𝑌𝐻,1)
2ℎ 𝑚𝑎𝑥
ℎ=2
Ecuación 1. Nota. Recuperado de International Electrotechnical Commision IEC. Copyright
2014por BR Demo by Thomson Reuters (Scientific), Inc.
20
Donde Y representa el valor eficaz de la componente armónica, para el cálculo del THD de
corriente se sustituye por I y para el cálculo del THD de tensión se sustituye por V. Para Hmax se
usara un valor igual a 40 a menos que sea definido otro valor por la norma donde relacione los
límites como la IEC 61000-3-2.
Conceptos Generales y Requisitos Comunes para todos los tipos de Instrumentos
Siguiendo la norma IEC61000-4-7, se tendrán en cuenta los instrumentos para los siguientes
tipos de medidas:
1. Medida de emisión armónica
2. Medida de emisión interarmónica
3. Medidas por encima del margen de frecuencia armónica, de hasta 9kHz
De manera rigurosa, las medidas de armónicos solo se realizaran sobre una señal de régimen
permanente, para las señales fluctuantes (señales que varían a lo largo del tiempo) no se puede
realizar un análisis de manera correcta solo por sus armónicos. Así las cosas, para obtener
resultados comparables entre sí, se debe indicar un procedimiento simplificado y reproducible
para las señales fluctuantes.
21
Clases de precisión de la instrumentación. Según los requisitos para su aplicación, se
tienen dos clases de precisión (I y II), para el uso de instrumentos simples y de bajo costo. Para
los ensayos de emisión, si las emisiones se acercan a los valores limites, se requiere la clase I
superior, la descripción de las clases se encuentran en la Tabla 1 de la norma IEC61000-4-7.
Métodos de cálculo de THD. Esta norma aprueba métodos de cálculo de THD como la
transformada discreta de Fourier, la transformada rápida de Fourier, baterías de filtros (digitales)
e incluso el análisis ondulatorio.
Además, y en especial para los instrumentos de bajo costo, se puede considerar un límite
temporal más corto, que dure solo un periodo. Sin embargo, no se deben utilizar estos equipos
para la evaluación de la conformidad de las señales no estacionarias con los límites de emisión,
ya que estas señales no pueden evaluarse de esta manera.
Las características técnicas de los equipos que se basan en otro principio de análisis
deben establecer el margen de incertidumbre ocasionado por diversos factores, incluyendo las
características no estacionarias de la señal, el fenómeno anti-alisado y la pérdida de sincronismo.
Metodología
Se ejecutaron tres etapas para el desarrollo del proyecto, descritas en la Figura 5. La primera de
ellas se basó en la investigación acerca de los tipos de controladores para luminarias LED
dimerizables y sus aplicaciones en edificaciones no residenciales, el mercado y la demanda
nacional de este tipo de tecnologías. En la segunda etapa se realizó un rastreo del estado del arte
y normativo con el que cuenta este tipo de tecnología, encontrando como referencia principal la
norma IEC 61000 partes 3-2 y 4-7, y varios estudios que ayudaron al cumplimiento de los
objetivos planteados. A partir de la norma y con la disponibilidad del laboratorio de electricidad
de la Universidad Distrital FJC-FT se seleccionaron los equipos con los que se desarrolló el
22
proyecto. A partir de esto se seleccionaron dos tipos de controles (PWM y Regulación TRIAC),
los cuales se trabajaran con luminarias de 12 W
Por último se desarrollan los estudios y pruebas de laboratorio con configuraciones dadas
como criterios iniciales para cada controlador, analizando el comportamiento del THDi,
obteniendo los respetivos resultados con los cuales se realizó la comparación con la norma y
otros estudios realizados.
INICIO
ESTADO NORMATIVO VIGENTE
PARA DISTORSIÓN ARMÓNICA
IEEE Std 519-2014IEC 61000 Compatibilidad
Electromagnética
IEC 61000-4-7 Técnicas
de ensayo y medidaIEC 61000-3-2 Límites
Consulta y selección de equipos disponibles en el
laboratorio de electricidad
REVISIÓN DE ESTUDIOS RELACIONADOS
REALIZADOS A NIVEL NACIONAL E
INTERNACIONAL
Evaluación de resultados y
conclusiones de los documentos
TIPOS DE SISTEMAS DISPONIBLES
PARA CONTROL DE LA
ILUMINACIÓN LED
1
23
Estado mercado y demanda nacional de
tecnologías
Selección de luminarias y
controladores
Configuración y caracterización equipo de
iluminación seleccionado
Control por regulación
TRIAC
Control por regulación
TRIAC
ANÁLISIS Y DESARROLLO
EXPERIMENTAL
ResultadosComparación de
controladores
Comparación frente a
otros estudios
Comparación de equipos de
medida
CONCLUSIONES
FIN
1
Figura 5. Diagrama de proceso para metodología aplicada.
Fuente: Elaboración propia
Criterios Iniciales
Este tipo de investigación cuantitativa se realizó a partir de los montajes, equipos de iluminación
y de medida descritos a continuación:
24
EQUIPO NORMA
ANALIZADOR DE CALIDAD DE
POTENCIA Y ENERGÍA - FLUKE 435
SERIE II
Métodos de
medida utilizados
IEC 61000-4-30
edición clase A
Armónicos IEC 61000-4-7
PINZA AMPERIMÉTRICA FLUKE i310s EN 61010
LUXÓMETRO DIGITAL MODELO
HD450 EXTECH INSTRUMENTS
No aplica
OSCILOSCOPIO TEKTRONIX TBS1202B-
EDU
Armónicos IEC 61000-3-
2:A1/A2
SONDA OSCILOSCOPIO TOO0201 SERIE
10X
UL 61010-031
IEC 61010-031 /A1
Tabla 3. Normas de los equipos de medida
Fuente: Elaboración propia
Panel LED 12 W SYLAVANIA
Potencia 12w
Tipo LED
Temperatura del color 6500 K
Protección IP 20
Tensión 85 V- 265V
Flujo luminoso 700 lm
Tabla 4. Características técnicas Panel LED SYLVANIA.
Fuente: www.sylvaniacolombia.com/LiteratureRetrieve.aspx?ID=234077
Tabla 5. Características técnicas controlador tipo PWM. Fuente: assets2.osram-
americas.com/im/img/us-dam-62139
DRIVER OPTOTRONIC OT40W OSRAM SYLVANIA
ESPECIFICACIONES ELÉCTRICAS
ENTRADAS
Tensión (VAC) 120V-277V (± 10%)
120V 277V
Corriente (A) 0,42 0,17
THDi carga máxima <10% <20%
SALIDAS
Corriente (mA) 400-1400mA
Tensión (VDC) 10-55VDC
Potencia (W) 40W
ATENUACIÓN
Control 0 - 10V
Tipo Análogo, PWM
25
Para los siguientes montajes se utilizó una fuente, la cual aporta una señal sinusoidal pura libre
de contenido armónico (UPS):
Figura 7. Montajes Controlador PWM.
Fuente: Elaboración propia
Figura 6. Montajes Controlador tipo TRIAC
Fuente: Elaboración propia
26
Figura 8.Montaje prueba DC lámpara LED.
Fuente: Elaboración propia
Resultados y Análisis
Se realizaron una serie de pruebas con base en los montajes, configuraciones y equipos de
medida descritos en la metodología, donde se obtuvieron valores y datos que permitieron realizar
un análisis de distorsión armónica para cada equipo de iluminación LED y posterior a eso
respectivas comparaciones que permiten obtener resultados sustanciales.
Comparación Equipos de Medida
Se realizó la comparación entre el Analizador de Calidad de Potencia y Energía - FLUKE 435
SERIE II y el Osciloscopio TEKTRONIX TBS1202B-EDU para el análisis de THDi de los
controladores a evaluar donde se observó que la diferencia entre los dos datos no es significativa
como se aprecia en las siguientes graficas:
27
Figura 9. THDi vs Iluminancia. Controlador PWM con 3 luminarias en paralelo.
Fuente: Elaboración propia
Figura 10. THDi vs Iluminancia. Controlador tipo TRIAC con 3 luminarias en paralelo.
Fuente: Elaboración propia
En el osciloscopio, el cálculo del THDi se desarrolló aplicando la Serie Trigonométrica de
Fourier donde se utilizó el método de integración numérica de la regla del trapecio teniendo en
cuenta que el margen de error es bastante bajo en comparación a otros métodos de integración.
Además, se consideraron ∆t diferentes, con el fin de encontrar el número de datos para el cual la
4%
6%
8%
10%
12%
14%
16%
18%
20%
22%
24%
200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
TH
Di
Iluminancia [lux]
Prueba Osciloscopio Prueba Analizador
100%
150%
200%
250%
300%
350%
400%
450%
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
TH
DI
Iluminancia [lux]
Prueba Osciloscopio Prueba Analizador
28
diferencia entre las mediciones y los cálculos matemáticos fuera la mínima posible. (Rafael
Felipe Forero Diaz & José Luis Rodriguez Ladino, 2015)
Finalmente, se compararon los valores de THDi calculados a partir de la serie, con los
obtenidos en las mediciones realizadas con el Analizador de calidad de energía.
Se calculó del error relativo de la medición realizada con el osciloscopio (Valor medido
Vm) y el valor registrado por el analizador de calidad (Valor verdadero Vv) a partir de la siguiente
ecuación. (Rafael Felipe Forero Diaz & José Luis Rodriguez Ladino, 2015)
𝐸𝑟 =𝑉𝑚 − 𝑉𝑣
𝑉𝑣∗ 100%
Ecuación 2. Calculo del error relativo. Recuperada de: Tesis Universidad Distrital Francisco
José de Caldas, (Rafael Felipe Forero Diaz & José Luis Rodriguez Ladino, 2015).
El resultado obtenido al calcular el error entre mediciones es inferior al 5% lo que demuestra que
tanto osciloscopio como el método de integración numérica utilizado cumple los requisitos
establecidos por la norma, además se observa que el osciloscopio genera una mayor captura de
datos lo cual supone una mayor precisión al momento de realizar el análisis de distorsión
armónica siempre y cuando se utilice un método de integración numérica y un ∆t que permitan el
cumplimiento de la norma al momento de realizar el análisis. Para efectos de esta investigación
se desarrollara el análisis del THDi de los controladores únicamente con el analizador de calidad
FLUKE 435 Serie II.
Caracterización de Lámpara LED
Se realizó un ensayo a las lámparas LED con una fuente variable de corriente continua, en la que
se tomaron valores de corriente, tensión e iluminancia. Se hace esto con el fin de poder
parametrizar las potencias de los controladores.
29
Figura 11. Iluminancia VS Corriente. Prueba DC en Lámpara LED.
Fuente: Elaboración propia
En la Figura 11 se puede observar el comportamiento de la lámpara LED sin algún otro elemento
de control, estos valores fueron aprovechados para calcular los valores de potencia disipada por
los controladores en las pruebas posteriormente descritas, además se obtuvo el valor de
iluminancia a potencia nominal, el cual se puede visualizar en la Figura 11 como 2221 LUX a
311,5mA. Para dar relación de la potencia consumida por los equipos de atenuación, se realizó
una breve diferencia de la potencia consumida por las lámparas en la prueba DC (Figura 8) y la
potencia total consumida por todo el equipo de iluminación (montajes Figura 7 y Figura 6). Con
esta diferencia se calcula la potencia de los controladores, como se observa en la siguiente figura:
311,5 ; 2221
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
0,0 100,0 200,0 300,0 400,0 500,0
Ilum
inan
cia
[LU
X]
Corriente DC [mA]
1 Lámpara LED
30
Figura 12. Potencia disipada de los controladores.
Fuente: Elaboración propia
En la Figura 12 se puede ver la tendencia de la potencia que tienen los controladores en cada
montaje realizado para este estudio, estas mediciones sólo se tiene en cuenta para dar a conocer
que el controlador tiene un consumo de potencia significativo. Hay que tener en cuenta que el
controlador tipo PWM es de una potencia mayor a la luminaria, ya que comercialmente es el
único que se obtuvo con mayor facilidad en el mercado nacional.
Para cada controlador se tomaron datos basados en la intensidad luminosa que generaba(n)
la(s) lámpara(s) alimentada(s) al respectivo controlador, así como la corriente que consume cada
uno de estos desde la fuente. Se dieron distintos rangos en las respectivas pruebas, donde se pudo
hacer un rastreo de datos que permitió ver la tendencia de comportamiento de cada uno de los
montajes.
Las variables a considerar por el instrumento de medición Fluke 435 serie II fueron:
corriente, tensión, potencia activa, frecuencia, componentes armónicas de corriente y THDi. Las
cuales se tomaron en un rango de tiempo para cada intervalo de 10 segundos.
4,01 0,80 0,5
14,11
0,21 0,200
2
4
6
8
10
12
14
16
1 Lámpara 2 Lámparas 3 Lámparas
Pote
nci
a (
W)
Controlador TRIAC
Controlador PWM
31
Caracterización de Controladores
Figura 13. Iluminancia VS Corriente. Comparación controladores tipo TRIAC y PWM.
Fuente: Elaboración propia
En la Figura 13 se puede ver el comportamiento de cada sistema de iluminación, cabe aclarar que
la iluminancia que se tomó es el promedio de las respectivas lámparas tomando como base el
total de iluminación que proporciona el atenuador al sistema. Claramente se observa la diferencia
que tienen los sistemas y configuraciones implementadas, los principales resultados con base a
esta gráfica son los siguientes:
Por un lado se tienen las tres configuraciones en el sistema tipo TRIAC, donde se puede
identificar que después de un punto la iluminación se mantiene casi constante, pero la
corriente sigue aumentando a pesar de que la intensidad luminosa es muy baja en
comparación al valor de iluminancia nominal obtenido en la prueba con fuente DC, por lo
tanto no se podría decir que se saturan los LED, por el contrario, el controlador no es capaz
de entregar más potencia a su salida.
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
0,0 100,0 200,0 300,0
Ilum
inan
cia
[LU
X]
Corriente [mA]
[1 Lámpara
TRIAC][2 Lámparas
TRIAC][3 Lámparas,
TRIAC] [1 Lámpara
PWM][2 Lámparas
PWM][3 Lámparas,
PWM]
32
El sistema de control por PWM tiene un comportamiento proporcional respecto a las dos
variables, y más cuando este se acerca a su potencia nominal, como se puede ver en la
curva de las tres lámparas, las cuales no llegan a su valor nominal de iluminación y su
consumo es menor respecto a las otras configuraciones. Por el contrario, cuando se tiene
una sola lámpara la corriente de consumo es mayor pero su nivel de iluminancia sobrepasa
el límite de su valor nominal, esto se debe a que la potencia nominal del controlador PWM
es aproximadamente 3 veces la potencia nominal de la lámpara.
La Figura 13 representa la base del análisis, ya que en ésta se pueden ver los valores e intervalos
relacionados en los siguientes resultados proporcionados por el FLUKE 435 serie II y Luxómetro
Extech:
Controlador tipo TRIAC
Figura 14. THDi VS Iluminancia. Comparación controlador tipo TRIAC.
Fuente: Elaboración propia
100
150
200
250
300
350
400
450
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
TH
Di
[%]
Iluminancia [LUX]
1 Lámpara, TRIAC
2 Lámparas, TRIAC
3 Lámparas, TRIAC
33
Figura 15. THDi VS Corriente. Comparación controlador tipo TRIAC.
Fuente: Elaboración propia
Como se puede ver en la Figura 14, se tienen las tres configuraciones, la iluminancia que se tomó
es el promedio de las respectivas lámparas, como se dedujo anteriormente. Se puede ver que el
controlador tipo TRIAC en los niveles más bajos de atenuación y en el punto de mayor
iluminancia genera mucha más distorsión armónica, por el contrario, cuando la lámpara emite de
1000 a 1300 [LUX], el THDi es el más bajo registrado en las pruebas, estos mismos puntos se
comportan con la misma proporción de corriente como se puede ver en la Figura 15, donde la
corriente aumenta en aproximadamente la misma proporción a medida que se agregan
luminarias.
En contraste con la norma IEC61000-3-2, en la columna 2 de la Tabla 2, cuando se analiza
una luminaria, la cual consume entre el dimmer, driver y lámpara máximo 6,67 W, se obtiene lo
siguiente:
100
150
200
250
300
350
400
450
500
0,0 100,0 200,0 300,0 400,0 500,0
TH
D I
[%
]
Corriente [mA]
[3 Lámparas, TRIAC] [2 Lámparas, TRIAC]
[1 Lámpara, TRIAC]
34
Orden
armónico
Corriente armónica
por vatio (mA/W)
Máxima corriente armónica por vatio
permisible (mA/W)
3 7,075 3,4
5 5,516 1,9
7 5,123 1
9 4,836 0,5
11 4,398 0,35
Tabla 6. Comparación distorsión armónica de controlador tipo TRIAC en configuración de 1
Lámpara con la norma IEC 61000-3-2. Fuente: Elaboración propia
La Tabla 6 se realizó con los valores obtenidos de la prueba con el nivel máximo de consumo al
tener una lámpara como carga, el THDi es de 291,06%.
En cuanto a la carga de tres lámparas el valor máximo de potencia es de 18,5 W, que en
comparación a la Tabla 1 de la norma se obtuvo:
Orden
armónico
Corriente
armónica [%]
Máxima corriente armónica permitida expresada
como un porcentaje de la corriente fundamental
[%]
2 92,068 2
3 73,239 9,18
5 62,979 10
7 51,630 7
9 52,730 5
Tabla 7. Comparación distorsión armónica de controlador tipo TRIAC en configuración de 3
lámáras con la norma IEC 61000-3-2. Fuente: Elaboración propia
35
Controlador de regulación por PWM
Figura 16. THDi VS Iluminancia. Comparación controlador tipo PWM.
Fuente: Elaboración propia
Figura 17. THDi VS Corriente. Comparación controlador tipo PWM.
Fuente: Elaboración propia
En la Figura 16, se aplican las mismas condiciones que en la Figura 14, como se puede ver el
valor máximo de THDi es de 22,97%, siendo la única variación significativa de este valor
cuando se alimentan tres lámparas del controlador, pero este mismo valor, en la Figura 17
representa aproximadamente la misma corriente al tener dos y una lámpara como carga.
5
10
15
20
25
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
TH
Di
[%]
Iluminancia [LUX]
[1 Lámpara, PWM] [2 Lámparas PWM]
[3 Lámparas PWM]
5
10
15
20
25
0,0 50,0 100,0 150,0 200,0 250,0 300,0
TH
Di
[%]
Corriente [mA]
[1 Lámpara, PWM] [2 Lámparas, PWM]
[3 Lámparas, PWM]
36
Este controlador hace que el consumo de corriente sea aproximadamente constante al
tener una, dos o tres lámparas conectadas, lo único que varía es el nivel lumínico total que
provee al sistema que esté conectado.
Teniendo en cuenta los datos obtenidos en las pruebas, se realizó una comparación de la
distorsión armónica con la norma IEC 61000-3-2 (Tabla 1). La carga máxima se encontró
cuando se conectó 1 lámpara (Figura 17) y se llevó al máximo de iluminancia.
Orden
armónico
Corriente
armónica [%]
Máxima corriente armónica permitida
expresada como un porcentaje de la
corriente fundamental [%]
2 0,337 2
3 7,379 30
5 0,614 10
7 0,694 7
9 0,893 5
Tabla 8. Comparación distorsión armónica de controlador PWM con la norma IEC 61000-3-2.
Fuente: Elaboración propia
La Tabla 8 muestra que según la norma el controlador cumple con los parámetros expuestos por
la misma. Se realizó otra comparación de distorsión armónica con el punto más alto de THDi
encontrado (22,97% para 3 lámparas en paralelo):
Orden
armónico
Corriente
armónica [%]
Máxima corriente armónica
permitida expresada como un
porcentaje de la corriente
fundamental [%]
2 0,769 2
3 17,097 27
5 4,558 10
7 6,934 7
9 7,799 5
11 4,015 3
Tabla 9. Comparación distorsión armónica en punto de mayor THDi con norma IEC 61000-3-2,
control tipo PWM. Fuente: Elaboración propia
37
Según la norma, en cualquier punto de atenuación la distorsión debe cumplir con la Tabla 1, pero
en el punto mínimo de atenuación del control por PWM no cumple con los parámetros
establecidos por la IEC, a partir del armónico 9, como se observa en la Tabla 9.
Comparación con Investigaciones Relacionadas
Existen varios documentos, los cuales gracias a su investigación, ayudaron a encaminar la
necesidad de realizar este estudio, a continuación se hará una comparación con los resultados
obtenidos.
Se realizó un estudio sobre la generación de armónicos en la aplicación de lámparas LED
dimerizables (S. Uddin et al., 2012) llamado An análisis of harmonics from dimmable LED lamps,
donde se encontraron resultados de distorsión armónica con controladores tipo TRIAC, los cuales
se comparan con la norma IEC 61000-3-2:
Lámpara
de
prueba
Ángulo de
dimerización
Armónicos [%]
Fund 3rd 5th 7th 9th THDi
Philips
3W
Dim
0° 100 46,7 40,3 16,7 30,7 91,1
135° (máx) 100 72,1 97,6 82,9 85,2 371,7
Aira 3W
Dim
0° 100 51,4 27,4 12,9 8,1 62,8
135° (máx) 100 82,7 38,7 10,6 23,9 101,7
Tabla 10. Contenido armónico de Philips y Aira 3W con dos modos de atenuación. Recuperado
de: Power Engineering and Optimization Conference (PEDCO) Melaka, Malaysia, 2012 IEEE
International.
Los resultados que se van a comparar con la Tabla 10 son los siguientes:
Luminaria
de prueba
Dimerización Armónicos [%]
Fund 3rd 5th 7th 9th THDi
Controlador
tipo TRIAC
Mínima 100 81,18 63,29 57,78 55,49 284,28
Máxima 100 79,27 80,81 79,99 80,83 390,95
Controlador
tipo PWM
Mínima 100 7,38 0,614 0,694 0,893 7,73
Máxima 100 8,4 3,92 3,23 4,13 13,81
Tabla 11. Contenido armónico de controladores tipo TRIAC y PWM.
Fuente: Elaboración propia.
38
Se observa que el controlador tipo TRIAC presenta mayores niveles de distorsión armónica,
como se puede observar en la comparación de la Tabla 11 con la Tabla 10.
El estudio realizado por (Rafael Felipe Forero Diaz & José Luis Rodriguez Ladino, 2015)
afirma que:
Los armónicos necesarios para reconstruir la señal son los primeros, los cuales poseen la
información fundamental y este número de armónicos varía según el número de datos que contiene
el tiempo de barrido, esto debido a que entre menos datos se tengan la aproximación entre puntos
se hace más brusca. (p. 51)
Esta información fue verificada a partir del estudio realizado, como lo muestran las
siguientes gráficas:
Figura 18. Forma de Onda capturada por osciloscopio. Corriente vs tiempo.
Fuente: Elaboración propia
-1
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
0 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012 0,014 0,016
Corr
iente
(A)
Tiempo (s)
F(t)
39
Figura 19. Reconstrucción de forma de Onda capturada por osciloscopio. Análisis con 10
armónicos.Fuente: Elaboración propia
Figura 20.Reconstrucción de forma de Onda capturada por osciloscopio. Análisis con 40
armónicos. Fuente: Elaboración propia
Se realizó un estudio donde se comparan las lámparas fluorescentes compactas (CFLs) y LED
donde se obtuvieron los siguientes resultados (Salvatore Di Mauro, 2012):
-0,5
-0,4
-0,3
-0,2
-0,1
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012 0,014 0,016
Corr
iente
(A)
Tiempo (s)
Fourier (10H)
-0,9
-0,7
-0,5
-0,3
-0,1
0,1
0,3
0,5
0,7
0,9
0 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012 0,014 0,016
Corr
iente
(A)
Tiempo (s)
Fourier…
40
CFL
A
CFL
B
CFL
C
CFL
D
LED
A
LED
B
LED
C
LED
D
THDi
(%)
112 105 109 115 81 62 31 60
P (W) 7,5 6,7 9,5 9,64 6,44 10,3 8,9 9,8
Tabla 12. Valores de THDi y potencia de las lámparas. Recuperado de: Departament of
Electrical and Computer Engineering, University of Catania.
Los resultados a comparar con el presente estudio son los siguientes:
Controlador tipo
TRIAC
Controlador tipo
PWM
THDi
(%)
284,21 7,73
P (W) 6,67 33,8
Tabla 13. Valores de THDi y potencia de los controladores.
Fuente: Elaboración propia
La tecnología tipo TRIAC implementada en esta investigación genera más distorsión no solo
comparada con el controlador tipo PWM, sino también con las tecnologías mencionadas en la
Tabla 12.
En el artículo (Diego F. Castañeda, 2012) se realizó un estudio comparativo de lámparas
LEDs y CFLs, con diferentes configuraciones, donde se resalta:
Características Potencia
(W)
THDi
(%)
Conjunto de 3 LEDs en
paralelo
30,08 29,4
Tabla 14. Valores de Potencia y THDi. Recuperado de: Revista Tekhne, 2012, Vol. 9, 79-90.
Se realizó una comparación con los valores obtenidos con el controlador tipo PWM con tres
luminarias en paralelo a potencia máxima:
41
Características Potencia
(W)
THDi
(%)
Conjunto de 3 LEDs en
paralelo
30 7,49
Tabla 15.Valores de Potencia y THDi del controlador PWM con 3 lámparas en paralelo.
Fuente: Elaboración propia
Como se puede observar la distorsión armónica generada por el controlador tipo PWM es más
baja en comparación al estudio de la Tabla 14, a pesar que la configuración y la potencia es
igual.
Conclusiones
Principalmente, este análisis pudo dejar clara la diferencia en cuanto a la distorsión que generan
los dos controladores, la comparación entre la Figura 15 y Figura 17 dejan claro que es
recomendable implementar controladores tipo PWM, no solo por los índices bajos de consumo
de corriente y THDi en comparación a la norma, sino también, en este caso está certificado y
fabricado por una compañía confiable en iluminación eléctrica. Aparte de esto, se debe tener en
cuenta que si se siguen implementando controladores tipo TRIAC podría afectar la red eléctrica
y los circuitos de donde se esté alimentando, ya que este tipo de controlador es el que presenta
más facilidad de adquisición y menor costo en el mercado.
Como se pudo observar en la caracterización, el controlador tipo TRIAC presenta unos
niveles más bajos de THDi en unos valores definidos de iluminancia, lo que traduce a que se
deben usar en unos porcentajes de atenuación donde el LED de alguna u otra manera no presente
una saturación, como se pudo ver en la Figura 14, ya que este tipo de comportamiento es el que
hace que la distorsión armónica sea mucho mayor.
El controlador tipo PWM se debe usar con una carga de potencia mayor al 50% de la
potencia nominal, como se observa en la Figura 12 la potencia consumida por el controlador es
42
muy pequeña cuando se tienen dos y tres lámparas, en cambio cuando se tiene una sola lámpara
la potencia es bastante alta.
La disipación de potencia activa respecto al controlador tipo TRIAC es inversamente proporcional
a las lámparas que hagan parte del circuito, gracias a esto, se concluye que el uso de una lámpara
con controlador tipo TRIAC, presenta mayores pérdidas de potencia en comparación con
configuraciones de más de dos lámparas.
Se debe hacer un adecuado uso de la norma IEC 61000-3-2 ya que los controladores con mayor
acceso son el tipo TRIAC los cuales como se pudo ver, generan bastante distorsión armónica, que
en relación a la norma podrían ser valores bastante considerables para las aplicaciones en
instalaciones comerciales y residenciales. Respecto al controlador tipo PWM, los valores de
distorsión armónica en los mayores niveles de atenuación sobrepasan en algunas componentes
armónicas los límites establecidos por la norma. Por lo anterior, se recomienda un mayor estudio
relacionado a estas tecnologías, con una norma aplicable a sistemas de 120V y que se base en
estudios relacionados.
Se evidencio que el uso de las series trigonométricas de Fourier es un método confiable al
momento de realizar el análisis de distorsión armónica, generando bajos índices de error en las
medidas.
El uso de osciloscopio para el análisis de THDi proporciona mayor exactitud en
comparación con el analizador de calidad, vale aclarar que para generar dicha exactitud se debe
implementar un algoritmo lo suficientemente bueno para el análisis de estas señales, se sugiere el
uso de las series trigonométricas, la FFT entre otros.
43
Existen valores considerables que el analizador de calidad no recopila en sus medidas,
esto se comparó con los datos obtenidos por el Osciloscopio, se debe investigar más a fondo las
posibles causas y consecuencias al omitir dichos niveles presentados por los controladores, ya
que se registraron altos picos de corriente por parte del osciloscopio.
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