Inversores de frequência são poderosas ferramentas eletrônicas que favorecem a eficiência energética e o controle de velocidade de motores elétricos.
Contudo, esse mesmo dispositivo que causa tanto impacto negativo, também pode introduzir harmônicos na corrente elétrica, o que prejudica a qualidade da energia e o desempenho das instalações.
Mas, esse possível problema não deve ser compreendido como um fato. Em outras palavras, não devemos aceitá-los. É preciso entender como essas distorções surgem, quais sinais indicam sua presença e quais tecnologias ajudam a reduzi-las.
Assim, você reduz as chances de falhas, perdas energéticas e paradas não programadas.
Conhecendo harmônicos e inversores
O que são harmônicas elétricas?
Em um cenário ideal no Brasil, a corrente e a tensão tem formato de onda senoidal e com frequência fundamental de 60 Hz. As harmônicas, assunto deste texto, aparecem como componentes de tensão ou corrente em que as frequências correspondem a múltiplos inteiros da frequência de 60 Hz.
Exemplo:
- 180 Hz: 3ª harmônica;
- 300 Hz: 5ª harmônica;
- 420 Hz: 7ª harmônica.
Quando as harmônicas aparecem?
As harmônicas aparecem, principalmente, quando cargas não lineares consomem corrente de maneira distorcida. Os inversores, fontes eletrônicas e retificadores são alguns causadores desse efeito.
Por que evitar harmônicos?
Acontece que, quando em excesso, os harmônicos aquecem demasiadamente transformadores, motores, cabos e capacitores, além de aumentar perdas elétricas, interferir no funcionamento de equipamentos sensíveis e, por fim, comprometer a confiabilidade de processos e elevar custos de manutenção.
O que são inversores de frequência?
Os inversores de frequência, por sua vez, são dispositivos eletrônicos que controlam torque e velocidade de motores elétricos por meio do ajuste da frequência e tensão que são fornecidas ao motor.
Devido ao ajuste de rotação do motor, esse dispositivo é considerado um excelente aliado ao controle de bombas, ventiladores, compressores e sistemas de transporte.
Mas, assim como foi dito, o estágio de entrada do inversor pode absorver corrente de forma não senoidal, o que agrega à geração de harmônicas na rede elétrica.
Identificando e mitigando harmônicos em inversores de frequência
A primeira dica para identificar a presença de harmônicos e medir a sua intensidade é por meio de um analisador THD, o qual mede o espectro harmônico e a distorção harmônica total (THD).
Mas, o que é a THD?
O THD indica o nível da combinação dos componentes harmônicos presentes em relação à componente fundamental.
- A THDi (para corrente) ajuda a avaliar a distorção provocada pelas cargas;
- A THDv (para tensão) auxilia na medição do quanto a forma de onda se afasta do padrão senoidal.
Direcione a sua atenção a isso
Observar sinais de aquecimento excessivo de transformadores, disparos recorrentes de proteções, ruídos anormais e interferências em equipamentos eletrônicos auxilia na identificação de harmônicos.
Contudo, o aquecimento excessivo pode ter outras causas. Então, a confirmação de harmônicas depende de medições e análise técnica.
Possíveis soluções
- Reatores de linha: instalados na entrada do inversor, ajudam a limitar variações de corrente e reduzir a distorção harmônica.
- Filtros passivos: utilizam componentes como indutores e capacitores para atenuar determinadas frequências harmônicas. Seu dimensionamento deve considerar as características da rede e o risco de ressonância.
- Filtros ativos: monitoram as correntes harmônicas e injetam correntes de compensação, sendo úteis em instalações com cargas variáveis.
- Retificadores multipulsos: utilizam configurações específicas de retificação para reduzir determinadas componentes harmônicas.
- Inversores de baixo harmônico: incorporam tecnologias de entrada projetadas para diminuir a distorção da corrente absorvida da rede.
Escolha inversores de frequência especiais
Inversores especiais podem transformar a abordagem sobre harmônico.
A Danfoss atualizou sua família de drives iC7-Automation, ampliando as opções de potência para aplicações convencionais de seis pulsos, de baixo harmônico e regenerativas.
A linha inclui módulos AFE (Active Front End) e inversores de 690 V de até 4,5 MW, além de soluções NFE (Non-regenerative Front End) de 500 V e 690 V, com potências de 430 kW a 3,8 MW e capacidade de até 6 MW no barramento CC.
- Módulos AFE: possibilitam controle ativo da interface com a rede, o que contribui para a redução de harmônicas e possibilita a regeneração de energia em aplicações compatíveis;
- Soluções de baixo harmônico: utilizadas naquelas instalações em que é preciso controlar melhor a distorção elétrica;
Além disso, a família iC7-Automation possibilita arquitetura modular, alta densidade de potência e controle com precisão de motores.
Conclusão
A indústria está repleta de aplicações industriais consideradas críticas, mas o controle sobre harmônicos faz-se importante para todos os casos, independente da importância do processo.
Mas, para corrigir uma distorção elétrica, você precisa proteger equipamentos, manter a estabilidade da instalação e aumentar a disponibilidade dos processos.
Para isso, identifique e meça de forma adequada os níveis de harmônicos e, para favorecer a mitigação deste problema, realize os passos aqui mencionados, sem desconsiderar a escolha correta do inversor e dos recursos de mitigação.
Desta maneira, você concilia desempenho, eficiência energética e confiabilidade.
