harmonicos inversor de Frequencia siemens

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Jornadas Técnicas
Novas perspectivas
Mundo em Movimento 2005
Drive TechnologyDrive Technology
Evitando problemas
com Harmônicos
Mundo emMundo em
MovimentoMovimento
2005
Componente
fundamental
Harmônico 
de ordem 3
Harmônico
de ordem 5
Harmônicos 
de ordem 7,9,11, ...
Onda senoidal 
distorcida
1 2 3 4 65 7 8 9
100%
Ordem No.
Amplitude
Distorção relativa por harmônicos 
(Fator de distorção - D.F.):
Representação gráfica do conteúdo de 
harmônicos:
( )
%100
...
..
1
2
7
2
5
2
3 ×
+++
=
U
UUU
FD
t
t
t
t
Definição de Harmônicos
Mundo emMundo em
MovimentoMovimento
2005
Principais fontes de harmônicos
Cargas não-lineares:
• Retificadores controlados e não-controlados
• Eletroímãs
• Fontes chaveadas
• Controladores de tensão
• Partidas suaves (Soft Starters)
• Conversores de corrente contínua
• Inversores de freqüência
• Máquinas de solda
• Lâmpadas fluorescentes/fosforescentes
• Chaveamento de cargas resistivas
• Descargas atmosféricas
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MovimentoMovimento
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Harmônicos gerados por inversores
Harmônicos de corrente:
In = P*n ± 1
In= Harmônico de corrente de ordem “n”
n = número inteiro consecutivo (n=1,2...) 
P = número de pulsos do conversor
• Conversores de 6 pulsos
In = 6*n ± 1 , ou seja: I5, I7,I11, I13, ...
• Conversores de 12 pulsos
In = 12*n ± 1 , ou seja: I11, I13, ...
• Conversores Monofásicos ou de 2 pulsos
In = 2 ± 1 , ou seja: I3
Cuidado! Corrente de “Seqüência Zero”
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-14
I13I13+13
012
I11I11-11
+10
09
-8
I7+7
06
I5-5
+4
03
-2
+1
12 pulsos6 PulsosSeqüênciaOrdem
Harmônicos de corrente
Cuidados:
• Correntes de Seqüência “0”
(múltiplos de 3) não 
aparecem nos conversores 
trifásicos de 6 e 12 pulsos.
• Transformadores com 
primário em triângulo retêm 
as correntes de seqüência “0”
e atuam como “filtro”para a 
rede.
• Cuidado com o aquecimento 
do transformador!
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Correntes de Seqüência Zero:
• Aquecimento dos cabos de neutro
• Aquecimento do primário do transformador devido a 
corrente de circulação no triângulo
Correntes de Seqüência Positiva e Negativa:
• Produzem esforços adicionais no eixo de máquinas 
rotativas (motores e geradores); seqüência negativa produz 
contra-torque no eixo da máquina
• Produzem perdas adicionais no ferro e no cobre das 
máquinas
• Banco de capacitores são afetados principalmente pela 
“Quinta Harmônica”
Efeitos dos Harmônicos
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Cuidado com os Harmônicos!
Cuidados:
• Quanto menor a ordem do harmônico, maior sua amplitude 
e maior a distorção.
Exemplo:
Sendo I1 a componente fundamental (60Hz)
I5 ~ I1 / 5
I7 ~ I1 / 7
• O nível de harmônicos em uma rede determina a qualidade 
desta rede.
• A potência representada pelas distorções não realiza 
“trabalho”. É requerida maior potência do sistema de 
geração para uma mesma potência ativa da carga.
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MovimentoMovimento
2005
Controle de Harmônicos
NORMAS:
IEEE 519: Recomenda as práticas e requisitos para o controle 
de harmônicos em sistemas elétricos de potência
TENSÃO:
• Estabelece o nível máximo de distorção aceitável no “PAC”
(Ponto de Acoplamento Comum).
• Níveis de distorção aceitáveis de “THD”(do inglês, Distorção 
Harmônica Total) para sistemas até 69KV: <6% , sendo:
ÍMPARES PARES
3,5 e 7: < 5% 2,4 e 6: < 2%
9,11 e 13: < 3% acima de 8: < 1%
15 a 25: < 2%
acima de 27: < 1%
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Controle de Harmônicos
NORMAS:
IEEE 519: Recomenda as práticas e requisitos para o controle 
de harmônicos em sistemas elétricos de potência
CORRENTE:
• Depende do fator “R” (Relação de curto-circuito da 
instalação no “PAC”).
R=ISC/IL , onde:
ISC = máxima corrente de curto-circuito no “PAC”
IL = máxima demanda de corrente fundamental das 
cargas lineares e não lineares
ordem <11 11-17 17-21 23-33...
R ≤20 4% 2% 1,5% 0,6%...
R < 50 7% 3,5% 2,5% 1%...
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Conversor ou
Fonte de Harmônicos
XL ‒ Reatância da rede
ou do sistema
XC ‒ Reatância do Banco
de Capacitores
~
Circuito oscilante
Corrente de
excitação
Efeito da Ressonância
CL
CL
XX
XXZ
-
×
=
LfX rL ××= p2 Cf
X
r
C ××
=
p2
1
LC
fr
×
=
p2
1
Portanto, se XL @ XC, Z tende a ¥ e ocorre sobre-tensão
fr = freqüência de ressonância
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PROBLEMAS:
• Afetam a isolação de motores, transformadores e cabos
• Geram maior aquecimento destes componentes
• Afetam a operação de aparelhos eletrônicos “funcionamento maluco”
• Os conversores são fontes de harmônicos, mas também podem ter o 
funcionamento afetado devido à outras fontes de harmônicos
SOLUÇÕES:
• Instalação de reatores de linha
• Instalação de transformadores isoladores
• Remanejamento de cargas
• Instalação de filtros
• Utilização de conversores 12- pulsos
• Utilização de conversores AFE
Problemas soluções
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Efeito
Reator de saída
Filtro limitador
de tensão (filtro dv/dt)
Filtro Senoidal 
Medida
• Compensa as Correntes Parasitas Capacitivas 
devido a cabos longos entre o conversor e o motor
• Reduz a taxa dv/dt nos terminais do motor e reduz 
o “stress” na isolação
• Limita o dv/dt nos terminais do motor a 500V/ms
• Limita os picos de tensão nos terminais do motor a 
~1,76*UL
• Alimenta o motor com tensão e corrente 
praticamente senoidais
Como minimizar os harmônicos
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INVERSOR DE
FREQÜÊNCIA Motor
Equipamentos de 
Correção de Fator 
de Potência
Máquinas 
de solda
Aquecedores 
RF etc.
Grandes drives 
e Sistemas 
Eletrônicos de 
Potência
Descargas atmosféricas,
Falhas no Sistema
de Potência
instale aqui um Reator de linha
e um equipamento de
Proteção contra sobre-tensão
Harmônicos
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Aplicação dos Reatores de Linha
conv
k
SC S
SR =
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Exemplo de aplicação incorreta
• Barramento poluído por harmônicos
• Cargas sensíveis no mesmo barramento de conversores
• Cargas sensíveis: PCs, fontes eletrônicas, pequenos drives
ERRADO
Sala de
controle
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• Distribuição dos conversores em transformadores de 
acordo com o “THD” máximo admissível pelos conversores: 
< 10% ( conforme VDE 0839 e EN 62000-2-4
• Transformador dedicado para cargas sensíveis
• Cargas monofásicas alimentadas por transformador 
isolador com alimentação fase-fase no primário
Exemplo de aplicação correta
CERTO
Sala de
controle
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Recomendação: > 400 kW, utilizar 12-pulsos ou AFE
Como minimizar os harmônicos
6-pulsos 12-pulsos AFE
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Retificador 12-pulsos
Rectifier
OP1S user-
friendly op.
control panel
PMU
parameterizing
unit
Fuses
Line commutating
reactor Uk=2%
Main switch
Supply connecting
panel
Main contactor
Motor connecting
panel
Inverter
Basic equipment
Option
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Sistema 2
Y-D (ou DY)
Sistema 1
Y-Y
Total no
primário
UUV UUV
U V W 
Retificador 12-pulsos
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Fuses
Main switch
Supply connecting
panel
Main contactor
Precharging
contactor
Precharge circuit
Line filter
Supply-side converterInverter
OP1S user-
friendly op.
control
panel
PMU
parameterizing
unit
Motor connecting
panel
Basic equipment
Option
Retificador com Tecnologia AFE
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Unidade de Alimentação 
com Filtro Clean Power
Unidade Inversora
Retificador AFE
Retificador com Tecnologia AFE
200 kW
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0,0%
1,0%
2,0%
3,0%
4,0%
5,0%
2
3
4
5
6
7
8
9
1
0
1
1
1
2
1
3
1
4
1
5
1
6
1
7
1
8
1
9
2
0
2
1 2
2 2
3
2
4
2
5
Ordem dos harmônicos
N
ív
el
 d
e 
te
ns
ão
 h
ar
m
ôn
ic
a
AFE
12 pulsos
6 pulsos
Masterdrives 6-pulsos X 12 pulsos X AFE
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0,00%
0,02%
0,04%
0,06%
0,08%
0,10%
0,12%
0,14%
0,16%
0,18%
2
3
4
5 6
7
8
9
1
0
1
1 1
2
1
3
1
4
1
5
1
6 1
7
1
8
1
9 2
0
2
1 2
2
2
3
2
4
2
5
Ordem dos harmônicos
N
ív
el
 d
e 
ha
rm
ôn
ic
os
 d
e 
te
ns
ão
Active Front End
Masterdrives AFE: níveis de harmônicos
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BENEFÍCIOS:
• Não provoca distorções harmônicas na rede (filtro Clean Power)
• Permite o controle do fator de potência visto pela rede, entre 0,8 
indutivo e 0,8 capacitivo.
• Garante 100% do desempenho do acionamento, mesmo quando 
ocorre flutuação da tensão da rede.
• Oferece alta dinâmica ao acionamento
• Opera em 4 quadrantes e propicia 100% de regeneração de energia 
em regime contínuo.
• Opera isento de falhas de comutação. Evita queima de fusíveis 
durante a regeneração de energia.
Retificador com tecnologia AFE
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Sinamics 
Line 
Harmonic
Filter
Inversor de 
freqüência 
SINAMICS
6-pulsos
Corrente na linha Corrente na entrada
do conversor
M
NOVIDADE! Sinamics Line Harmonic Filter
• Filtro de Harmônicos, ressonante série, para conversores 
de 6-pulsos tipo Sinamics G130 e G150
• Desempenho equivalente ao de conversores de 12-pulsos
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NOVIDADE! Sinamics Line Harmonic Filter
BENEFÍCIOS:
• Absorvem os harmônicos de corrente de baixa freqüência 
(Ordens 5 e 7)
• Operação em redes de 50 Hz ou 60 Hz
• Não requer um transformador de duplo secundário
• Baixos níveis de harmônicos de corrente nos cabos de 
entrada (rede de alimentação)
• Conversor mais compacto que o equivalente na solução 
de 12-pulsos, pois contém apenas 01 retificador de 
entrada
• Refrigeração natural, sem ventilador
• Grau de Proteção IP21
• Pode ser fornecido avulso e ser instalado pelo cliente
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Corrente de linha de um 
conversor com filtro è
i
Valores típicos de Distorção de Corrente – THD: 
Retificador de 6-pulsos 40%
Retificador de 12 pulsos > 10%
Retificador de 6 pulsos com filtro < 10% 
NOVIDADE! Sinamics Line Harmonic Filter
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Níveis de Harmônicos de Corrente em inversores
NOVIDADE! Sinamics Line Harmonic Filter
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NOVIDADE! Sinamics Line Harmonic Filter
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NOVIDADE! Sinamics Line Harmonic Filter