View
32
Download
1
Category
Preview:
Citation preview
5/16/2018 Influencia das Harmonicas na Alimentação de Dispositivos eletronicos - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/influencia-das-harmonicas-na-alimentacao-de-dispositivos-eletronicos 1/9
Saber Eletr6nica Online Pagina 1 de 9
C 5 Imprimir
PROJETOS I Energia03/04/201210:48:31
lnfluencladas Harmonicas na
Alirnentacaode DispositivosEletronicos
A presence de harmonicas em uma rede de alirnentacao pode causar series problemas de
funcionamento aos equipamentos por ela alimentados. Aparelhos sensfveis podem ser levados aperda de dados, disparos erraticos e ate mesmo a problemas de queima de componentes. Neste
artigo, faremos uma breve analise sobre as causas que determinam 0 aparecimento das harmonicas
numa linha de fornecimento de energia, seus efeitos e quais as solucoes que devem ser adotadas
quando problemas se manifestarem.
Newton C. Braga
A qualidade da energia fornecida aos equipamentos alimentados por uma rede de corrente alternada
esta diretamente ligada a diversos fatores. Se esses fatores puderem atuar livremente, teremos
perturbacoes que podem causar problemas na sua qualidade e, consequentemente, levar os
equipamentos ligados a essa rede a diversas alteracoes no seu funcionamento.
Basicamente, sao quatro as perturbacoes que podem ocorrer em uma tensao ou corrente fornecidas
por uma rede de energia:
• Perturbacoes ligadas a amplitude da tensao - como 0 sag (afundamento), interrupcoes de
fornecimento, sobre e subtensao, transit6rios, flutuacoes e outras;
• Perturbacoes de frequencia - tais como as alteracoes de seu valor nominal;
• Oesequil fbrios de tensao ou corrente em sistemas tri tasicos:
• Alteracoes nas formas de onda - sao as perturbacoes harmonicas que, a partir do aumento da
intensidade do uso de equipamentos eletronicos, passou a ter uma irnportancia especial.
E justamente das perturbacoes nas formas de onda que vamos tratar neste artigo, dada a sua
irnportancia na qualidade da energia fornecida.
Embora exista uma certa tendencia dos usuaries atribufrem a empresa fornecedora de energia os
problemas causados pela qualidade da energia, em muitos casos sao os pr6prios equipamentos
usados numa instalacao que causam sua deterioracao.
Equipamentos que utilizam dispositivos semicondutores comutadores da famflia dos tiristores como,
por exemplo, TRIACs, SCRs, IGBTs, alern de outros dispositivos altamente indutivos podem afetar a
qualidade da energia fornecida, com problemas para outros aparelhos que sejam alimentados pela
mesma rede.
Em especial, tais dispositivos alteram as formas de onda da energia transmitida com a producao de
harmonicas que tern um efeito desastrosos sobre muitos equipamentos. Para entendermos como
esses problemas sao gerados, devemos inicialmente partir de um estudo dos pr6prios sinais
harmonicos,
Sinais Harmonicas
Um sinal de qualquer forma de onda pode ser decomposto em um sinal senoidal fundamental e em
sinais senoidais de frequencies multiplas, Assim, conforme mostra a figura 1, uma tensao senoidal
perfeita que deve estar presente num ponto de uma rede de energia, tem 0 formato exibido.
http://www.sabereletronica.com.br/secoes/leitura/ 1960limprimir:yes 07/04/2012
5/16/2018 Influencia das Harmonicas na Alimentação de Dispositivos eletronicos - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/influencia-das-harmonicas-na-alimentacao-de-dispositivos-eletronicos 2/9
Saber Eletr6nica Online
i"1. fo rm i l l cI ~ (]rntl~ de
uma te rn~hl .S 'E !lIOid a 1 _
Pagina 2 de 9
No entanto, com a presence de uma harmonica que seja 0 dobro de sua frequencia, a sua forma de
onda se altera passando ao formato ilustrado na figura 2 _
+
•
n,AltE!r l l~1 i lo .cI~ form~ de
o nda l i I 'E !vudo in h':IrI ll lOlflica,_
De uma forma geral, podemos dizer que um sinal peri6dico (que nao seja senoidal) contern
obrigatoriamente harmonicas em intensidade e quantidade que VaGdeterminar justamente a sua forma
de onda.
Observe que, conforme a frequencia do sinal em relacao a fundamental, as harmonicas podem ter
diversas ordens. A figura 3 esclarece isso.
~3, Hiilnl'nii flIDciil~ de
~< il r -l iI lSo r d E !ns .
Os efeitos das harmonicas de ordem fmpar num dispositive eletrico ou eletronico sao diferentes.
http.Zwww. sabereletronica.com. brlsecoes/leitural 1960limprimir:yes 07/04/2012
5/16/2018 Influencia das Harmonicas na Alimentação de Dispositivos eletronicos - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/influencia-das-harmonicas-na-alimentacao-de-dispositivos-eletronicos 3/9
Saber Eletr6nica Online Pagina 3 de 9
Nas instalacoes eletricas em geral predominam as harmonicas pares, mas nos casos em que ocorre a
presence de uma componente contfnua tern-se tarnbern harmonicas fmpares. As harmonicas tarnbern
podem ter sequencias positivas, negativas ou nula, veja a figura 4.
• . » $ 1 -12 '
3
. .
5 ,
6
fie!t,
U IO
1 : 1 3 0 (Ii
240 t,
3<)0
360 0
~4 , H . ;m ' l '1 6D ' 1 io : :~ s
pares E ! fmp.m~s,
Em um motor assfncrono tritasico, alimentado por quatro condutores, de acordo com a figura 5, as
harmonicas de sequencia positiva tenderiam a forcar 0 motor a girar no mesmo sentido determinadopela componente fundamental (vide figural. 0 resultado seria uma sobrecarga do motor com aumento
da temperatura de seus enrolamentos e consequente reducao de sua vida util, Observe a figura 6.
F5, Resu ltado, 'D IIIl otcr t~1IIl
S Q J < J " , lc I . i IIu t l l r~d l ,J~ lc I~ .
Nesse mesmo motor, as harmonicas de sequencia negativa forcariarn 0 motor a girar em sentido
contrario ao produzido pela fundamental. Isso faria com que 0 motor freasse com a dissipacao da
energia em forma de calor. Tarnbern terfamos um sobreaquecimento e consequente reducao da vidautil,
As harmonicas de sequencia nula nao tern efeito sobre a rotacao do motor, contudo, somam-se
algebricamente no condutor neutro provocando 0 aparecimento de correntes que podem chegar a tres
vezes 0 valor da mesma corrente que percorre cada condutor, conforme mostra a figura 7.
http://www.sabereletronica.com.br/secoes/leitura/ 1960limprimir:yes 07/04/2012
5/16/2018 Influencia das Harmonicas na Alimentação de Dispositivos eletronicos - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/influencia-das-harmonicas-na-alimentacao-de-dispositivos-eletronicos 4/9
Saber Eletr6nica Online
CQrr~tl~!i!S
1 ! , , J l " o d a m € l : r u ( a u $
Pagina 4 de 9
o resultado desse "retorno" indesejavel e um superaquecimento do condutor neutro e ate mesmo a
queima de ban cos de capacitores.
I _ _ . , .Fase
1 - 1 1 -F1Is€--------"'----~
r . .. ..FOlS€I ' -----'l-=----=-__;"-'!---_1
~€LJ\ro---t-----''''---_+--./
1 '7 . r h i f ~ Q . . J l 2 e i ~ : 5 a u s n-illrm 6 r lo c t J ~
de s - e q L l E ! n t i i l l s nula no motor;
Analise do Espectro de Harmonicas
Uma forma de se obter visualizacao rapida das harmonicas de um sinal e com 0 uso de um analisador
de espectro. Esse instrumento decornpoe 0 sinal em componentes, representando sua intensidade
relativa por barras, veja a f igura 8.
F l ) n d O l , F I l ! ; l : r u t < l ! IlTtensida~e·i ' e l a t i v a I
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 1 a O %
.------------------- 50%
Trata-se de uma representacao no dominic de frequencies (veja a serie de artigos sobre 0 assunto
nesta mesma revista). Evidentemente, as harmonicas de um sinal se estendem a um infinito. Para
efeitos praticos, a representacao se limita ao nurnero finito, normalmente inferior a 40. Isso ocorre,
porque os sinais de ordem superior dificilmente podem causar algum efeito perceptivel nos
equipamentos alimentados.
Medic;ao de Harmonicas
2
F8. E:spE!(hll' da f L l n t l . a ·
mental e n<llrm6r1k.a~.
A maioria dos equipamentos de medida que se destina a rnedlcoes numa rede de energia, e projetada
para trabalhar com sinais perfeitamente senoidais. Assim, os multi metros comuns sao instrumentos
que medem valores medics.
Entretanto, quando 0 sinal a ser medido nao e senoidal, 0 resultado de uma rnedicao sera
completamente diferente do valor eficaz real da tensao ou corrente. Esses instrumentos se baseiam
num coeficiente de 1,11 para relacionar 0 valor eficaz com 0 valor medic, que corresponde ao valor
retificado. Na figura 9 temos 0 circuito tipico de entrada de um instrumento desse tipo.
http://www.sabereletronica.com.br/secoes/leitura/ 1960limprimir:yes 07/04/2012
5/16/2018 Influencia das Harmonicas na Alimentação de Dispositivos eletronicos - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/influencia-das-harmonicas-na-alimentacao-de-dispositivos-eletronicos 5/9
Saber Eletr6nica Online Pagina 5 de 9
n COWLI i t , o tI~~lIitra t l o i l tie oiiish LI·
m a n t o para madida d e r n.. , rm 6 [ 1 JD c o i l ~_
Todavia, se 0 sinal aplicado a esse instrumento nao for senoidal teremos uma falsa leitura conforme
ilustra a figura 10.
F ' 1 '0 , E . ~ e m p I0d~ IL J r na 1 'o iI lS -a
~eut lLJFa ( ~ I rn . i l l l [ 1 J ~0se n o i c i a l ~ _
Veja que para a forma indicada de onda, a relacao entre 0 valor eficaz e medic real e 2,1, enquanto
que 0 circuito do instrumento tem caracterfsticas que consideram sempre essa relacao como 1,11.
A medida de uma corrente de 10 A pode, na realidade, ser feita num circuito em que a corrente real ede 15 A, quando utilizado um instrumento desse tipo.
True RMS
Nao e a primeira vez que abordamos este assunto nesta revista. No entanto, sua irnportancia e tal
(quando se fala em qualidade da energia e quando devem ser feitas rnedicoes em circuitos onde
harmonicas possam estar presentes), que uma pequena revisao e importante.
Os instrumentos "true rms" utilizam um circuito de entrada, como 0 mostrado na figura 11, 0 que
permite obter 0 valor eficaz verdadeiro independentemente da forma de onda do sinal de entrada.
http://www.sabereletronica.com.br/secoes/leitura/ 1960limprimir:yes 07/04/2012
5/16/2018 Influencia das Harmonicas na Alimentação de Dispositivos eletronicos - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/influencia-das-harmonicas-na-alimentacao-de-dispositivos-eletronicos 6/9
Saber Eletr6nica Online Pagina 6 de 9
~ n _ C i r o : = u It'D a e ~D it r~ d !< J d e
u n stHDDIl e rotc" true rrns",
Evidentemente, existem limites para a sua atuacao, Por esse motivo, uma das especificacoes
importantes para este tipo de instrumento esta na largura da faixa de frequencies do sinal que pode
ser medido.
Para 0 caso da rede de energia, e preciso uma largura de faixa de pelo menos 1 kHz de modo que ate
a 1T" harmonica possa ser incluida. Esse e 0 minima que se exige para um instrumento usado em
instalacoes comerciais, dornesticas e industriais.
Onde as Harmonicas sao Geradas
Cargas lineares como as de tipo resistivo, indutivo ou capacitive, mesmo que tenham correntes e
tensoes defasadas, estas rnantern a forma de onda senoidal.
Porern, existem cargas que pelo uso de dispositivos eletronicos de cornutacao rapida (como os da
familia dos tiristores), fazem com que as correntes e tensoes em seus circuitos nao sejam
perfeitamente senoidais, conforme visto na figura 12.
f ' 1 2 . Ten S o l I D e ,[~ rre rote co-
rn uta d as pE !lo 1..15'0 d ! ~ t u ru ~ t~ r _
Essas cargas tern correntes e tensoes distorcidas, 0 que nos permite utilizar nas suas especif icacoes 0
termo "distorcao harmonica", pois, conforme vimos, essas distorcoes causam 0 aparecimento de
frequencies harmonicas.
Diversos sao os circuitos que podem gerar harmonicas, pelos motivos indicados:
Retificadores Carregadores
Os retificadores carregadores sao formados por uma ponte de diodos ou SCRs, observe a f igura 13.
http://www.sabereletronica.com.br/secoes/leitura/ 1960limprimir:yes 07/04/2012
5/16/2018 Influencia das Harmonicas na Alimentação de Dispositivos eletronicos - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/influencia-das-harmonicas-na-alimentacao-de-dispositivos-eletronicos 7/9
Saber Eletr6nica Online Pagina 7 de 9
E10--__ ~IL~1
E20-----=I.2"-'
1 ':30--- __ =L3:_rvCarga
Fl3. Cir(lIitotiplcO de urn
r~tlrlt.~rcr tnfiislto.
Esses circuitos geram uma grande quantidade de harmonicas fmpares cuja intensidade maior se
concentra na quinta e setirna harmonicas, conforme mostram a forma de onda e espectro da f igura 14.
Controles de Velocidade
fo rm a d e
ond ' , a
Os controles trifasicos, com a estrutura tfpica desenhada na figura 15, tern um elevado conteudo de
harmonicas.
~nwnsidatje {%h
!_nnn_nnnnn_.n_10Q%
- - - - - - - - - . - - - - - - - - - - - - - 50 %
5 . 7 11 '~3 17 19
Haooo I J i c a f r rm i em )
~14_ fmm~ de olf ld.:n E ! espec<
tro do FE ! tl fic~dor bif~ sIco.
F1S . CO l ll trO IE ! d e V e -
Icc:idi3de-Trlf~siro,
Em um variador tfpico a quinta harmonica contern 81 % de energia, enquanto que a setirna contern
42%. A presence de correntes em harmonicas de ordem mais elevada tarnbern e significativa.
Fontes de Allrnentacao Monofasicas
Na figura 16 vemos um circuito tfpico desse tipo de fonte.
http://www.sabereletronica.com.br/secoes/leitura/ 1960limprimir:yes 07/04/2012
5/16/2018 Influencia das Harmonicas na Alimentação de Dispositivos eletronicos - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/influencia-das-harmonicas-na-alimentacao-de-dispositivos-eletronicos 8/9
Saber Eletr6nica Online
1'16,. FOllt'E! di!! Allrnen-
h~~[) mOrlofiisiCiil,.
Pagina 8 de 9
Esse tipo de fonte comutada e encontrado em uma infinidade de equipamentos de uso dornestico e
comercial como computadores, impressoras, monitores de video, televisores, etc.
Como sao, em geral, equipamentos de baixa potencia, os efeitos da grande quantidade de harmonicas
que geram s6 se faz mais evidente em locais onde exista uma boa quantidade deles funcionando. Issosucede em predios de escrit6rios, instalacoes comerciais, etc.
A forma de onda na carga e a sua cornposicao harmonica sao ilustradas na figura 17.
I n tens i d !ade ( ' Y o ) I
100~
5 0 !
fU. form a d 12 onda 'E!i2'Sg::Ii!!ctron a
'C:~F9IiId!iil font!;! de ~llmellh~21[).
Observe que a 3a e 5a harmonicas sao as que mais contribuem para a deforrnacao do sinal. A taxa de
distorcao harmonica para este tipo de circuito chega aos 93% com um elevado fator de crista.
Maquinas de Solda
Uma caracterist ica desse tipo de equipamento e que seu consumo e instavel e ocorre em apenas uma
fase. Na figura 18 temos sua forma de onda.
http://www.sabereletronica.com.br/secoes/leitura/ 1960limprimir:yes 07/04/2012
5/16/2018 Influencia das Harmonicas na Alimentação de Dispositivos eletronicos - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/influencia-das-harmonicas-na-alimentacao-de-dispositivos-eletronicos 9/9
Saber Eletr6nica Online Pagina 9 de 9
A taxa de distorcao chega aos 58 %. A terceira harmonica e a que predomina com 56 % de
intensidade relativa.
conclusao
50!
Fill, Farm. ., de onda e e$pI;!ctro
para <J. lI l I iargulrnoi l de ~oltl~..
Conforme vimos, as formas de onda encontradas nos diversos tipos de dispositivos eletronicos e
eletricos fogem muito da senoidal ideal que a rede fornece. Isso implica na qeracao de harmonicas que
se refletem em toda a rede, podendo afetar 0 funcionamento de diversos tipos de dispositivos que sao
al imentados pela mesma rede.
Usar um instrumento capaz de dar uma inforrnacao real sobre a forma de onda e a intensidade de um
sinal numa rede, ou seja, um instrumento "true rms", e0
primeiro passo para se detectar os problemacausados por harmonicas.
* Materia originalmente publicada na revista Saber Eletronice; Ano: 47; W 460; Mar / Abr - 2012
Extrafdo do Portal Saber Eletronica Online - Todos os direitos reservados - www.sabereletronica.com.br
Recommended