O que são Distorções Harmônicas?
HISTÓRIA DA ENERGIA
Até o final da década de 70, vivíamos uma situação bastante diferente da atual no Brasil, no que diz respeito ao consumo de energia elétrica. Podíamos claramente generalizar três tipos de consumidores: o consumidor residencial (urbano e rural), o de comércio e/ou serviços e o consumidor industrial. Naquela época o consumidor residencial, por exemplo, possuía uma carga plenamente resistiva, salvo raras exceções. Numa residência típica daquela época, encontravam-se como grandes cargas os chuveiros elétricos à resistência, e os ferros de passar à resistência elétrica. O número de equipamentos eletrônicos resumia-se, na maioria das residências, a um aparelho de TV. Apesar da carga indutiva resistiva encontrada em residências (motor de refrigerador), a demanda por energia elétrica era consumida por uma carga considerada resistiva.
Atualmente, vivemos uma realidade bastante diferente, onde podemos encontrar comumente consumidores (de diversas classes), também residenciais, com cargas comandadas eletronicamente, tais como fornos de microondas, computadores e periféricos, diversos aparelhos de TV e de áudio, em uma gama bastante vasta de eletrodomésticos.
As cargas elétricas comandadas eletronicamente possuem uma característica intrínseca que é a não-linearidade das mesmas, ou seja, não requerem a corrente elétrica constantemente, mas solidificam apenas picos de energia em determinados momentos. Dependendo da topologia do conversor eletrônico empregado, a corrente de entrada é disparada em determinado período ou ângulo da oscilação senoidal. Com isto, as cargas eletrônicas acabam por distorcer a forma de onda (tensão e corrente) que lhe é entregue e como conseqüência gerando distúrbios na rede de energia elétrica. Esta poluição é traduzida por diversos tipos de problemas, os quais serão devidamente esclarecidos a seguir.
INTER-HARMÔNICAS
Harmônicas são tensões ou correntes com uma freqüência que é um múltiplo inteiro da freqüência fundamental da alimentação. Inter-harmônicas são tensões ou correntes com uma freqüência que não é um múltiplo inteiro da freqüência fundamental da alimentação. O conhecimento das perturbações eletromagnéticas associadas às inter-harmônicas ainda está em desenvolvimento e, atualmente, há muito interesse neste fenômeno. As inter-harmônicas, sempre presentes no sistema de potência, ganharam importância recente, através do uso generalizado de sistemas eletrônicos de potência, resultado no aumento de intensidade.
Harmônicas e inter-harmônicas, de uma forma de onda analisada, são definidas em termos de componentes espectrais em um estado quase estacionário numa faixa definida de freqüências.
FREQUÊNCIA INTER-HARMÔNICAS
Toda freqüência pode ser um múltiplo não inteiro da freqüência fundamental. Por analogia, considerando as ordens das harmônicas e das inter-harmônicas determina-se pela relação entre a freqüência da inter-harmônica e a freqüência fundamental. Se este valor é menor que a unidade, a freqüência também é chamada de subharmônica. De acordo com a recomendação da IEC, a ordem da inter-harmônica é designada pela letra “m” (de acordo com a IEC 61000-2-2). Uma tensão senoidal com uma freqüência entre as harmônicas, ou seja, uma freqüência que não é um inteiro da freqüência da componente fundamental.
GERADORES DE INTER-HARMONICAS
Motores de indução podem ser fontes de inter-harmônicas por causa das ranhuras no ferro do estator e do rotor, particularmente em combinação com a saturação do circuito magnético (denominadas “harmônicas de ranhura”). Na velocidade nominal do motor, as freqüências dos componentes que causam perturbações, normalmente estão na faixa de 500 Hz a 2000 Hz. Porem, durante o período de partida, podem se expandir significativamente. Assimetrias naturais do motor (desalinhamento do motor, etc.) também podem ser fontes de inter-harmônicas.
Motores com cargas de torque variável, ou seja, acionadores de forjas, martelos de forja, maquinas de estampagem, serras, compressores, bombas de recalque, etc, também pode ser fontes de subharmônicas. O efeito de cargas variáveis é também visto em acionadores de velocidade variável alimentados por conversores estáticos.
INVERSORES COMUTADOS PELA CORRENTE DA CARGA
Devido à técnica de chaveamento por dispositivos semicondutores, estes equipamentos são classificados como conversores de freqüência indiretamente comutados pela linha. Um conversor de freqüência consiste de duas pontes trifásicas P1 e P2 e um circuito CC com reator. Uma das pontes opera no modo de retificador e a outra no modo inverso, embora suas funções possam ser intercambiáveis.
A presença de duas pontes retificadoras alimentadas por dois sistemas de freqüência diferentes resulta em corrente no lado CC modulada por dois sistemas de freqüências –f1 e f2. Cada conversor irá impor componentes, não características no lado CC, que aparecerão como harmônicas não características no lado CA, ambos na carga e no sistema de alimentação.
O QUE É DISTORÇÕES HARMÔNICAS?
Trata-se de uma componente senoidal da tensão ou corrente alternada, com a freqüência igual a um múltiplo da freqüência fundamental. Estas, quando injetadas no sistema elétrico, causam diversos fenômenos que afetam o fornecimento de energia, tanto na qualidade da energia, como na operação da concessionária e do próprio consumidor.
Quem gera essas distorções são os próprios equipamentos no instante do chaveamento (liga/desliga). No acionamento de motores inversores, capacitores ou iluminação, existe uma corrente de curto-circuito num intervalo de milésimos de segundos, fazendo com que todo o sistema seja afetado pelo sinal gerado naquele instante, pois eleva a tensão, a corrente e deforma a freqüência. Estes distúrbios propagam-se por todo o circuito elétrico, até chegar a uma impedância baixa, capaz de sugar este sinal e restaura a linha de 60hz.
Sinal Senoidal sem Harmônicas
Sinal Senoidal com Harmônicas