Caracterización del espectro armónico en lámparas LED y análisis del efecto de autocompensación pasiva

Abstract

En los últimos años el LED se impuso como tecnología predominante en los sistemas de iluminación para aplicaciones residenciales, comerciales e industriales. Si bien estas lámparas se caracterizan por su bajo consumo y alta eficiencia energética, su gran alinealidad hace que presenten un alto contenido armónico en la corriente. El impacto de la incorporación masiva de estas lámparas en la red es condicionado por varios aspectos, entre los que se destaca: i) la inclusión o no de filtros en la fuente de la lámpara, ii) la compensación pasiva entre componentes armónicas de distintas lámparas y de otras cargas, iii) la proporción de la potencia no lineal con relación a la potencia total demandada a la red, y iv) las características de la propia red. El estudio del impacto de estas cargas no lineales en la red puede hacerse mediante simulaciones. Para ello, resulta de utilidad contar con mediciones experimentales que caractericen su consumo (por ejemplo, ante variaciones en el valor eficaz y/o el contenido armónico de la tensión) y den a conocer no solo la amplitud de los armónicos presentes en la corriente sino también su correspondiente ángulo de fase. En este trabajo se presentan mediciones experimentales realizadas con un analizador de red clase A (IEC 61000-4-30) en un conjunto de 29 lámparas LED que se comercializan en Argentina. En las mediciones se compara el espectro armónico en ángulo y fase de lámparas de distintas marcas y modelos, y se caracteriza su consumo analizando distintos parámetros eléctricos. Se analiza particularmente el fenómeno de auto-compensación pasiva entre componentes armónicas de distintas lámparas y su respuesta como “carga” ante variaciones en el valor eficaz de la tensión de alimentación. Los resultados de la compensación armónica entre varias lámparas conectadas a un mismo circuito monofásico se valida luego con mediciones experimentales en laboratorio. Los resultados muestran que estas lámparas se caracterizan en general por corrientes con un alto nivel de distorsión y un factor de potencia muy bajo. Finalmente, las mediciones de lámparas comercializadas en Argentina se comparan con las mediciones en 11 lámparas comercializadas en Brasil, y se muestran las ventajas asociadas a incluir la etapa de corrección del factor de potencia en las fuentes de estos dispositivos. Los resultados de este trabajo permiten definir una metodología de base para estudiar la caracterización armónica de distintas cargas no lineales presentes en la red. A futuro, estos resultados se usarán en simulaciones numéricas con el objetivo de estudiar el impacto de la creciente incorporación de cargas con alto contenido armónico en la red de distribución y la necesidad de exigir a nivel regulatorio una mejor calidad en las fuentes de alimentación de estos dispositivos.