TECNOLOGIA 
SÍNTESE SONORA & ELETRÔNICA ARTESANAL
RESUMO BÁSICO SOBRE FILTROS SUPRESSORES EMC-EMI -PARTE 5
Distorções Harmônicas :
Assim, se a freqüência fundamental é 60Hz, então a segunda harmônica é 120Hz, a terceira é 180Hz e sucessivamente .Os dispositivos que causam este desajuste geralmente produzem harmônicos impares de grande intensidade ,que se somam a senóide fundamental.Com menor ocorrência também os harmônicos pares seguidos de componentes DC sobrepostos a forma de onda original .Existe também os inter - harmônicos que possuem freqüências múltiplas como os harmônicos , mas que não são inteiros da onda fundamentas .
A intensificação das distorções causadas é dependente do aumento de impedância .As correntes harmônicas geradas têm que passar através da impedância da fonte e passam para a da rede elétrica. Como resultado, tensões harmônicas aparecem através da impedância da fonte e fluíram ao longo da instalação elétrica .
Para se analisar os efeitos da distorção harmônica devemos usar formas gráficas do espectro da freqüência fundamental ,que decompõe os componentes harmônicos (serie de FOURIER) e mostra suas amplitudes , através deste parâmetro encontramos os níveis de distorção em relação a onda fundamental como o THD (distorção harmônica total).
Principais causadores :
Cargas não-lineares atreladas a rede elétrica são fontes de contaminação harmônica. Componentes harmônicas fluindo pelos ramais e derivações do sistema resultam em energia elétrica degradada e distorcidas . Fontes chaveadas e conversores são grandes produtores de distorções harmônicas por possuírem em seu circuitos eletrônico ; transistores, diodos, tiristores ou simplesmente semicondutores que manipulam ou drenam grande e rápida quantidade de energia.
Exemplos de causadores
de harmônicos na indústria e no ambiente doméstico :
- controladores de motores , fontes de
energia ininterruptas(UPS). (cargas
não-lineares )
- Equipamentos como transformadores ,
reatores ,máquinas de solda.
- Cargas de menor potência (domésticas e
comerciais) :
1. Televisores e equipamentos de áudio; cargas não-lineares
2. Dimmers,Lâmpadas fluorescentes e seus reatores
eletrônicos; cargas não-lineares
3. Computadores, estabilizadores de
tensão,no-breaks; cargas não-lineares
4. Forno de microondas .
Cargas não-lineares :
os dispositivos semicondutores, alternam
entre os estados de corte e condução rapidamente, provocando cortes abruptos na
condução de corrente ou provocam uma drenagem de energia não compatível com o
ciclo linear da energia absorvida. O resultado é uma onda distorcida,
carregada de componentes
harmônicos.
As Fontes chaveadas são
grandes vilãs :
As fontes chaveadas mantém constante a
tensão de sua saída independentemente do consumo da carga .O circuito
retificador transforma a tensão alternada da rede elétrica (monofásica ou
trifásica) em tensão contínua regulada e estabilizada. A tensão de saída
depende do tempo em que seus componentes semicondutores (normalmente
transistores, tiristores e etc) permanecem em condução (chaveamento). O bloco
de controle utiliza um comparador que mantém a tensão de saída com um
valor pré-estabelecido abrindo ou fechando a chave (semicondutor) com tempos
longos ou curtos dependente da necessidade da carga , entre os tipos de
pulsos que controlam o funcionamento das chaves colocando-as em condução ou
não, o mais conhecido é a Modulação por Largura de Pulso (PWM).
Problemas Causados Por
Tensões Harmônicas
A Causa de
Tensões Harmônicas :
A
distorção na forma de onda fundamental da tensão se propaga quando a
impedância da fonte de alimentação não é nula.Elementos que influenciam esta
impedância:
- Cabos de transmissão da energia desde o barramento até as cargas.Solução básica : separar as linhas que alimentam as cargas geradoras de harmônicos ou cargas não lineares daquelas que são sensíveis a estes harmônicos ou cargas lineares.
- Impedância interna dos geradores ou transformadores da rede de distribuição. Solução básica :transformadores sobre dimensionados.Os transformadores, devem apresentar impedância de saída baixa ou que suportem aquecimento adicional.
Problemas
resultantes da ação de harmônicos :
Num sistema trifásico a forma de onda da tensão de cada fase é defasada de 120º com o neutro. Assim, quando as cargas são equilibradas, a soma das correntes no neutro é zero. Mesmo quando as cargas não são equilibradas, a corrente que flui pelo neutro é pequena, fato este explorado pelos projetistas de instalações, que às vezes especificam condutores com capacidade menor de condução de corrente. No entanto, embora as correntes fundamentais se cancelem, as correntes harmônicas não - múltiplas ímpares a freqüência fundamental especificamente (3º, 9º, 15º harmônicos) se somam no neutro. Neste efeito, as correntes de fase são introduzidas com um defasamento de 120º. As terceira harmônica de todas as fases são idênticas, com amplitude de 70% da fundamental, resultando numa corrente de neutro maior que o valor da amplitude da corrente fundamental.
Uma soluçâo para este efeito é o sobredimensionamento dos condutores de neutro, o que implica no aumento do custo da instalação.
Efeitos em transformadores
Transformadores são afetados de duas maneiras pelos harmônicos. Primeiramente, as correntes de magnetização, que representam cerca de 10% das perdas do transformador a carga plena, crescem com o quadrado do número do harmônico. O resultado é o sobreaquecimento e a perda da vida útil do transformador. Felizmente, poucos transformadores operam a carga plena, mas os efeitos devem ser levados em conta na especificação da planta.
Sobrecorrente em capacitores corretores de fator de potência
Capacitores para correção de fator de potência são utilizados para drenar corrente com ângulo de fase adiantado para contrabalançar corrente atrasadas drenadas por cargas indutivas como motores de indução e reatores.
A impedância destes capacitores diminui com o aumento da freqüência, enquanto que a impedância da fonte que geralmente é indutiva aumenta. O capacitor é levado então, a conduzir correntes harmônicas bem mais altas do que a sua especificação, resultando em danificações nestes dispositivos.
Um problema mais sério é no caso do capacitor juntamente com a indutância da fonte entrarem em ressonância numa das freqüências harmônicas. Isto pode ser evitado adicionando-se uma indutância em série com o capacitor tal que a combinação é puramente indutiva na freqüência do harmônico menos significante. Esta solução também limita as correntes harmônicas no capacitor. O tamanho físico do indutor pode ser um problema, especialmente quando harmônicos de baixa ordem estão presentes.
- Interferências ou ruídos em equipamentos
sensíveis (como radares e computadores);
- Falhas na operação da proteção;
- Ressonâncias indesejáveis;
- Falsa interpretação de sistemas de medição,
podendo trazer reflexos para a medição de consumo de energia ,aumento
do valor monetário na conta de energia sem efetivamente ter usado ou
consumido ;
1.
Passivos
.
2.
Ativos.
Filtros passivos criam um desvio ou baixa impedância para correntes harmônicas , que fluem pelo filtro e não chegam a fonte de alimentação.O filtro pode ser para uma única freqüência , é a solução mais usada para a redução harmônica em sistemas elétricos .
Os filtros sintonizados (LC em série) utilizando apenas componentes passivos (indutores e capacitores).São sintonizados na freqüência que se quer atenuar , geralmente são as freqüência próximas a fundamental , em freqüências mais altas só o capacitor resolve .
Em alguns casos projetar um filtro é complexo .O filtros como os rejeita banda geralmente instalados no neutro ou na fase em série com a carga , bloqueia as correntes harmônicas , promove altas quedas de tensão , em alguns equipamentos sensíveis pode causar distúrbios , mas em outros não .Outras vezes se pode aumentar o problema de harmônicos quando ao tentar atenuar um determinada freqüência criamos ressonância em outra aumentando seu ganho ou amplitude .
Filtros ativos ,condicionadores ou regeneradores
A casos em que o conteúdo harmônico varia muito
ao longo do tempo de operação. Os filtros passivos não são soluções eficazes ,
pois são projetados para freqüências pré definidas de harmônicos
(sintonizados).A solução nestes casos é o emprego de filtros ativos ou
regenerador.É uma maneira de recriar a energia que vem da rede , através da
decomposição da onda fundamental em um inversor (AC/DC/AC) que depois é
reconstituído e compensa as distorções .
(08/04/06) revisão 2014
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