Sources de chaleur

Uma vez tecidas as implicações anteriores, cabe neste momento, de forma complementar, explorar os outros perfis de distorções harmônicas existentes na matriz energética. O desenvolvimento contínuo do sistema propicia uma maior interação entre os diversos perfis de frequência, e estes, por sua vez, mostram-se cada vez mais relacionados com problemas envolvendo a QEE, nos inúmeros processos fomentados pelo suprimento elétrico. Logo, os apontamentos na sequência são fundamentais para uma compreensão concisa dos estudos a serem desenvolvidos, abrangendo o conteúdo das harmônicas características, inter-harmônicas, sub-harmônicas, harmônicas espaciais e supra-harmônicas.

i. Harmônicas características

As harmônicas ditas características, naturalmente, originam-se na comutação inerente a operação de conversores eletrônicos nos diversos processos que estes são utilizados (ARRILLAGA; WATSON, 2003) (ARRILLAGA et al., 1997). Vale destacar que sua origem consiste na topologia e características operacionais dos equipamentos sob condições ideais de operação. Tipicamente, as diversas tecnologias que possuem conversores eletrônicos trifásicos em sua estrutura são viabilizadas pelo uso de

Capítulo 2: Estado da Arte

conversores de seis pulsos ou a sua associação série-paralela para maiores níveis de potência.

Face a essas considerações, um conversor eletrônico composto por um conjunto de seis chaves estáticas, alimentando um determinado carregamento e sendo suprido por um sistema trifásico ideal representado por uma fonte de tensão alternada trifásica e indutância equivalente, corresponde à configuração básica de um conversor de seis pulsos.

Com atenção à operação do dito conversor, comutado pela rede (60Hz), a título exemplificativo, tem-se que o funcionamento de uma determinada chave semicondutora (ABU-RUB; IQBAL; GUZINSKI, 2012) se dá no momento em que sua polaridade relativa entre ânodo e catodo esteja mais positiva e seja fornecido o pulso de disparo em um determinado ângulo, o qual denomina-se ângulo de disparo 𝛼. Nessa operação, devido a característica periódica do sistema alternado, haverá sempre um par de chaves em funcionamento. Esse processo correlato ao momento em que uma chave deixa de conduzir e outra entra em condução é denominado de comutação. Todavia, o processo de comutação entre as chaves não acontece de forma instantânea, a indutância do sistema supridor impede que o componente que está conduzindo a corrente ao carregamento seja comutado de forma imediata. Consequentemente, existirá nesse momento um período de transição em que a chave que está sendo fechada conduzirá ao mesmo tempo que a chave que está sendo aberta, logo, terá um tempo de atraso acarretado pela comutação, o qual é representado pelo ângulo de comutação 𝜇. A extinção de todo o processo é representada pelo o ângulo de extinção 𝛿 que corresponde ao somatório de 𝛼 + 𝜇.

Cientes do processo de comutação do conversor trifásico controlado de seis pulsos comutado pela rede, ao ser aplicado à série de Fourier no sinal de corrente alternada demando pelo descrito processo, pode-se estabelecer a seguinte lei de formação exposta na equação (2.1) (ARRILLAGA; WATSON, 2003).

ℎ = 6𝑘 ± 1 (2.1)

Sendo:

ℎ = ordem harmônica; 𝑘 = 1,2,3, ...;

Dissertação de Mestrado: Uma Investigação Acerca das Harmônicas não Características no Contexto da Geração Eólica

Com isso, as ordens harmônicas que obedecem a tal lei de formação são denominadas de “harmônicas características” para um conversor trifásico de seis pulsos comutado pela rede.

O supracitado conteúdo harmônico, conforme já pontuado, está intimamente relacionado com o número de comutações não simultâneas de um conversor, logo, em situações que contemple associação de conversores, pode-se expressar a referida lei conforme a equação (2.2), a seguir:

ℎ = 𝑝𝑘 ± 1 (2.2)

Sendo:

ℎ = ordem harmônica; 𝑘 = 1,2,3, ...;

𝑝 = número de pulsos do conversor eletrônico;

Todavia, destaca-se que conversores eletrônicos comutados em alta frequência possuem outro perfil de componente harmônica característica no seu espectro. Logo, em um contexto geral, vale enfatizar que harmônicas denominadas como características são aquelas esperadas devido ao modo de operação, controle e topologia de um determinado equipamento, em condições de operação ideal. Por sua vez, todo perfil harmônico que distinguem dessa premissa, ou seja, não se espera sua composição no espectro de frequência, é caracterizado como não característico.

ii. Inter-harmônicas, sub-harmônicas, harmônicas espaciais e supra- harmônicas

Tendo em vista os conceitos detalhados anteriormente e suas implicações no contexto da QEE, cabe ressaltar, de forma geral e complementar para os estudos em pauta, pontuações quanto as componentes de frequência não múltiplas inteiras do sinal fundamental. Estas, reconhecidas como inter-harmônicas, originam-se dos processos envolvendo a operação de conversores de frequência estáticos, cicloconversores, indução de motores, dispositivos a arco, dentre outros inúmeros processos. Por conseguinte, suas principais implicações na rede manifestam-se no fenômeno de cintilação luminosa

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temperatura em máquinas de indução e mau funcionamento de equipamentos (MACEDO JR., 2009)(ROSENTINO, 2014).

As distorções sub-harmônicas, por sua vez, caracterizam-se por apresentarem frequência não inteira abaixo da fundamental, as mesmas são notadas com uma rara presença nos sistemas de energia e sua origem está atrelada ao rápido controle implementado nas fontes de conversão eletrônicas, sistemas altamente indutivos e também aqueles com grandes capacitores, bem como situações ressonantes entre capacitâncias e indutâncias da rede (GNACIŃSKI et al., 2019).

As harmônicas ditas espaciais, referem-se ao conteúdo distorcido advindo de equipamentos eletromagnéticos rotativos, proporcionado pela assimetria dos enrolamentos do circuito do estator e rotor. Tal perfil harmônico está intimamente relacionado com os estudos correlatos à geração harmônica não característica no DFIG, assim, será tratado durante o desenvolvimento deste trabalho (MASOUM; FUCHS, 2015).

Por fim, é válido discutir sobre o conteúdo harmônico de alta frequência oriundo dos processos de comutação forçada em conversores eletrônicos controlados. A utilização de altas frequências nos processos de comutação apresenta-se como uma técnica amplamente utilizada na eletrônica de potência atual (TEODORESCU; LISERRE; RODRÍGUEZ, 2011)(SIMÕES; FARRET, 2016). A título contextual, conversores moduladores de tensão, implementados no controle de motores elétricos, no interfaceamento de geração de energia eólica e fotovoltaica, dentre outros sistemas, perfazem a utilização as altas frequências de comutação para sintetizar os sinais alternados periódicos de tensão da forma mais senoidal possível. Isto posto, será percebido na saída dos mencionados equipamentos um conteúdo harmônico oriundo da contextualizada modulação em alta frequência, denominada como supra-harmônicas (ALFIERI et al., 2019)(ALFIERI et al., 2019)(ALFIERI et al., 2019).

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2.5. C