Trabalho qualidade

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Análise da distorção harmônica no acionamento de um compressor de ar industrial por meio de um inversor de frequência
Sistema de energia em forma de ar comprimido (CAES)
 EELi37/EELi38 - Qualidade da Energia Elétrica Prof: Aurélio Coelho
Universidade Federal de Itajubá - Campus Itabira
Integrantes
Dante Duarte Bettoni
Gabriel de Oliveira Gomes
Polyana Rodrigues Bittar
Vitor Nogueira de Abreu
Wesley Saint Clair Soares
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Geração Distribuída
Geração distribuída vem tendo um crescimento significativo no Brasil. (Placas solares e turbinas eólica);
Uma busca por auto suficiência energética de residências e propriedades privadas;
Necessidade do armazenamento de energia é fundamental (encarece bastante esses empreendimentos).
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Novas formas de armazenamento de energia
Alternativa para substituir as baterias.
O armazenamento de Energia em forma de ar comprimido, em inglês, compressed air energy system (CAES), é uma alternativa que vem sendo estudada.
É possível fazer ensaios em compressores de ar industriais, acionados por um motor de indução trifásico (MIT) e um inversor de frequência para estudar esta tecnologia.
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Objetivo do trabalho
Analisar a variação da distorção harmônica total (DHT), com a variação da frequência de operação;
Comparar a relação entre a variação da DHT e de outras variáveis, como pressão e corrente;
Analisar as perdas relacionadas ao uso do inversor de frequência.
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Impacto do Inversor de frequência
Impacto sobre a qualidade de energia.
O MIT possui controle de velocidade feito por um inversor de frequência;
O chaveamento em alta frequência pode provocar distorções harmônicas:
na corrente de entrada do inversor;
na corrente de saída do inversor.
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Influência harmônica nas placas fotovoltaicas
Apresenta característica não-linear e que depende do período do ano (incidência de luz solar);
Impacto na QE pelo uso dos conversores.
Diversos estudos foram realizados visando diminuir a distorção harmônica total.
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Harmônicas de tensão e corrente
Conceitualmente, harmônicas são sinais de tensão ou de corrente com frequências múltiplas inteiras da fundamental;
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Harmônicas de tensão e corrente
Aspectos gerais:
É um fenômeno contínuo, ou seja, de longa duração;
Quanto maior a ordem ou freqüência do harmônico menor sua intensidade;
Harmônicos de ordem ímpar são os mais intensos e frequentes, devido ao seu comportamento similar nos semiciclos positivo e negativo. 
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Harmônicas de tensão e corrente
Procedimentos quantitativos;
Distorção harmônica total (DHT) e Distorção harmônica individual (DHI)
Onde:
Vh - Valor eficaz da tensão de ordem “h”
 Ih - Valor eficaz da corrente de ordem “h” 
V1 - Valor eficaz da tensão fundamental
 I1 - Valor eficaz da corrente fundamental 
h - Ordem da componente harmônica 
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Harmônicas de tensão e corrente
As correntes harmônicas são geradas por cargas não-lineares;
Conversores/inversores de frequência, fontes chaveadas, lâmpadas fluorescentes...
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Influência harmônica em máquinas rotativas (indução e síncrona)
Alimentados por uma rede provida de distorções, podem apresentar um mau funcionamento, bem como o agravamento de defeitos:
Sobreaquecimento;
Operações inadequadas;
Sobretensões;
Aumento de perdas (ferro e cobre);
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Compressor 
Compressor Schulz CSL10 com MIT de 2 CV da WEG 
Compressor de ar industrial, com motor conectado em delta
Figura 1 - Compressor de ar Schulz CSL10.
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Inversor de frequência
Inversor de frequência da ABB, modelo ACS355
Acionamento e controle de velocidade do motor
Figura 2 - Inversor de Frequência ACS355, ABB
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Medidor de qualidade
 Fluke 437 série II
Aquisição de tensões e correntes de linha.
Figura 3 - Medidor de QEE Fluke 437 série II.
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Metodologia
Coleta dos dados de distorção harmônica total de corrente;
Observação da relação entre a variação da frequência de operação e a DHT de corrente;
Coleta da DHT da corrente de linha, variando no tempo, durante o processo de enchimento do reservatório;
Coleta dos dados de variação de potência no tempo para 60 Hz, com e sem inversor;
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Metodologia
Coleta de dados de variação de pressão no tempo foram coletados utilizando um sensor de pressão industrial PT5404 e placa de aquisição de dados da National Instruments NI 6212, realizando instrumentação via Labview.
Figura 4 - Sensor de pressão industrial PT5404.
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Figura 5 - Circuito de condicionamento de sinal do sensor.
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Figura 5 - Diagrama de blocos utilizado para aquisição de dados
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Operação a 60 Hz
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Operação a 30 Hz
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Operação a 45 Hz
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Análise de perdas
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Cálculo de perdas
Como a área do gráfico da potência x tempo representa o trabalho realizado, foi realizado o cálculo da integral dos polinômios encontrados.
O período da curva é de 6 minutos, sendo o intervalo de integração definido de 0 a 0,1 horas.
Energia:
Com inversor: 89,68 Wh
Sem inversor: 81,89 Wh
Perdas: 7,79 Wh
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Conclusão
Menor impacto relacionado a harmônicos no sistema (30 Hz e 60 Hz);
Faixa frequência de 45 Hz impacto maior;
Alto valor de distorção na saída do inversor;
Crescimento inverso ao crescimento da carga;
Os harmônicos podem causar elevados aquecimentos e diminuem a vida útil dos equipamentos;
Perdas na ligação direta à rede menores do que com acionamento pelo inversor;
Uso de sistemas de mitigação de harmônicos são recomendados;
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Referências
MORENO, Hilton. Harmônicas nas Instalações Elétricas – Causas, efeitos e soluções. Procobre: 2001.
SANTOS, Felipe Menezes Ferreira dos. COMPARAÇÃO DAS NORMAS IEC 61000-3-2 E IEEE 519. 2007. 57 f. Tese (Doutorado) - Curso de Engenharia Elétrica, Ufrj, Rio de Janeiro: 2007.
FRANCO, Ricardo A. P. CORRÊA, Henrique P. VIEIRA, Flávio H. T. DE CASTRO, Marcelo S. REDUÇÃO DA INJEÇÃO DE HARMÔNICOS POR SISTEMAS FOTOVOLTAICOS NA REDE DE ENERGIA UTILIZANDO ALGORITMO FUZZY. VII Congresso Brasileiro de Energia Solar. Gramado: abr. de 2018.
TSUTIYA, Milton T. Utilização de Inversores de Freqüência para Diminuição de Consumo de Energia Elétrica em Sistemas de Bombeamento. VI SEREA – Seminário Iberoamericano sobre Sistemas de Abastecimento Urbano de Água. São Paulo.
BOYLESTAD, Robert L. – Introdução à Análise de Circuitos – Prentice Hall/Pearson, 10ª. Ed, 2004.
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