A la hora de planificar un suministro eléctrico de reserva, es muy importante elegir correctamente un generador convencional o inverter, ya que el generador y los usuarios pueden estar emparejados uno a uno y una elección equivocada del generador puede causar daños a los usuarios o al propio generador.
Los consumidores de energía eléctrica y los consumidores de energía eléctrica controlados electrónicamente de diversos tipos suelen tener una forma de consumo de corriente diferente de la tensión, que debe tenerse en cuenta a la hora de diseñar una fuente de alimentación de reserva.
Aquí tienes algunos ejemplos de voltaje (amarillo) y corriente (verde) durante el funcionamiento desde la red eléctrica:
Lámpara LED
cargador de teléfono móvil
receptor BluRay
fuente de alimentación de ordenador portátil
televisor o monitor de ordenador
un dispositivo con un tipo mixto de fuente de alimentación
Todos los consumidores de energía electrónicos anteriores no llevan incorporada la corrección del factor de potencia y sólo consumen una parte de la onda sinusoidal de voltaje.
Se trata principalmente de consumidores electrónicos de potencia de hasta 75 W. Los dispositivos con una potencia superior a 75 W ya deben tener incorporada la corrección del factor de potencia (PFC). Por ejemplo, un televisor grande tiene factores de potencia muy diferentes en modo de espera y cuando está encendido. Lo mismo ocurre con un PC.
Ejemplos:
televisor grande con PFC
televisor con PFC parcial
ordenador de sobremesa en diferentes modos de funcionamiento
Comparar el consumo de corriente de una lámpara incandescente y un motor eléctrico:
Los dispositivos con control electrónico de potencia (con regulador de potencia) son un caso especial:
approx. 50% de la potencia
100% de potencia
La diferencia de forma entre el voltaje y la corriente puede provocar efectos indeseables. Hay que distinguir entre generadores convencionales e inversores.
En los alternadores convencionales, la corriente procede del bobinado del alternador, que a su vez es un inductor y forma parte de un circuito con consumidores de potencia:
El bobinado de un alternador no puede compararse con el secundario de un transformador porque se excitan de forma diferente y el primario de un transformador está conectado a una red de baja impedancia.
A efectos comparativos, se muestran el voltaje (amarillo) y la corriente (verde) durante el funcionamiento del taladro con control de potencia por control de fase para la alimentación de red y un generador convencional:
En el caso de un generador convencional se aprecia una clara distorsión de la tensión. El regulador de voltaje sólo regula el valor efectivo, pero no controla la forma de onda del voltaje. Pueden producirse sobretensiones en las partes descargadas de la onda de tensión, aunque el valor efectivo (tensión eficaz) se mantiene dentro de la tolerancia.
El voltaje en los picos de la onda sinusoidal aumenta a 325V con un voltaje efectivo de 230V. Con una carga desigual en la onda de tensión, pueden producirse picos de voltaje de 400V o más, que pueden dañar a otros consumidores de energía situados en el mismo circuito. Por ejemplo, pueden resultar dañados los componentes electrónicos sensibles, las lámparas LED, etc.
El método de control de fase de conmutación no sólo se utiliza para herramientas, sino también para otros electrodomésticos como aspiradoras, lavadoras, bombas de calor, etc.
También se utiliza en los arrancadores suaves, que regulan la corriente de arranque de los motores eléctricos.
La electricidad de los generadores inverter se produce electrónicamente. La energía se almacena primero en condensadores, que se cargan mediante un alternador a través de un rectificador controlado. La tensión continua de los condensadores se convierte en tensión alterna mediante el circuito de puente B2:
A modo de comparación, la tensión (amarillo) y la corriente (verde) cuando el taladro funciona con control de potencia por control de fase desde la red y desde el generador inversor:
Se puede observar que el generador inverter puede mantener la forma de onda de tensión mejor que un generador convencional y la amplitud de tensión máxima en la onda de tensión se mantiene dentro del rango permitido.
La peculiaridad de las cargas electrónicas o con control electrónico de potencia es que sólo consumen una parte de la onda de tensión.
Para controlar la fase de conexión se utilizan tiristores, que se abren con la señal de control y se cierran sólo cuando la tensión cae a 0 V. Esto provoca una distribución diferente del consumo sobre la onda de tensión y desencadena los procesos correspondientes. El voltaje en la parte descargada de la onda de tensión puede subir tanto que puede dañar a otros consumidores de corriente presentes en el circuito.
Otro tipo son los consumidores de corriente electrónicos con módulos de potencia de conmutación sin corrección del factor de potencia incorporada.
Disponen de un rectificador y condensadores cuya energía se repone cuando la amplitud de la onda de tensión alcanza un valor superior a la tensión de los condensadores. Esto da lugar a un consumo de corriente por impulsos.
Los generadores convencionales (inductancia como fuente de corriente) y los generadores inverter (condensador como fuente de corriente) se comportan de forma diferente con respecto a los consumidores con consumo de corriente pulsante. Un condensador es capaz de permitir que la corriente suba y baje mucho más rápido que una bobina (inductor). El flanco ascendente del impulso de corriente se produce mucho más lentamente en un generador convencional, mientras que el flanco descendente provoca transitorios que surgen de la energía almacenada en la bobina (E=LI²/2).
Estos transitorios están provocados por la liberación de la energía almacenada en la bobina y son armónicos que pueden alcanzar amplitudes elevadas si el consumo de corriente de los consumidores conectados se aproxima a cero.
El consumo de corriente pulsante es habitual en dispositivos electrónicos con fuentes de alimentación sin corrección del factor de potencia. Estos dispositivos son capaces de generar armónicos, pero también se ven afectados por ellos, al tratarse de un sistema cerrado, y en algunos casos pueden incluso resultar dañados.
La carga desigual de una onda de tensión también provoca cambios en su forma y en la distribución de la energía.
Los generadores inverter tienen características diferentes porque un condensador funciona de forma distinta a un inductor y reacciona de forma diferente a los cambios de carga y a las fluctuaciones de corriente:
El flanco de subida del impulso de corriente tiene un aspecto completamente diferente con la misma carga y no hay transitorios después del impulso de corriente.
Por ello, los generadores inverter son mucho más adecuados para dispositivos electrónicos sensibles que los generadores convencionales (también con AVR).
La onda de voltaje creada por el generador inverter también es capaz de mantener mejor la forma del voltaje.
¿Cómo son estos mismos procesos en la red pública?
Este es el aspecto del consumo eléctrico del mismo dispositivo electrónico de la red pública:
Se puede observar que, incluso en la red pública, los picos de la onda sinusoidal presentan cierta deformación causada por el gran número de consumidores electrónicos de energía.
¿Debemos entender los resultados de las mediciones anteriores como que los generadores convencionales no son adecuados para la tecnología moderna? La respuesta es ¡NO!
Los generadores convencionales pueden seguir utilizándose como fuente de electricidad, pero al planificar el suministro eléctrico es necesario tener en cuenta sus propiedades y las de los consumidores de electricidad que se conectarán al generador.
Las cargas se dividen generalmente en lineales (resistivas) y no lineales.
Una carga óhmica presente en un circuito puede mitigar los transitorios y los armónicos asociados para que dejen de suponer un peligro para los componentes electrónicos sensibles. Una carga óhmica carga las partes de la onda de tensión que no están cargadas por los componentes electrónicos, proporciona una salida para la energía almacenada en la bobina del generador y, por lo tanto, amortigua los armónicos.
Los dispositivos electrónicos con consumo pulsante de energía sin corrección del factor de potencia son en su mayoría pequeños consumidores de energía con una capacidad de hasta 75 W. La potencia total de estos dispositivos en una vivienda es de unos 300-400 W, y una carga resistiva de unos 100-200 W (lámparas incandescentes) suele ser capaz de estabilizar su funcionamiento amortiguando los transitorios. En el caso de potencias superiores, se requieren otras soluciones, según la situación.
Los generadores inverter no suelen requerir estas medidas, por lo que son la fuente de energía de reserva preferida por los consumidores de electricidad sensibles. Sin embargo, estos generadores tienen una potencia menor y son más susceptibles a las corrientes de autoinducción de los consumidores con motores eléctricos.
Por regla general, los consumidores de electricidad inductivos con motores eléctricos tienen una elevada corriente de arranque que, dependiendo del diseño, puede ser de 3 a 6 veces superior a la corriente de consumo nominal:
Rectificadora sin control electrónico (arranque y funcionamiento normal)
Cuando se alimentan con un generador inverter, la tensión de salida puede bajar porque disponen de una protección electrónica contra sobrecargas que puede reaccionar al valor instantáneo de la corriente:
La generación de voltaje se detiene cuando el consumo de corriente alcanza el valor máximo permitido. La energía almacenada en la carga inductiva (E=LI²/2) provoca una autoinducción que puede dañar el módulo inversor del generador.
Cuando se utilicen consumidores con motores eléctricos de un generador inverter, es muy importante que la potencia de arranque requerida no supere la potencia máxima del generador, ya que de lo contrario podría dañarse su módulo inverter.
En este caso, la carga resistiva presente en el circuito puede desviar parte de las corrientes de retorno y proteger así el generador hasta cierto punto. Si sólo hay una carga inductiva en el circuito, los picos de voltaje causados por la autoinducción pueden llegar a ser demasiado altos y dañar la electrónica del generador.
El consumo de electricidad en un hogar suele ser complejo, ya que cada aparato activo contribuye a configurar el consumo de corriente.
He aquí un ejemplo de alimentación de un apartamento con iluminación LED en funcionamiento, un ordenador, un monitor, un frigorífico, etc.
En la forma de onda que se muestra a continuación, se añade una lavadora con un motor en marcha, cuya velocidad se regula mediante el método de control de potencia de fase:
La presencia de un consumidor con comportamiento inductivo es claramente visible.
Varios consumidores de corriente activa pueden equilibrarse entre sí hasta cierto punto, cargando distintas partes de la onda de tensión y evitando el caso "peligroso" con las partes descargadas de la onda sinusoidal de voltaje.
El factor de potencia es crucial para todo el sistema. En una vivienda media, es de aproximadamente 0,7-0,8, y es difícil de calcular para un consumidor normal. El generador debe cubrir no sólo la potencia activa sino también la reactiva, por lo que no se recomienda utilizar un generador con más del 80% de su potencia nominal.
Los consumidores resistivos y los consumidores con corrección del factor de potencia incorporada desempeñan un papel importante en el circuito de alimentación y estabilizan todo el sistema.
Así se ve el consumo de corriente con el hervidor (izquierda) y la lavadora (derecha) encendidos mientras se calienta el agua:
El generador como fuente de electricidad y los consumidores de electricidad forman un sistema cerrado cuyos elementos se influyen mutuamente, y a la hora de elegir un generador para el suministro eléctrico de reserva, es sumamente importante analizar el consumo y las características de los propios consumidores de electricidad.
Una elección equivocada del generador puede ser perjudicial tanto para los consumidores como para el propio generador. Könner & Söhnen sólo hace recomendaciones generales para el uso de generadores de producción propia.
Hacemos nuestras propias recomendaciones para el uso de nuestros generadores. El análisis de los sistemas de energía existentes y el desarrollo de soluciones individuales para el suministro de energía de emergencia es un servicio independiente que no está incluido en el soporte técnico del generador, pero esperamos que la información anterior pueda serle útil y ayudarle a tomar la decisión correcta con respecto al suministro de energía de reserva.
EXCLUSIÓN DE RESPONSABILIDAD:
Esta información pretende ofrecer una visión general de las funciones de los generadores Könner & Söhnen y sus aplicaciones y sólo debe considerarse como una guía que debe adaptarse a las circunstancias y condiciones de la instalación. La instalación en sí debe realizarse de acuerdo con todas las normas y reglamentos aplicables. No asumimos ninguna responsabilidad por instalaciones incorrectas y sus consecuencias.
