2. Causas de distorção harmônica
Serão apresentados a seguir equipamentos e fenômenos que produzem contaminação harmônica no sistema elétrico. Quando se fizer referência ao termo ideal, significa que estão sendo desconsiderados os efeitos indutivos do sistema de alimentação, ou seja, considera-se a alimentação feita a partir de uma fonte ideal.
2.1 Conversores
Serão vistos aqui alguns casos típicos de componentes harmônicas produzidas por conversores eletrônicos de potência, tais como retificadores e controladores CA.
2.1.1 Formas de onda em conversores ideais
A figura 1 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 figura 2 tem-se a forma de tensão de saída do retificador, numa situação ideal. Supondo uma corrente constante, sem ondulação sendo consumida pela carga, a forma de onda da corrente na entrada do retificador é mostrada na figura 3.
As amplitudes das componentes harmônicas deste sinal seguem a equação 1.1:
onde:
h é a ordem harmônica;
k é qualquer inteiro positivo;
q é o número de pulsos do circuito retificador (6, no exemplo).
Figura 1 - Circuito retificador trifásico, com carga RL.
Figura 2 - Tensão de saída de retificador ideal.
Figura 3 - Tensões e corrente de entrada com carga indutiva ideal e espectro da corrente.
2.1.2 A comutação
Uma forma de corrente retangular, como a suposta na figura 3, pressupõe a não existência de indutâncias em seu caminho, ou então uma fonte de tensão infinita, que garante a presença de tensão qualquer que seja a derivada da corrente.
Na presença de indutâncias, como mostrado na figura 4, no entanto, a transferência de corrente de uma fase para outra não pode ser instantânea. Ao invés disso, existe um intervalo no qual estarão em condução o diodo que está entrando e aquele que está em processo de desligamento. Isto configura um curto-circuito na entrada do retificador. A duração deste curto-circuito depende de quão rapidamente se dá o crescimento da corrente pela fase que está entrando em condução, ou seja, da diferença de tensão entre as fases que estão envolvidas na comutação.
Figura
A figura 5 mostra um resultado experimental relativo a um retificador deste tipo. Neste caso a corrente não é plana, mas apresenta uma ondulação determinada pelo filtro indutivo do lado CC. Mesmo neste caso pode-se notar que as transições da corrente de entrada não são instantâneas e que durante as transições, nota-se uma perturbação na tensão na entrada do retificador. O valor intantâneo desta tensão é a média das tensões das fases que estão comutando, supondo iguais as indutâncias da linha. Este "afundamento" da tensão é chamado de "notching".
Como se nota, a distorção na tensão ocorre devido à distorção na corrente associada à reatância da linha.
Figura
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