Distorção harmônica: causas, efeitos e soluções.

Curso Avaliação da Qualidade da Energia Elétrica

S.M.Deckmann e J. A. Pomilio

4. Distorção harmônica: causas, efeitos e soluções.
4.1 Origem das distorções harmônicas Uma distorção de forma de onda é dita harmônica quando a deformação se apresenta de forma similar em cada ciclo da freqüência fundamental. Neste caso, seu espectro contém apenas freqüências múltiplas inteiras da fundamental. Esse tipo de deformação periódica geralmente é imposta pela relação não-linear tensão/corrente característica de determinados componentes da rede, como por exemplo, transformadores e motores, cujos núcleos ferromagnéticos são sujeitos à saturação. Outra causa de não-linearidades são as descontinuidades devido ao chaveamento das correntes em conversores eletrônicos, pontes retificadoras e compensadores estáticos. Cargas que, além de serem não-lineares, também variam ao longo do tempo, produzem distorções variáveis no tempo o que leva ao aparecimento de freqüências interharmônicas além de harmônicas moduladas [23]. É o caso dos fornos a arco e de compensadores reativos controlados por tiristores [15, 16]. Por esse motivo, e por sua enorme potência (dezenas de MW), os fornos elétricos a arco são considerados cargas problemáticas para a operação de sistemas elétricos. Os exemplos a seguir visam mostrar o efeito distorcivo, provocado por não-linearidades típicas, impostas ao sistema. 4.2 Efeito distorcivo devido à saturação magnética Suponhamos que a curva de magnetização de um núcleo de transformador seja aproximada pela característica não-linear seguinte:

φ ( t ) = 2 . sen ( 2 π ft )

(4.1a)
2

i ( t ) = k .φ ( t ). 1, 3 ( φ ( t )) v (t ) = dφ dt

(4.1b)

(4.1.c)

Se assumirmos f=50 Hz e k=0,1 resulta a característica φ(t) por i(t) da Figura 4.1, que se aproxima de uma curva de magnetização típica. Neste exemplo hipotético, a corrente, apesar de distorcida, estará em fase com o fluxo, mas estará deslocada temporalmente1 da tensão, de acordo com a relação