A Aplicação De Filtragem Ativa Para Cargas Não Lineares Baseado Nas Teorias De Potência Instantânea E Conservativa

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ

ENGENHARIA ELÉTRICA

CAMPUS DE SOBRAL

AT7 – APLICAÇÕES DE ELETRÔNICA DE POTÊNCIA EM SISTEMAS DE ENERGIA

APLICAÇÃO DE FILTRAGEM ATIVA PARA CARGAS NÃO LINEARES BASEADO NAS TEORIAS DE POTÊNCIA INSTANTÂNEA E CONSERVATIVA

SOBRAL

2019

SUMÁRIO

1        INTRODUÇÃO        1

2        FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA        3

2.1        Filtros        3

2.2        Teorias de potência        3

3        OBJETIVOS        5

3.1        Objetivo geral        5

3.2        Objetivos específicos        5

4        METODOLOGIA        5

5        CRONOGRAMA        6

6        REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS        7

1. INTRODUÇÃO

Devido à grande popularização de equipamentos eletrônicos, percebe-se também o aumento de problemas relacionados a qualidade de energia elétrica, sendo um dos grandes problemas existentes atualmente as distorções harmônicas. Esse tipo de distúrbio é principalmente causado por cargas não lineares, presentes em sistemas elétricos domésticos, comerciais e industriais, pois produzem corrente distorcida em relação a forma de onda senoidal de entrada [1], [2].

Esses equipamentos podem ser os mais diversos, como as lâmpadas fluorescentes que estão substituindo as lâmpadas incandescentes, assim como fornos elétricos a arco, consideradas cargas altamente problemáticas para o sistema elétrico devido ao seu princípio de funcionamento [10].

Outro exemplo de carga não linear são os retificadores, que possuem a topologia abaixo.

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Figura 1: Topologia de retificador trifásico

        Esse tipo de componente eletrônico representa uma não linearidade devido a distorção da corrente em relação a tensão imposta. Abaixo tem-se o exemplo de como se comporta a corrente do retificador trifásico em uma das fases.

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Figura 2: Tensão e corrente em uma fase do retificador. (FONTE)

Assim, é perceptível a distorção na corrente, caracterizada como distorção harmônica presente nesse tipo de carga, sendo que isso não influencia apenas ao equipamento que o gera, como também os equipamentos conectados aquela rede.

A distorção harmônica é caracterizada por ser uma deformação que apresenta similaridade em cada ciclo, ou seja, contém formas de onda que são múltiplas da fundamental [8].

Essa distorção de corrente provoca uma série de problemas, dentre eles estão:

• Alteração do fator de potência da instalação;
• Altas taxas de distorção harmônica na rede;
• Sobre dimensionamento de condutores.

Dessa forma, faz-se necessário o estudo de como mitigar essas correntes harmônicas que estão presentes na rede, de forma a melhorar a qualidade de energia elétrica.

1. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

1. Filtros

Uma forma de se mitigar o problema de harmônicas na rede de energia é com a utilização de filtros, que podem ser ativos ou passivos.

Os filtros passivos são compostos por reatâncias série ou paralelo (shunt), conectadas a rede que precisa de filtragem. Eles atuam como um caminho de baixa impedância para as harmônicas. [1]. Embora sejam uma alternativa de baixo custo, não são tão eficientes, podendo até mesmo gerar problemas de ressonância com a carga a qual está conectado.

Assim, a alternativa que se apresenta mais viável para uma boa compensação de harmônicos são os filtros ativos, que podem ser classificados em quatro topologias diferentes: Filtros ativos paralelo, filtros ativos série, híbridos e UPQC (Condicionador Unificado de Qualidade de Energia) [1].

Os filtros ativos paralelo funcionam como uma fonte de corrente controlada, e tem a finalidade de compensar harmônicos de tensão e cargas reativas de cargas não lineares. O princípio de funcionamento é baseado em injetar corrente de compensação em fases opostas as harmônicas e também para compensar reativos [2].

Os filtros ativos série, são utilizados para eliminar distorções de tensão e balancear tensões fornecidas. Esse tipo de filtro soma componentes harmônicas a tensão de alimentação, com amplitude e fase opostas as tensões harmônicas [1].

Quando há a combinação dos dois tipos de filtros apresentados anteriormente, tem-se o UPQC, que concentra as compensações de corrente e tensão dos filtros série e paralelo.

Já para o filtro híbrido, tem-se a combinação de um filtro ativo a um filtro passivo, com a proposta inicial de diminuir a potência do filtro ativo, assim como custo inicial.

        

1. Teorias de potência

Considerando os estudos referentes a redes de energia atualmente, viu-se que ao longo dos anos, foram necessárias novas formulações em relação a como é o comportamento das potências de acordo com as cargas, devido ao aumento de cargas não lineares conectadas a rede. Esses tipos de cargas podem vir a apresentar uma série de distúrbios na rede, sendo necessária a aplicação de um condicionador de energia bem dimensionado para compensar de forma mínima e controlada esses distúrbios na rede [4].

Pelo fato de serem cargas não lineares, além de poderem apresentar desbalanços de carga entre fases, percebe-se que a teoria de potência clássica não é mais suficiente para explicar o comportamento dessas cargas. Assim, vê-se necessário um estudo referente a teorias de potência, que podem vir a serem úteis para estudos de compensação de correntes que não transferem energia útil a carga. [5]

Ao longo dos anos foram realizados diversos estudos de teorias de potência, sendo destacados os estudos referentes a Teoria de potência Instantânea (Teoria pq) e Teoria de Potência Conservativa (Teoria CPT).