Carga não linear

A figura 4-29 mostra a tensão na rede, a tensão no PAC e a corrente da rede antes da atuação do inversor, na presença de uma carga não linear. A corrente da rede está adiantada devido ao filtro passivo do inversor, que produz na corrente um comportamento capacitivo. A carga é composta de um retificador trifásico, um indutor de 1,5mH no lado CA e um indutor de 32mH no lado CC, além de um resistor de 75Ω.

A tensão da rede tem o mesmo comportamento visto anteriormente e a tensão do PAC têm distorções evidentes, especialmente nos momentos em que há variação rápida da corrente, o que gera queda de tensão no indutor de acoplamento. A tensão no PAC, antes da atuação do inversor, é exibida na figura 4-30.

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Figura 4-29 – Tensão da rede, tensão do PAC, corrente da rede, sem atuação do inversor.

Figura 4-30 Tensão do PAC antes da atuação do inversor.

A figura 4-31 detalha o espectro harmônico da tensão do PAC, e calcula a THD para a situação. A figura 4-32 mostra a FFT da tensão no PAC. É notória a presença de várias componentes de baixa ordem harmônica.

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Figura 4-31 – Espectro harmônico da tensão do PAC, sem operação do inversor, com carga não linear.

Figura 4-32 – FFT da tensão do PAC antes da atuação do inversor.

A FFT da corrente da rede é mostrada na figura 4-33. É perceptível a relevância da quinta e sétima harmônica no espectro da mesma.

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Figura 4-33 – FFT da corrente da rede, antes da atuação do inversor.

Após a operação do inversor, podemos observar que a corrente da rede tem uma redução em seu conteúdo harmônico. A figura 4-34 mostra a tensão da rede, a tensão do PAC, a corrente da rede e a corrente pelo inversor. A corrente gerada pelo inversor faz o mesmo se comportar como um filtro ativo, sem injetar potência na rede. Tal propriedade de filtragem decorre da imposição da corrente na rede a qual, se aproximando de uma senoide, faz com que a única possibilidade de circulação para as componentes harmônicas da corrente da carga seja pelo inversor. Tal comportamento do inversor decorre sem necessidade de qualquer tipo de cálculo das componentes a serem compensadas.

O comportamento da corrente na rede mostra uma sobre elevação nos momentos em que a corrente da carga apresenta elevada taxa de variação. Isso se deve à dinâmica do circuito e do controlador que faz com que a corrente injetada pelo inversor supere o valor determinado pela referência. Melhorias na lei de controle poderiam minimizar esse efeito. No entanto, ficando restrito às restrições das normas pertinentes [44], [45], o resultado obtido é satisfatório.

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Figura 4-34 - Tensão da rede, tensão do PAC, corrente da rede e corrente do inversor.

A figura 4-35 mostra os sinais da tensão da rede, tensão do PAC, corrente na rede e na carga.

Figura 4-35 - Tensão da rede, tensão do PAC, corrente da rede e corrente da carga.

A figura 4-36 mostra a tensão da rede, a tensão do PAC e a corrente na rede. O sistema opera com fator de deslocamento unitário. É importante ressaltar que a forma de onda

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da corrente tende a melhorar com o aumento da potência da carga, uma vez que o valor da componente fundamental cresce.

Figura 4-36 - Tensão da rede, tensão do PAC e corrente da rede.

A figura 4-37 mostra, em detalhe, a tensão da rede e a tensão do PAC.

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A figura 4-38 e a figura 4-39 mostram a FFT para a tensão no PAC e para a corrente da rede, respectivamente.

Figura 4-38 – FFT da tensão do PAC.

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É notória a redução de todas as componentes acima da sétima harmônica. Na corrente, a amplitude da componente fundamental é pequena, o que não garante uma THD muito baixa. Mas a redução de todas as harmônicas é significativa. A componente de quinta harmônica da tensão no PAC tem a mesma amplitude do caso da carga linear, sem inserção de distorção, fruto da distorção da própria tensão da rede que é mitigada para o PAC.

Assim como na situação com carga linear, aqui também foi inserida a distorção de quinta harmônica na referência da corrente da rede, com o intuito de buscar reduzir a distorção da tensão no PAC.

A figura 4-40 mostra a tensão da rede, a tensão do PAC, a corrente da rede e a corrente do inversor.

A figura 4-41 mostra os mesmos sinais, exceto a corrente do inversor. Assim como no caso anterior, a distorção na quinta harmônica inserida na corrente aumenta.

A figura 4-42 mostra a FFT da tensão do PAC, onde pode ser visto que a amplitude da quinta harmônica é reduzida.

A figura 4-43 mostra a FFT da corrente da rede onde o valor da amplitude da quinta harmônica aumentou, como era de se esperar.

Figura 4-40- Tensão da rede, tensão do PAC, corrente da rede e corrente do inversor com distorção de quinta harmônica.

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Figura 4-41 - Tensão da rede, tensão do PAC e corrente da rede com distorção de quinta harmônica.

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Figura 4-43 – FFT corrente da rede com distorção de quinta harmônica.

Repetindo o mesmo procedimento já adotado para o caso da carga linear e inserindo uma componente de sétima harmônica, a corrente se mostra mais distorcida, assim como a corrente do inversor, vistas na figura 4-44. A figura 4-45 mostra, em detalhe, a corrente da rede com as tensões do sistema. A figura 4-46 mostra o detalhe das duas tensões, mostrando que a distorção na tensão do PAC é reduzida. A FFT da tensão do PAC, mostrada na figura 4-47, mostra a redução do espectro de sétima harmônica com relação a situação anterior. O mesmo pode ser dito ao analisar a FFT da corrente da rede, na figura 4-48.

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Figura 4-44 - Tensão da rede, tensão do PAC, corrente da rede e corrente do inversor com distorção de quinta e sétima harmônica.

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Figura 4-46 - Tensão da rede e tensão do PAC com distorção de quinta e sétima harmônica.

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Figura 4-48 – FFT da corrente da rede com distorção de quinta e sétima harmônica.

A tabela 4-2 resume os resultados obtidos para a tensão no PAC nos diversos casos apresentados. É possível concluir que à medida que se inclui as distorções na corrente, como mostra a tabela 4-3, as harmônicas na tensão são reduzidas.

Tabela 4-2 Resumo das harmônicas para tensão do PAC.

Fundamental Quinta Harmônica Sétima Harmônica Carga Sem CH. 118,75V 1,875V 0,4V Linear CH 5ª 118,75V 1,250V 0,8V CH 5ª e 7ª 118,75V 1,250V 0,4V Sem CH 118,75V 1,875V 0,8V Não Linear CH 5ª 118,75V 1,250V 0,75V CH 5ª e 7ª 118,75V 1,250V 0,25V

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Tabela 4-3 – Resumo das harmônicas para a corrente da rede.

Fundamental Quinta Harmônica

Sétima Harmônica

Carga

Sem CH. 5,8125A 0,125A 0,030A

Linear

CH 5ª 5,8125A 0,312A 0,062A

CH 5ª e 7ª 5,8125A 0,312A 0,125A

Sem CH 3,067A 0,281A 0,080A

Não Linear

CH 5ª 3,067A 0,423A 0,080A

CH 5ª e 7ª 3,067A 0,423A 0,100A

A figura 4-49, figura 4-50, e a figura 4-51 mostram, respectivamente, o espectro harmônico e a THD para a tensão do PAC com a presença de uma carga não linear. A distorção melhora à medida que se insere as distorções nas frequências desejadas. E todas elas atendem as normas reguladoras. O fator de potência calculado é de 0,977.

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Figura 4-50 - Espectro da tensão do PAC com a referência de corrente com distorção de quinta harmônica.

Figura 4-51 - Espectro da tensão do PAC com a referência de corrente com distorção de quinta e sétima harmônicas.

Um último caso a ser testado é com uma carga não linear com comportamento indutivo, como mostra a figura 4-52. O inversor é capaz de melhorar significativamente a corrente no PAC, fazer o sistema operar com fator de deslocamento dentro das normas, figura 4-53, e ainda alimentar a carga com a corrente indutiva, figura 4-54.

A figura 4-55 mostra o detalhe das tensões do PAC e da rede e a figura 4-56 mostra o espectro harmônico da tensão do PAC.

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Figura 4-52 Tensão na rede, tensão no PAC, corrente na rede, antes da opeação do inversor.

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Figura 4-54 - Tensão da rede, tensão do PAC, corrente da rede e corrente da carga.

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Figura 4-56 – Espectro harmônico da tensão no PAC para uma carga não linear indutiva.