Harmônicas em sistemas elétricos. Guia completo!
Você sabe o que são as harmônicas na rede elétrica? Quais as causas das harmônicas na rede elétrica? O que é cálculo da distorção harmônica total THD? Aqui no Mundo da Elétrica nós recebemos muitas perguntas sobre as harmônicas, um termo que muita gente já ouviu falar, mas não sabe tanto a respeito. Então decidimos trazer este artigo para ajudar com essas dúvidas, vamos lá pessoal!
No Mundo da Elétrica muito se fala em distorções harmônicas, tensão ou corrente harmônica, e para entender melhor esse assunto é necessário saber o que é frequência.
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Frequência: O que é?
Aqui no site do Mundo da Elétrica temos muitos artigos que ensinam sobre frequência e outros que ajudam a entender melhor o assunto. Mas explicando basicamente, frequência é uma grandeza que faz referência à um número de acontecimentos em certo tempo.
Na corrente elétrica, por exemplo, a frequência indica o número de oscilações da corrente no período de 1 segundo (geralmente 60 vezes em corrente alternada), sendo expressa em Hertz (Hz).
Harmônicas: O que são?
As harmônicas são frequências múltiplas inteiras de uma frequência fundamental! No caso da rede elétrica, a frequência fundamental é de 60 Hz, como conhecemos no dia a dia e conseguimos medir na tomada.
As harmônicas nesse caso são os sinais de frequências múltiplas inteiras misturadas ao sinal de 60 Hz. Existem harmônicas pares que acontecem quando a frequência fundamental da harmônica (60 Hz), é multiplicada por um número par. Também temos as harmônicas ímpares, que são formadas pela frequência fundamental (60 Hz), multiplicada por um número ímpar.
Assim as harmônicas são ordenadas de acordo com o múltiplo que dá origem à elas, sendo a harmônica fundamental de 60Hz, a 2ª harmônica de 120 Hz, a 3ª harmônica de 180 Hz e assim por diante. Por isso é comum ouvir 2ª harmônica, 3ª harmônica, etc.
Ordem Múltipla das Harmônicas!
A quantidade e amplitude de cada harmônica é um dos parâmetros que usamos para medir a qualidade da energia elétrica, ou seja, quanto mais harmônicas pior é a qualidade da energia elétrica na rede!
Por isso o assunto é tão importante, estes e outros indicadores se traduzem numa métrica chamada de Distorção Harmônica Total ou THD, em inglês.
Harmônicas: O que causam?
As harmônicas interferem na maior parte dos componentes elétricos, eletrônicos e também nos condutores. Os indutores e capacitores têm a sua reatância dependente da frequência. Desta forma, quando existem harmônicas na rede elétrica, há uma variação nas reatâncias capacitivas e indutivas!
Os motores também sofrem impacto quando o índice de qualidade da energia é baixo, devido a alta quantidade de distorção harmônica. Harmônicas podem causar sobrecarga no condutor neutro e diminuir a vida útil dos transformadores, capacitores, motores, dentre outros.
Harmônicas: Como são criadas?
A princípio, qualquer componente que utilize energia da rede elétrica de forma não linear pode causar harmônicas!
Quando falamos forma não linear, nos referimos à aparelhos que consomem energia durante apenas uma parte do ciclo da onda como por exemplo, um dimmer.
- Fontes chaveadas
- Lâmpadas fluorescentes ou de LED
- Computadores
- Carregadores de celular
- Eletrônicos em geral
Todos estes aparelhos causam harmônicas que se acumulam e se somam na rede elétrica. A distorção harmônica pode existir na tensão e na corrente.
Leitura das Harmônicas
Para ajudar no entendimento, vamos mostrar no osciloscópio as harmônicas que existem na rede aqui do Mundo da Elétrica. O sinal amarelo abaixo é a tensão da rede elétrica monofásica de 127V.
Medição de uma Forma de Onda “Comportada”.
Ela é aparentemente uma forma de onda muito bem comportada e sem distorções. O osciloscópio que usamos tem a função FFT, que permite mostrar os componentes de frequência de um sinal elétrico.
FFT traduzida é a Transformada Rápida de Fourier, que é um algoritmo matemático que calcula a transformada discreta de Fourier. Ela muda o domínio de um sinal do tempo para o domínio da frequência.
Em outras palavras, ao invés de visualizar como a tensão se comporta no tempo, a FFT permite visualizar quais e quanto de frequências senoidais estão presentes no sinal.
O primeiro pico que aparece na onda da imagem abaixo é a frequência fundamental, correspondendo à frequência de 60Hz. Cada um dos picos na sequência corresponde à uma harmônica existente na rede elétrica, no caso só foram obtidas harmônicas ímpares.
Gráfico de Frequência Logarítmico das Harmônicas!
Mas o gráfico de frequências que foi mostrado é logarítmico, e ele representa valores muito distantes em proporções próximas.
Se modificarmos a unidade de medida para mostrar valores de tensão, iremos perceber como as harmônicas nesta medição são muito menores do que as da frequência fundamental. As harmônicas neste caso são quase desprezíveis!
Harmônicas no Gráfico com Valores de Tensão.
Logo é importante saber em qual escala as harmônicas estão sendo medidas e visualizadas. E para ficar mais interessante ainda, mostramos na imagem abaixo a distorção harmônica em um ambiente diferente, repleto de motores e máquinas pesadas.
Medição da Distorção Harmônica na Área Industrial!
Com todas as máquinas trabalhando o comportamento da rede elétrica é bem diferente da situação anterior. Podemos ver que as harmônicas tinham uma amplitude muito menor. Para que você também consiga fazer estas medições, deve saber manusear corretamente um osciloscópio.
Caso queira aprender sobre este aparelho de medição, é só conferir o vídeo abaixo, deixar o like e se inscrever no canal do Mundo da Elétrica!
E aí, você sabia disso tudo sobre as harmônicas? Que tal compartilhar esse artigo com os seus amigos para eles aprenderem também? Não perca a oportunidade de continuar aprendendo sobre eletricidade, é só continuar aqui no site do Mundo da Elétrica!
Sobre o autor
Eletricista desde 2006, Henrique Mattede também é autor, professor, técnico em eletrotécnica e engenheiro eletricista em formação. É educador renomado na área de eletricidade e um dos precursores do ensino de eletricidade na internet brasileira. Já produziu mais de 1000 videoaulas no canal Mundo da Elétrica no Youtube, cursos profissionalizantes e centenas de artigos técnicos. O conteúdo produzido por Henrique é referência em escolas, faculdades e universidades e já recebeu mais de 120 milhões de acessos na internet.
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