Analytical and experimental discussion of a circuit-based model for compact fluorescent lamps in a 60Hz power grid

Discusión analítica y experimental de un modelo circuital para luminarias tipo cfl en una red de 60Hz

En este artículo se presenta un análisis y una discusión sobre el  comportamiento de un modelo circuital para lámparas fluorescentes compactas (CFL) en una red eléctrica de 120V 60Hz. Este modelo es propuesto y validado en trabajos previos para lámparas fluorescentes compactas en sistemas de 230V 50Hz. Sin embargo, la derivación de este modelo no es fácil de seguir y su desempeño en una red de 120V 60Hz es materia de investigación. En este trabajo, la derivación analítica de este modelo de CFL se presenta en detalle y se discute su desempeño en la predicción de la corriente consumida por una CFL en un sistema eléctrico de 120V 60Hz. El modelo derivado es implementado tanto en MATLAB® como en ATP-EMTP®, utilizando dos diferentes conjuntos de parámetros previamente propuestos para lámparas fluorescentes compactas en 230V 50Hz. Estos resultados de simulación se comparan con mediciones de laboratorio obtenidas utilizando una fuente de tensión alterna programable. Las mediciones y simulaciones consideran siete lámparas fluorescentes compactas 110/127V 60Hz con diferentes  potencias alimentadas por una fuente de tensión sinusoidal (no distorsionada). Las simulaciones bajo estas condiciones no predicen adecuadamente las mediciones realizadas y por lo tanto el conjunto de parámetros y/o el modelo necesitan ser ajustados para redes eléctricas de 120V 60Hz.

Introducción

El constante aumento de las cargas no lineales en las redes de baja tensión, específicamente la adopción masiva de lámparas fluorescentes compactas (CFL) y lámparas basadas en diodos emisores de luz (LED), con el objetivo de reducir la demanda de energía y mejorar la eficiencia energética en los sistemas de iluminación, ha llevado a altos niveles de contenido armónico en la corriente extraída del sistema de suministro (Blanco & Parra, 2011) (Romero, Zini, & Ratta, 2011) (Ribeiro, et al., 2011). Por lo tanto, la búsqueda de más y mejores modelos para evaluar y predecir el impacto armónico colectivo de estas cargas en la red de baja tensión es actualmente un tema de investigación (Salles, Jiang, Xu, Freitas, & Mazin, Oct. 2012). Además, las corrientes armónicas que circulan por el sistema eléctrico causan varios problemas graves: sobrecalentamiento y sobrecarga de conductores (especialmente neutros), motores y transformadores (aumento de las pérdidas); mal factor de potencia y bancos de condensadores sobrecargados; disparos de protección no deseados y efecto piel en los conductores (Malagón-Carvajal, Ordóñez-Plata, Giraldo-Picón, & Chacón-Velasco, 2014), entre otros.