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Los analizadores de potencia de alto
desempeño aplicados en eficiencia energética e inversores

Como las políticas de gobierno en áreas como la energía solar, los vehículos eléctricos y las redes eléctricas inteligentes (smart grids, en inglés), están siendo formalizadas, se espera que el desempeño y funcionalidad de los medidores de potencia evolucionen en respuesta.

La demanda por instrumentos de medición de potencia está creciendo de cara a los nuevos intentos por reducir las emanaciones de CO2 para proteger el medioambiente y prevenir el calentamiento global. Mirando hacia el campo de las energías alternativas, la demanda de fuentes de energía como la solar, eólica, biomasa, nuclear y pilas de combustible, es cada vez más alta. Asimismo, los diseñadores están continuamente mejorando productos como sistemas de climatización, equipos de aire acondicionado, refrigeradores y máquinas de lavar para ahorrar energía y aumentar la eficiencia. De esta misma forma, aumentar la eficiencia de los motores trifásicos e inversores en la industria se ha identificado como una prioridad urgente.


Diversificación de la medición de potencia

La intensificación de los esfuerzos por desarrollar sistemas de energía alternativa y modificar el equipamiento actual para aumentar el ahorro de energía, está creando nuevos requerimientos por satisfacer para los medidores de potencia. Los siguientes son ejemplos de tendencias recientes y requerimientos principales de estos medidores:

1. Medir potencia a un alto nivel de precisión sin contacto (midiendo simultáneamente el lado primario y secundario de un inversor).

2. Medir parámetros como la distorsión armónica y ruido en inversores usando un solo instrumento.

3. Ha aumentado el número de aplicaciones que involucran conversión DC/ AC (inversores PWM).

4. Aumentar el desempeño de inversores de control vectorial.

5. Aumentar la eficiencia de motores y acondicionadores de potencia.

6. Se han expandido los casos de uso de mediciones en I&D para considerar las variables de terreno donde se instalarán los dispositivos.

Recientemente, los fabricantes han estado trabajando para desarrollar una variedad de analizadores de potencia de alta precisión en respuesta a esas necesidades. Por ejemplo, los sensores de corriente capaces de medir rangos de corriente tanto bajos como altos, satisfacen el punto 1 del listado anterior. En tanto, los medidores de potencia con análisis de forma de onda, armónicos y FFT satisfacen el punto 2. De cara a la demanda por la capacidad de medir múltiples parámetros simultáneamente, los instrumentos hoy disponibles pueden mostrar instantáneamente datos de evaluación de motores e inversores.

Similarmente, y en respuesta al punto 3, los instrumentos actualmente disponibles ofrecen una amplia gama de posibilidades de medición desde DC a bandas de inversores (0.5 Hz a 150 kHz). Los fabricantes han ofrecido también la capacidad de medir el ángulo eléctrico en motores y parámetros de potencia simultáneamente (satisfaciendo el punto 4), y desarrollan instrumentos con una precisión cada vez mejor para mediciones de eficiencia en conversión de potencia, por ejemplo con 1% o mejor precisión y repetitividad (punto 5). Finalmente, los fabricantes han podido cumplir con el sexto punto cumpliendo con una variedad de necesidades desde muestreo de alta precisión hasta mediciones simples con instrumentos orientados al uso en terreno, compactos y portátiles en carcasas robustas.


Evaluación y análisis de motores de vehículos eléctricos

Para medir la eficiencia en sistemas de motores e inversores, los técnicos deben medir primero la potencia en los lados primario y secundario con un alto nivel de precisión. En este tipo de aplicaciones, es importante que el medidor de potencia usado sea capaz de medir altos voltajes y corrientes. En medición de voltaje, hay una alta demanda por equipos con entradas de 1000 VAC. En cuanto a la corriente, es frecuente que se requieran sondas capaces de medir desde corrientes bajas hasta corrientes altas en torno a los 500 A. Los medidores de potencia convencionales que fueron considerados en el pasado como equipos de alta precisión, utilizaban entradas de corriente tipo shunt, pero las necesidades descritas arriba no pueden ser satisfechas con este tipo de arquitectura.

En combinación con sensores de corriente de alto desempeño, los medidores de potencia pueden hacer mediciones con una alta precisión.

Cuando se analiza el desempeño de un motor, es esencial medir el valor fundamental de las ondas de voltaje y corriente, así como también las componentes armónicas de alto orden. Si el analizador de potencia usado permite el uso de un codificador rotatorio, se puede medir el funcionamiento del motor y los parámetros eléctricos en un mismo equipo.

Los analizadores de potencia actuales pueden hacer análisis de armónicos partiendo de frecuencias fundamentales 0.5 Hz. Sincronizando el instrumento en frecuencias desde 0.5 Hz hasta 5 kHz y analizando armónicos hasta el centésimo orden al mismo tiempo que se mide potencia.

A la fecha, el proceso de medición para cumplir estas necesidades ha sido bastante engorroso debido a que los operadores deben emplear el uso de osciloscopios, sondas diferenciales y sondas de corriente. Los analizadores de potencia de última generación orientados a este tipo de aplicaciones, le entregan al usuario la posibilidad de observar formas de onda, medir potencia y armónicos en un solo instrumento.


Por Kunihisa Kubota, Senior Engineer de Hioki E.E. Corporation.
www.intronica.cl
Agosto 2015
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