11 - Inversor de frequencia

Prévia do material em texto

1
Prof. Edilson A. 
da Silva
ConsideraConsideraççõesões sobresobre
InstalaInstalaççãoão de de InversoresInversores
CEFET CEFET -- MT MT 20062006
Automação e Controle
2
Considerações sobre Instalação 
de Inversores de frequência
3
Prof. Edilson A. 
da Silva
Considerações sobre Instalação de Inversores
Supervisor Eletricistas
?
Transientes na linha
Harmônicas
Aterramento
Modo Comum
&
Acoplamento Capacitívo
Onda Refletida
A proteção adequada e 
uma boa prática, 
contribuem com 
sucesso para garantir 
uma boa instalação. 
Diga-me de 
novo porque 
eu estou usando
inversores?
ZZéé TraTraííra ltdara ltda
4
Prof. Edilson A. 
da Silva
IMPORTANTE !!!!!!
• As informações contidas nesta apresentação são genéricas 
• Não existe uma solução universal para todos os casos e 
para tudos os problemas
• O usuário sempre deverá usar bom senso e analizar a 
aplicação.
• O usuário sempre deverá consultar o Manual de instruções 
do Produto antes de instala-lo
5
Prof. Edilson A. 
da Silva
CONSIDERAÇÕES SOBRE 
INSTALAÇÃO DE INVERSORES DE 
FREQUÊNCIA 
Reatores de entrada.
Ruído de Modo Comum (EMI/EMC/RFI)
Comprimento de Cabo ( onda refletida e corrente Capacitivo)
ATERRAMENTO E LAYOUT DE PAINEL
Harmônicas
6
E Somente para Relembrar !
7
Prof. Edilson A. 
da Silva
Inversores de Frequência
8
Prof. Edilson A. 
da Silva
Inversores de Frequência
9
Prof. Edilson A. 
da Silva
Inversores de Frequência
10
Prof. Edilson A. 
da Silva
Inversores de Frequência
Parte de 
Potência
Parte de Comando
Ajustes de Programação
Entrada
220 V
60 Hz
Saída
M
Tensão/Freqüência
Variável
11
Prof. Edilson A. 
da Silva
Inversores de Frequência
Diagrama de Blocos Típico de um Inversor
12
Prof. Edilson A. 
da Silva
Quando Usar um Reator de Entrada
• 1.Quando a impedância da rede <1%
• 2.Quando a capacidade de curto circuito da 
• rede > que a capacidade de curto do Inversor.
• 3. A Rede tem chaveamentos frequentes de capacitores 
para corrigir o fator de Potência .
• 4.Rede “ Suja” com picos altos e estreitos de tensão.
• 5.Rede com afundamentos de tensão frequentes e superior 
a 200V
13
Prof. Edilson A. 
da Silva
O Que o Reator de entrada Faz ?
• Reduz o conteúdo harmônico devolvido para Rede.
• Melhora o Fator de Potência Total
• Aumenta a vida util do equipamento principalmente em 
Redes sujas.
• Adapta a capacidade de Curto circuito
14
Prof. Edilson A. 
da Silva
Vantagens do uso de IGBT
• Altas frequências de chaveamento (Carrier) :
– Menor ruído no Motor
– Menor aquecimento do Motor
– Melhor controle
• Redução do tamanho fisico do inversor
• Entrada de Alta Impedância
– Reduz consumo de energia do inversor
– Reduz o tamanho da placa de controle
15
Corrente (Ruído) de Modo Comum
(EMI)
16
Prof. Edilson A. 
da Silva
Acontece a cada chaveamento dos 
IGBT’s
Tensão de Saída VL-L vs. Corrente de Fuga IL-G
17
Prof. Edilson A. 
da Silva
Inversor
Common Mode
Current Path
PE
Terra Potencial #3Potencial #1
Motor
Potencial #2
XO
R U
V
W
S
T
PE
Ilg Motor 
Ilg
Ilg
Ilg
Ilg
Ilg
Clg-c
Clg-m
A
B
C
Vdc
bus
(-)
(+)
Logica
Terra (True Earth ,TE)
Interface Electronics
0-10V, comunicação, 
4-20 ma,sensor, interface, 
,etc
Potencial # 4
Tach
Transformador de entrada
Vng
Fluxo da Corrente ( Ruído )de Modo Comum (EMI)
18
Prof. Edilson A. 
da Silva
Condição Existente: dv/dt “Ruído”
L LINK
FASE A
MOTOR
CMOD
CABO SEM SHIELD
3 FASES TRIANGULAR 
CABO POTÊNCIA
ISG1 SGC
ISG2
ISG
CHASSIS GND
CMOD
GROUND 
WIRETODA AS CORRENTES I DEVEM 
RETORNAR AQUI OU AQUI
G
I G RETORNO
PROBLEMA: RUÍDO NO SISTEMA DE TERRA DO CLIENTE
* CAMIINHO DE RETORNO ATRAVÉS DE CAPACITÂNCIA PARASITÁRIA
(i.e.. CAMINHOS DESCONHECIDOS) 
* I terra PODE ENCONTRAR ESTES CAMINHOS ATRAVÉS CNC, PLC, E TERRA DE COMPUTADORES
* CORRENTE CONDUZIDA PARA TERRA CLIENTE COM PROBLEMA DE RUÍDO EMI 
19
Prof. Edilson A. 
da Silva
Inversor
Common Mode Current Path
PE
Aterramento
Potencial 4
Potencial #3Potencial #1
Motor
Motor PE
GND wire
Potencial #2
XO
R U
V
W
S
T
PE
PE
Ilg
Motor 
Ilg
Ilg Ilg
Ilg
Ilg
Ilg
Clg-m
A
B
C
Vdc
bus
(-)
(+)
Contato
Acidental
eletroduto
s
t
r
a
p
Transformador
E uma Boa prática para reduzir a corrente de ruído comum mas
um contato do Eletroduto com a Terra pode poluir a malha de 
Terra
Cabos motor em Eletroduto é bom mas….
20
Prof. Edilson A. 
da Silva
Específicar 3 Fios em eletroduto é uma boa prática 
mas pode não ajudar
INVERSOR
LOGIC 
C MODULE 
ELETRODUTO
MOTOR 
ENROLAMENTO
ATERRAMENTO PE 
PE 
CONTATO 
ACIDENTAL DO 
ELETRODUTO
("POLUI" A MALHA DE TERRA PARA TODOS OS USUÁRIOS)
CARCAÇA
MOTOR
X
X
SOME HF
21
Prof. Edilson A. 
da Silva
Inversor
Common Mode
Current Path
PE
Aterramento
Potencial 4
Potencial #3Potencial #1
Motor
Additional 
Motor PE
GND wire
Potencial #2
XO
R U
V
W
S
T
PE
PE
Motor
Ilg
Ilg
Ilg
Ilg Clg-m
A
B
C
Cabos Shieldados
PVC PVC
Cabos ShieldadosTransformador
HRG or 
SOLID GND
Sem Dúvida a melhor Solução e a mais Cara $$$$$$$$$$$$$$$$$$$ 
Cabos de entrada e Cabos Motor Shieldados com Isolação de PVC
22
Como Capturar e Retornar o Ruído 
para a fonte
23
Prof. Edilson A. 
da Silva
Inversor
Common Mode Current Path
PE
EARTH GROUND
Potential 4
Potential #3Potential #1
Motor
Additional 
Motor PE
GND wire
Potential #2
XO
R U
V
W
S
T
PE
PE
Motor 
Ilg
Ilg
Ilg
Ilg
Ilg
Ilg
Clg-m
A
B
C
Vdc
bus
(-)
(+)
Cabo Shieldado com 
Isolação dePVC
PVC
Transformador
A melhor prática para reduzir o ruído ( a malha é uma baixa impedância
para a corrente de modo comum)
Cabos Motor Shieldado com Isolação de PVC 
24
Prof. Edilson A. 
da Silva
AC Drive
Common Mode Current Path
PE
Aterramento
Potencial 4
Potencial#3Potencial#1
Motor
Motor PE
GND wire
Potencial#2
XO
R U
V
W
S
T
PE
PE
Ilg
Motor 
Ilg
Ilg
IlgC lg-c
Clg-m
A
B
C
Vdc bus
(-)
(+)
Capacitores de
Modo comum
eNúcleos de
Modo comum
Cabos Shieldados, Núcleos (Toroídes) e capacitores de Modo Comum
25
Prof. Edilson A. 
da Silva
Como Capturar e retornar o ruído para fonte
MOTOR
CHASSIS
ATENUAÇÃO RUÍDO C/ 
COMMON MODE CHOKE
LEM
LEM
MALHA CAPTURA RUÍDO 
RETORNANDO P/ DRIVE
L LINK
L LINK
+
+
+
GND
CAPACITORES MODO COMUM
26
O que os Toroídes Fazem ???
27
Prof. Edilson A. 
da Silva
70 nSTensão
De
Saída
Vu-v
Oscilação de 6MHz
Corrente
Modo comum
Ilg
Aumenta o tempo de subida de 1.5 us para 5 us
Diminua a oscilação de 200 kHz para 63 kHz 
Corrente Ilg
Com núcleo
De modo
comum
Ipeak
Reduz para 1/3 o Pico
O Núcleo de modo Comum suaviza a taxa de subida e reduz a 
amplituda da corrente de Rúido de modo comum
28
Prof. Edilson A. 
da Silva
O que os Toroídes Fazem??
• Núcleo Modo Comum Reduz a Corrente de Alta Frequência 
para Terra
• Reduz a Diferença de Potêncial de Terra para Altas 
Frequências
• Reduz Erros de Comunicação PLC
i.e.. Corrente 20 Amp Pico com 100 nano segundos Rise Time é
reduzido para 5-10 Amp com 5 micro segundos Rise Time. 
.Reduz interferência com equipamentos sensiveis : Balanças 
,Sensores , Relés eletronicos , Encoders,etc
29
Como evitar Interferência e 
reduzir Ruídos
30
Prof. Edilson A. 
da Silva
Filosofia de redução de interferência 
e Ruído
1. Boas Práticas de Aterramento
– Eliminar loops de terra ( Ponto Comum)
– Layout do Painel
2. Atenuar ruído da fonte (inversor)
– Escolher inversores com toroídes ou adicionar toróides
(Common mode choke) na saída do inversor .
– Adicionar toróides (Common mode choke) no
Cabo coaxial.
-Tentar trabalhar com a frequência de chaveamento 
a mais baixa possivel.
31
Prof. Edilson A. 
da Silva
Filosofia de redução de Interferência e 
Ruído
3. Cabos longe de equipamentos sensitivos
4. Capturar e retornar o ruído para fonte Usar 4 
condutores em cabos “shieldados” (requerido para norma 
CE)
– Usar 4 condutores em eletrodutos
– Tentar encurtar a distancia ao maximo
– (inversor)– Filtro RFI/EMI (requerido para norma CE)
– Escolher inversores com capacitores de modo comum no Barramento CC
32
Prof. Edilson A. 
da Silva
Soluções Técnicas
* TORÓIDES
* REATOR DE LINHA NA SAÍDA DO INVERSOR
* CABO EM ELETRODUTO OU “SHIELDADO” & CABO DE ENTRADA C/ 4 FIOS 
* +/- CAPACITORES DE MODO COMUM
* FILTRO RFI
* REDUZIR FREQUÊNCIA DE CHAVEAMENTO
CARCAÇA 
MOTOR 
ENROLAM.
PE 
MOTORTORÓIDE CABO
“SHIELDADO”
A
B
C
PE / GND
+/- CAPACITORES
MODO COMUM
PE
HASTE 
TERRA
PE
RIO / DH+
NÚCLEO
MODO 
COMUM
P/ COMPUTADOR 
NO TERRA TE
+ DC
- DC
ROCKWELL 
DRIVEL1
L2
L3 MALHA
TERRA
CABOS 4 FIOS
FILTRO RFI REATOR
SAÍDA
33
Boas Práticas de Layout e de 
aterramento
34
Prof. Edilson A. 
da Silva
Aterramento impróprio para gabinete com inversores e euipamentos sensíveiss
Barra Cobre PE 
PLC
PE
Drive 4
PE
Drive 3
PE
Drive 1
PE
Drive 2
Pl
ac
a 
de
 M
on
ta
ge
m
Alimentação
M1, M2, M3, PE
WVU
Eletroduto
para Sistema de Terra
Corrente de Ruído
Caminho de Retorno
PE
Saída
L1, L2, L3
SR T
Eletroduto
35
Prof. Edilson A. 
da Silva
Barra de Cobre PE
PLC
PE
Drive 4
PE
Drive 3
PE
Drive 1
PE
Drive 2
Pl
ac
a 
de
 M
on
ta
ge
m
SR TU V W
PE PE
Corrente Modo Comum
na malha
no
 F
io
 V
er
de
C
or
re
nt
e 
M
od
o 
C
om
um
PE opcional ligado à malha
Eletroduto de Saída
Ligado ao Gabinete
Todos os Inversores
Eletroduto de Entrada
L1, L2, L3, GND
Aterramento recomendável para gabinete com inversores e euipamentos sensíveiss
36
Prof. Edilson A. 
da Silva
Transiente de Corrente
De modo comum nos Dutos
PLC or
Electronics
ASD - 4ASD - 3
ASD - 1 ASD - 2
SR TV W
PE
Optional PE to
Building Structure
Dutos e cabos de 
entradas
PE PE
PE PE
PE Copper Bus
Placa de montagem
U
PEDutos e cabos de 
Saída
B Transiente de corrente
De modo comum no cabo PE
A
A
B
B
Boa Prática de Layout permite que a corrente de Ruído flua entre os
dutos de Saída e de entrada ficando forá da rota de PLC 
Layout recomendado
37
Prof. Edilson A. 
da Silva
Condutor de Fase sem Shield
Emissor Receptor
Hi
Lo
Potencial Terra TE #1
Z
Lo
ad
PotencialTerra TE #2
Isinall Isinal
Isinal
lgI
Isinall
l-sCl-sC
lgI
Interferência do Cabo de Potência sobre a cabo de Sinal
38
Prof. Edilson A. 
da Silva
Prática de Instalação - velha
recomendação
INVERSOR 
LOGIC 
ENROLAM. 
MOTOR
ATERRAMENTO PE
PE 
CARCAÇA
MOTOR
FIO 
VERD
E
E
CPARASITA 
LIGADO 
TERRA 
PE
SLOTC
POTENCIAL 
#1
POTENCIAL 
#3
POTENCIAL 
#2
POTENCIAL 
#4
HASTE 
TERRA TERRA VERDADEIRO / TE
LINTERFACE
LINTERFACE
A
B
C
INTERFACE
- PLC 
- SAÍDA 
ANALOG. 
- etc.
L1 
L2
L3
PE
39
Prof. Edilson A. 
da Silva
Figura 1: Os requerimentos para o terra varia dependendo do tipo de inversor implementado, inversores com 
terra verdadeiro (TE) devem obrigatoriamente ter uma barra de potencial 0V separado do barra de terra PE. 
Usuários agora tem duas escolhas, podem conectar os barramentos em um único ponto no gabinete da sala 
elétrica ou levar separadamente estas barras até a malha de terra ( interligando entre si com distância 
aproximada de 3 m)..
Terra único ponto/Layout do Painel
BARRA PE
Aterramento do PLC
Ver Recomendaçòes
na Publicação 
1770-4.1
TE-ZERO VOLT
BARRA POTENTIAL (Isolado do painel)
PLC
Motor
Motor
Logic
PE
1336 Plus
1305
PE 
Logic
Normalmente aterrado
no ponto de 
terra mais proximo
Neutro
Terra 
Equipamentos
40
Prof. Edilson A. 
da Silva
PVC
Outer
Sheath
W B
GR
TRAY CABLE
Red, White,
and Black
Conductors
Single
Ground
Conductor
Filler
PVC
Inner &
Outer
Sheath
ARMOR CABLE
Red, White,
and Black
Conductors
Three
Ground
Conductors
Filler
Armor
Cable
B
G
R
W
G
G
INTERLOCKED
ARMOR CABLE
Red, White,
and Black
Conductors
Single
Ground
Conductor
Armor
Cable
BR
W
G
PVC
Outer
Sheath
EUROPEAN UTILITY
Red, White,
and Black
Conductors
Filler
Stranded
Neutral
BR
W
BR W
TRAYTRAY
BR W
Tipos de cabos
41
Comprimento de Cabos
Corrente Capacitiva
Onda Refletida
42
Prof. Edilson A. 
da Silva
Cabos também requerem 
atenção.
• Acoplamento Capacitivo
• Corrente carga do cabo
43
Prof. Edilson A. 
da Silva
Acoplamento Capacitívo
• Problemas com a Corrente de Fuga dos Cabos
– Requer uma quantidade fixa de corrente
– Pode exceder a corrente de pequenos drives
• Soluções Simples
– Limitar o comprimento do cabo em pequenos inversores
– Reduzir a frequência de chaveamento PWM dos 
inversores
44
Prof. Edilson A. 
da Silva
 MOTOR 
WINDINGS
MOTOR 
FRAME
 MOTOR 
WINDINGS
MOTOR 
FRAME
CONDUIT
INCIDENTAL 
CONTACT OF 
CONDUIT TO
BUILDING STEEL
X
X
C
MODULE 
DRIVE FRAME
LOGIC CMODULE 
LOGIC 
C
MODULE 
C
MODULE 
PE 
DRIVE FRAME
Corrente Fuga Cabo
45
Prof. Edilson A. 
da Silva
Corrente de Fuga
• Este fenômeno existe em qualquer Inversor
Inversores em 460 volt apresentam este 
fenômeno em maior intensidade do que 
inversores em 230 Volt. 
• Uma maneira de minimizar este efeito é
trabalhar com frequência de chaveamento 
(PWM) a mais baixa possivel.
• Outra técnica de minimizar o efeito é introduzir 
um reator de linha na saída do inversor.
46
Onda Refletida
47
Prof. Edilson A. 
da Silva
Fenômeno Onda Refletida
• Indentificada primeiramente em 1900 
com as linhas de transmissão
• Também conhecida como Onda 
Estacionária ou Efeito Linha de 
Transmissão
• Bem documentada em comunicações 
digitais
48
Prof. Edilson A. 
da Silva
Fenômeno Onda Refletida
• Aparecimento com os inversores IGBT 
• Pode causar picos de tensão no Motor
• Poderá causar falha de isolação
49
Prof. Edilson A. 
da Silva
A Física
• O cabo entre o Inversor e o Motor, representa uma substancial 
impedância para os pulso de tensão PWM da saída do Inversor.( Surge 
Impedance)
• A impedância do cabo é proporcional ao comprimento
•
Indutância / unid. comprimento
Capacitância / unid. comprimento
• Se a impedância do cabo não está casada com a impedância do motor
...
A Onda Refletida OCORRERÁ !!
Z0=
50
Prof. Edilson A. 
da Silva
Efeito Linha de Transmissão
INVERSOR
LINHA A
LINHA B
+
-
FONTE BAIXA Z CAPACITIVO
CABO
Zo ENTRE 50 - 200 OHMS PARA 
CABO 3 FASES 
Zo 1K - 2K OHMS - FASES SEPARADAS
L/CZo = 
L*C
V = 
1
CSG
R1 X1
POR FASE MOTOR
X2
Xm R4 S
MOTOR
Z (60Hz) >> ZoCARGA
POSSIVEL 2x à 4x 
TENSÃO BARRAMENTO CC 
PROBLEM:A 
* CAPACIDADE DE ISOLAÇÃO MOTOR - AGORA A TENSÃO ATRAVÉS DA PRIMEIRA VOLTA DA 
BOBINA PODE SER > 1350 VOLTS, AO INVÉS DA 
TENSÃO TÍPICA ATRAVES DA LINHA DE 10-30 VOLTS
* CAPACIDADE DE ISOLAÇÃO CABO - NECESSITA MAIOR FAIXA DE TENSÃO- VIDA UTIL 
* AUMENTO RUÍDO dv/dt NO MOTOR OSCILANDO NO RANGE DE 1 -3MHz 
51
Prof. Edilson A. 
da Silva
Típica Tensão Vpp de saída PWM no Motor
0
-1
+1
+2
52
Prof. Edilson A. 
da Silva
Qual será a amplitude da reflexão?
MAIS
A velocidade de reflexão
(Depende da capacitância & indutância do cabo) 
O tempo de subida do dispositvo de chaveamento, determina a 
distância do cabo na qual a amplitude da onda refletida alcançará a 
maior amplitude
• A amplitude pode chegar a ser 2 - 3 vezes a tensão do barramento
CC ( 675VCC X 2 = 1350 Volts típico )
53
Prof. Edilson A. 
da Silva
Onde está o maior risco?
• Quanto menor o Inversor/Motor Maior é o risco
• Motores, pequenos, de baixo custo, tem 
tipicamente:
– Pouca isolação - Bolhas são prováveis
– Sem papel isolante
– Tem alta impedância ( Ex : 5Hp =2000Ohms , 
500 Hp = 400Ohms)
54
Prof. Edilson A. 
da Silva
O que você pode fazer sobre 
isso?
• Manter o motor o mais proximo possível do 
inversor
• Instalar um dispositívo de “proteção”do motor 
onde necessário
• Especificar e comprar motores isolados 
1200/1600Vpp
55
Prof. Edilson A. 
da Silva
Proteção do Motor
• Reator na Saída entre inversor & motor
– Atenua a forma de onda (retarda o tempo de subida)
– Reduz forças destrutivas para uma mesma amplitude
-Permite cabos mais longos
– Cria uma queda de tensão
Pode causar redução de torque
56
Prof. EdilsonA. 
da Silva
O Terminador
• Pequeno
• Sem queda de tensão
• Minima potência dissipada
• Trabalha a qualquer distância de cabo
• Mantem forma de onda da corrente
• 2 - 3 opções para todas as aplicações
• A solução mais efetiva
57
Prof. Edilson A. 
da Silva
SoluçãoInverter Duty Motor
Reliance
Motor
CA
AC Drive
1204-RWR2
Reator 
@inversor ou
Motor Comum
Motor
CA
58
Harmônicas
59
Prof. Edilson A. 
da Silva
Tópicos
• Harmônicas
• definição
• efeito potêncial das harmônicas
• como resolver problemas com harmônicas
• IEEE 519-1992
• técnicas de eliminação de harmônicas
– número de pulsos
– filtros
– retificadores ativos
• Fator de Potência
• definição: fator de distorção e deslocamento
60
Prof. Edilson A. 
da Silva
O que causa Harmônicas
• Qualquer carga não linear. 
• Numa carga não Linear, a corrente
não é proporcional na tensão aplicada.
Carga Linear: Corrente e Tensão
são proporcionais.
VAN
IA
Carga não Linear: Corrente e Tensão
não são proporcionais.
VAN
IA
61
Prof. Edilson A. 
da Silva
Exemplos de Cargas não Lineares
• Fluorecentes
• Fontes Chaveadas.
• Fornos a Arco
• Retificadores
62
Prof. Edilson A. 
da Silva
O que são Harmônicas ?
• Harmônicas causam a distorção de uma forma de onda puramente senoidal.
• Harmônicas são correntes parasitarias que vão se somar na corrente fundamental.
• Harmônicas são multiplos inteiros da frequência fundamental de um sistema.
– para um sistema em 50Hz , 5a. é 250Hz, 7a. é 350 Hz
– para um sistema em 60Hz, 5a. é 300Hz, 7a. é 420 Hz
• Total Harmonic Distortion (THD) é a maneira de quantificar a distorção total de uma
forma de onda.
• Todos os retificadores (cargas não lineares) produzem correntes harmônicas que
realimentam o sistema de potência.
63
Prof. Edilson A. 
da Silva
Corrente de Entrada
Esta corrente pode ser expressa como sendo uma
frequência fundamental somado a várias outras formas
de onda senoidas com frequências maiores ( Serie de 
Fourier).
Estes componentes com forma de onda periódica e 
com frequência multiplas da fundamental são definidas
como harmônicas.
C
or
re
nt
e
en
tra
da
+
-
64
Prof. Edilson A. 
da Silva
Retificador
SCR
Retificador
Diodo
Formas de Onda de Corrente na Entrada
Estas correntes não são senoidais podendo ser expressas
como uma somatória de componentes senoidais
(harmônicas).
65
Prof. Edilson A. 
da Silva
Harmônicas em um Retificador Típico
Corrente de Entrada
1a., 5a., 7a.
1a. + 5a. (-20%) + 7a. (-13%) + 
11a. (9%) + 13a. (7%)
1a. + 5a. (-20%) + 7a. (-13%)
1a. + 5a. (-20%)
66
Prof. Edilson A. 
da Silva
Efeitos das Correntes Harmônicas
• Correntes harmônicas fluindo em um sistema elétrico irão
produzir distorções de tensão em vários pontos de 
interligação com outras cargas. 
• A distorção depende da:
– impedâncias do sistema
– amplitude das harmônicas injetadas no sistema.
– Da relação cargas lineares e cargas não Lineares.
67
Prof. Edilson A. 
da Silva
Efeito das harmônicas em um 
Sistema de Potência
Problemas com harmônicas são raros mas podem incluir:
• Sobreaquecimento de componentes ( motores , 
Capacitores,trnsformadores ,etc…)
• Mau funcionamento de equipamentos
• Interferências no sistema telefônico
• Medições incorretas, mau funcionamento dos relés de 
proteção
• Harmônicas causam correntes adicionais que não produz
“trabalho” .
– Os transformadores devem ser dimensionados para suportar estas correntes.
68
Prof. Edilson A. 
da Silva
O que devemos fazer com as harmônicas?
• Não é nem econômico nem desejável, eliminar todas as 
harmônicas
• Guias práticos e análises são utilizados e/ou necessários
para determinar se ocorrerão problemas criados pela
introdução de harmônicas em um sistema
• Normas e Recomendações:
– IEEE-519 (nos EUA e América do Sul)
– IEC-555 (Europa e algumas áreas na América do Sul)
69
Prof. Edilson A. 
da Silva
70
Prof. Edilson A. 
da Silva
Medindo as Harmônicas
Ponto de acoplamento comum (PCC)
• Geralmente onde o usuario se liga com a concessionaria
PLANT ONE LINE DIAGRAM
71
Prof. Edilson A. 
da Silva
A recomendação do limite de Harmônicos é baseada nos:
• Limites razoáveis de distorção de tensão no ponto PCC ( 
Point of Common Coupling )
– PCC é o ponto de interligação da concessionária com o 
cliente(PCA: ponto de acoplamento comum).
• Distorção referênte à carga total da planta
– ou seja, cada instalação pode ter limites diferentes de harmônicas
Recomendação do Limite de Harmônicos
72
Prof. Edilson A. 
da Silva
IEEE 519-1992: Limites de Distorção de Tensão
 2.3-6.9 kV 6.9-138 kV >138 kV
 1.0% 
THD 5.0% 2.5% 1.5% 
 
 
Distorção Harmônica de Tensão no PCC em %
THD (Total Harmonic Distortion) é definido como a relação
entre as componentes harmônicas e corrente ou tensão
RMS da Fundamental 
%100
)(
% 2
2
×=
∑ ∞==
lfundamentaM
M
THD
h
h
h Onde M é tensão ou
corrente.
73
Prof. Edilson A. 
da Silva
IEEE 519-1992: Limites Distorção Corrente
Máxima Distorção Harmônica da Corrente % da Fundamental
ISC - máxima corrente de curto circuito no ponto PCC.
IL - demanda máxima de corrente de carga no ponto PCC
ISC/I1 <11 11<h<17 17<h<23 23<h<35 THD
<20 4.0 2.0 1.5 0.6 5.0
20-50 7.0 3.5 2.5 1.0 8.0
50-100 10.0 4.5 4.0 1.5 12.0
Harmônica Individual Ordem Ímpar
L
74
Prof. Edilson A. 
da Silva
Relação entre Número de Pulsos do Retificador e as 
Harmônicas
• As Harmônicas características (h) em relação ao número de 
pulsos(n) de um retificador é dado por:
– h= k × n ± 1 
• k qualque número inteiro
• ex: - 6 pulsos injeta 6±1= 5a. e 7a., 12±1 = 11a. e 13a.
75
Prof. Edilson A. 
da Silva
Relação entre Número de Pulsos do Retificador e as 
Harmônicas
• A amplitude (A) de uma dada harmônica é relacionada com o 
número de pulsos por:
– A= 1/h 
• quanto maior a ordem da harmônica, menor será sua amplitude
• ex:. - 5a. harmônica 1/5=20%, 7a. harmônica 1/7=13%
76
Prof. Edilson A. 
da Silva
Efeito do Número de Pulsos de um Retificador na
Amplitude das Harmônicas
0
5
10
15
20
5t
h
7t
h
11
th
13
th
17
th
19
th
23
rd
25
th
18P
12P
6P
18P
12P
6P
% THD
Harmônicas Individuais (Impar) 
77
Prof. Edilson A. 
da Silva
• Através de um transformador alimentador com multiplos
secundários.
• O deslocamento de fase dos secundários é obtido por:
– para um retificador de 12 pulsos, o deslocamento de fase deve ser 60/2=30 °
(por ex: enrolamentos em Δ no secundário e Y no terciário)
– para um retificador de 18 pulsos, o deslocamento de fase entre enrolamentos do 
secundário serão de 20 °, 0 ° e -20° (por ex: configuração dos enrolamentos em 
delta ou estrela)
windingsondaryofnumber
shiftphase
_sec__
60_
o
=
Como é atingido um maior número de pulsos?
78
Prof. Edilson A. 
da Silva
• 6 pulsos : 25-28%
• 12 pulsos: 8-10%
– Talvez atenda à IEEE-519
• 18 pulsos: 4-5%
– certamente atende IEEE-519
THD em relação ao número de pulsos do retificador
79
Prof. Edilson A. 
da Silva
Configuração Retificador 18 Pulsos
D
T
2
D
T
1
D
T
3
T
O
 
M
O
T
O
R
 
O
R
 
O
U
T
P
U
T
 
D
E
V
I
C
E
L
1
X
L
2
X
L
3
X
L
1
Z
L
2
Z
L
3
Z
G
R
D
L
2
Y
L
1
Y
L
3
Y
G
R
D
F
R
O
M
 
V
F
D
 
I
N
P
U
T
 
C
O
N
T
A
C
T
O
R
 
U
N
I
T
Q
1
A
Q
3
A
Q
5
A
T
4
B
T
6
B
T
2
B
T
2
C
T
6
C
T
4
C
I
-
R
-
Q
2
A
Q
6
A
Q
4
A
C
O
N
V
E
R
T
E
R
M
A
C
H
I
N
E
T
1
C
T
3
C
T
5
C
T
2
A
T
6
A
T
4
A
T
5
A
T
5
B
T
1
A
T
3
A
T
3
B
T
1
B
D
C
 
L
I
N
K
Q
5
B
Q
2
B
I
+
Q
2
C
R
+
Q
1
B
Q
3
B
Q
6
B
Q
4
B
Q
6
C
Q
4
C
Q
5
C
C
O
N
V
E
R
T
E
R
L
I
N
E
Q
3
C
Q
1
C
Z
2
X
2 X
1
X
3
Z
3
Z
1
H
3
H
1
H
2
D
R
I
V
E
I
S
O
L
A
T
I
O
N
T
R
A
N
S
F
O
R
M
E
R
Y
2
Y
1
Y
3
C
A
P
A
C
I
T
O
R
S
M
O
T
O
R
F
I
L
T
E
R
80
Prof. Edilson A. 
da Silva
Técnicas de Redução de Harmônicas
• Reator no Barramento CC do inversor
• Reator na entrada do inversor.
• Filtros passivos ou ativos.
• Inversores com retificadores de 12 ou 18 Pulsos.
• Aumentar as cargas lineares em relação as cargas não lineares
• PWM na Entrada (Active Front End).81
Prof. Edilson A. 
da Silva
Aumentando as Cargas Lineares
Iharm, A 20 20 20 20
Ifund, A 10 20 100 1000
Itotal, A 22.4 28.3 102.0 1000.2
I(THD) 200% 100% 20% 2%
Lembre-se, I(THD) = Iharm/Ifund
82
Prof. Edilson A. 
da Silva
Exemplo IEEE519
• Recomendação : 5% de distorção Harmônica de Tensão
• Transformador de 250KVA c/ 6% de Impedancia
alimentando um Inversor de 150HP
• Inversor sem Reator no Barramento CC : 6,55 % de 
distorção harmônica ( Acima do recomendado pela IEEE)
• Inversor com Reator no Barramento CC : 4,87% de 
distorção harmônica ( Abaixo do recomendado pela IEEE)
83
Prof. Edilson A. 
da Silva
Total P.F. = Fator de Deslocamento(Displacement P.F) X Fator de 
Distorção(Distortion P.F.)
• As concessionárias medem o Fator de Potência Total.
• A maioria dos fabricantes de inversores falam somente do displacement
power factor.
• Multa sobre Fator de Potência em Bombas e Ventiladores são despresíveis.
O Fator de Distorção (Distortion Power Factor) é Importante?
Fator de Potência 
84
Prof. Edilson A. 
da Silva
• Distortion Power Factor
– É o não alinhamento da Tensão e Corrente devido a distorção das formas de Onda.
• Displacement Power Factor
– Defasagem entre Tensão e Corrente na passagem por zero. 
Ambos são importantes e igualmente afetam 
o fator de potência total
2
1
1
1
THDI
IDF
rms +
==
1cosθ=IDF
O que é Distortion Power Factor?
85
Prof. Edilson A. 
da Silva
Lembre –se alguns inversores já vem com:
• Filtros RFI 
• Reator no Barramento CC
• Capacitores de Modo comum
• Reator/ toroídal de Modo comum
• Novo firware para alcançar maiores distancias e proteger 
melhor seu motor.
86
Prof. Edilson A. 
da Silva
Conclusões
• Não existe uma solução universal para todos os casos e 
para tudos os problemas.
• O usuário sempre deverá usar bom senso e analizar a 
aplicação.
• O usuário deverá usar e respeitar as boas práticas de 
instalação
• O usuário sempre deverá consultar o Manual de instruções 
do Produto antes de instala-lo