HARMÔNICAS

Com o avanço tecnológico, uma gama cada vez 
maior de aparelhos mais compactos e com 
componentes variados é lançada no mercado. Com 
isso, problemas que antes eram desconhecidos 
apareceram, DISTORÇÕES HARMÔNICAS .


HARMÔNICAS


Dizemos que uma tensão está distorcida quando sua forma de onda, envoltória, não é mais senoidal. Sempre que uma tensão deixa de ser senoidal ocorrem mudanças de comportamento nas instalações elétricas e nos equipamentos consumidores. Quanto mais distorcida a forma de onda mais acentuados serão os efeitos negativos sobre alguns tipos de equipamentos VEJA GRÁFICO NA FIGURA LOGO ABAIXO. O nível de distorção harmônica é medido como uma relação percentual, através de um método matemático complexo que decompõe a forma de onda sob análise em uma somatória de outras ondas, medindo a intensidade individual de cada harmônico e totalizando suas componentes.

Efeitos de harmônicas em componentes do sistema elétrico

O grau com que harmônicas podem ser toleradas em um sistema de alimentação depende da

susceptibilidade da carga (ou da fonte de potência). Os equipamentos menos sensíveis, geralmente,

são os de aquecimento (carga resistiva), para os quais a forma de onda não é relevante. Os mais

sensíveis são aqueles que, em seu projeto, assumem a existência de uma alimentação senoidal como,

por exemplo, equipamentos de comunicação e processamento de dados. No entanto, mesmo para as

cargas de baixa susceptibilidade, a presença de harmônicas (de tensão ou de corrente) podem ser

prejudiciais, produzindo maiores esforços nos componentes e isolantes.

Motores e geradores

O maior efeito dos harmônicos em máquinas rotativas (indução e síncrona) é o aumento do

aquecimento devido ao aumento das perdas no ferro e no cobre. Afeta-se, assim, sua eficiência e o

torque disponível. Além disso, tem-se um possível aumento do ruído audível, quando comparado

com alimentação senoidal.

Outro fenômeno é a presença de harmônicos no fluxo, produzindo alterações no acionamento, como

componentes de torque que atuam no sentido oposto ao da fundamental, como ocorre com o 5 o , 11o,

17o, etc. harmônicos. Isto significa que tanto o quinto componente, quanto o sétimo induzem uma

sexta harmônica no rotor. O mesmo ocorre com outros pares de componentes.

O sobre-aquecimento que pode ser tolerado depende do tipo de rotor utilizado. Rotores bobinados

são mais seriamente afetados do que os de gaiola. Os de gaiola profunda, por causa do efeito

pelicular, que conduz a condução da corrente para a superfície do condutor em frequências elevadas,

produzem maior elevação de temperatura do que os de gaiola convencional.

O efeito cumulativo do aumento das perdas reflete-se numa diminuição da eficiência e da vida útil da

máquina. A redução na eficiência é indicada na literatura como de 5 a 10% dos valores obtidos com

uma alimentação senoidal. Este fato não se aplica a máquinas projetadas para alimentação a partir de

inversores, mas apenas àquelas de uso em alimentação direta da rede.

Algumas componentes harmônicas, ou pares de componentes (por exemplo, 5 a e 7a, produzindo uma

resultante de 6a harmônica) podem estimular oscilações mecânicas em sistemas turbina-gerador ou

motor-carga, devido a uma potencial excitação de ressonâncias mecânicas. Isto pode levar a

problemas de industriais como, por exemplo, na produção de fios, em que a precisão no acionamento

é elemento fundamental para a qualidade do produto.

Transformadores

Também neste caso tem-se um aumento nas perdas. Harmônicos na tensão aumentam as perdas ferro,

enquanto harmônicos na corrente elevam as perdas cobre. A elevação das perdas cobre deve-se

principalmente ao efeito pelicular, que implica numa redução da área efetivamente condutora à

medida que se eleva a frequência da corrente.

Cabos de alimentação

Em razão do efeito pelicular, que restringe a secção condutora para componentes de freqüência

elevada, também os cabos de alimentação têm um aumento de perdas devido às harmônicas de

corrente. Além disso tem-se o chamado "efeito de proximidade", o qual relaciona um aumento na

resistência do condutor em função do efeito dos campos magnéticos produzidos pelos demais

condutores colocados nas adjacências.

Equipamentos eletrônicos

Alguns equipamentos podem ser muito sensíveis a distorções na forma de onda de tensão. Por

exemplo, se um aparelho utiliza os cruzamento com o zero (ou outros aspectos da onda de tensão)

para realizar alguma ação, distorções na forma de onda podem alterar, ou mesmo inviabilizar, seu

funcionamento.

Caso as harmônicas penetrem na alimentação do equipamento por meio de acoplamentos indutivos e

capacitivos (que se tornam mais efetivos com a aumento da freqüência), eles podem também alterar o

bom funcionamento do aparelho.

Aparelhos de medição

Aparelhos de medição e instrumentação em geral são afetados por harmônicas, especialmente se

ocorrerem ressonâncias que afetam a grandeza medida.

Dispositivos com discos de indução, como os medidores de energia, são sensíveis a componentes

harmônicas, podendo apresentar erros positivos ou negativos, dependendo do tipo de medidor e da

harmônica presente. Em geral a distorção deve ser elevada (>20%) para produzir erro significativo.

Causas de distorção harmônica

Serão apresentados a seguir equipamentos e fenômenos que produzem contaminação harmônica no

sistema elétrico. 

Conversores 

Serão vistos aqui alguns casos típicos de componentes harmônicas produzidas por conversores

eletrônicos de potência, tais como retificadores e controladores CA.

                                                     INVERSO DE FREQUÊNCIA

Formas de onda em conversores ideais

A figura 4.7 mostra um retificador a diodos alimentando uma carga do tipo RL, ou seja, que tende a

consumir uma corrente constante, caso sua constante de tempo seja muito maior do que o período da

rede.

Na figuras 4.8 tem-se a forma de tensão de saída do retificador

corrente constante, sem ondulação sendo consumida pela carga, a forma de onda da corrente na

entrada do retificador é mostrada na figura 4.9.

As amplitudes das componentes harmônicas deste sinal sinal seguem a equação (4.1)

Reator controlado a tiristores (RCT)

A figura 4.12 mostra o circuito de um RCT, elemento utilizado para fazer controle de tensão no

sistema elétrico. Isto é feito pela síntese de uma reatância equivalente, que varia entre 0 e L, em

função do intervalo de condução do par de tiristores. A forma de onda da corrente, bem como seu

espectro estão mostrados na figura 4.13. Observe a presença de harmônicos ímpares. À medida que o

intervalo de condução se reduz aumenta a THD da corrente.

    SOFT-START UTILIZADO PARA FAZER CONTROLE DE TENSÃO EM PARTIDA DE MOTORES.

VEJA ACIMA FORMAS DE ONDAS EM PARTIDAS CONTROLADAS POR TIRISTORES

PRINCIPAIS CARGAS GERADORAS DE HARMÔNICAS

Qual é o maior contribuinte para 

Harmônicas?

Harmônicas não são novas....

Elas existem em transformadores, motores e capacitores de fp.

Cargas monofásicas não lineares como

computadores, reator eletrônico, TVs, VCRs tem

mudado o caminhos do fluxo de corrente da fonte

para a carga.

Cargas trifásicas não lineares como máq. de solda,

aquecedores elétricos, Conversores CC,

aquecedores de indução podem demandar altos

picos de corrente da fonte .

Resumo dos problemas com harmônicos

- Corrente “rms” maior gerando mais perda por efeito joule 

- Maior queda de tensão na instalação

- Distorção da onda de tensão que é entregue a outras cargas

- Piora do fator de potência real

- Aumento da corrente no neutro – desbalanço de tensão entre

neutro e terra

- Disparo indevido de dispositivos de proteção por

dimensionamento sem considerar as correntes harmonicas.

COMO RESOLVER PROBLEMAS COM HARMÔNICAS

- Procurar onde existam altos valores de corrente instantânea.

- Adicionar ou aumentar a indutancia entre fonte e

carga.

-  Aumentar a capacidade da fonte de alimentação [cabos,

proteção, etc.]

-  Uso de filtros especiais para casos mais críticos