O que são HARMÔNICAS em sistemas ELÉTRICOS?

É muito comum escutar esse nome na área musical, mas ao contrário do que muitos pensam esse conceito é bem comum em elétrica também. As harmônicas são frequências múltiplas inteiras de uma frequência fundamental. Na rede elétrica o valor da frequência fundamental é de 60Hz.

Harmônicas Pares e Ímpares

Quando a frequência harmônica apresenta um valor de 60Hz multiplicado por um valor de número par, forma-se as harmônicas pares, como 120Hz que é 60Hz multiplicado por 2, 240Hz por 4, 360Hz por 6 e assim vai. E existem também as harmônicas ímpares, que são formadas a partir da multiplicação de um número ímpar por 60Hz, como 180Hz que é 60Hz multiplicado por 3, 300Hz por 5, 420Hz por 7 e assim vai. Dessa forma as harmônicas são ordenadas de acordo com o múltiplo do qual a origina.

A quantidade e amplitude de cada harmônica é um dos parâmetros utilizados para medir a quantidade de energia elétrica existente na rede. Este e outros indicadores se traduzem em uma métrica chamada comumente de distorção harmônica total ou THD.

A maior parte dos componentes elétricos e eletrônicos e também condutores sofrem interferência das harmônicas. Dependendo do valor da frequência os indutores e capacitores possuem reatância. Tendo isso em mente, quando possuem harmônicas na rede elétrica, ocorre uma variação nas reatâncias capacitivas e indutivas. Quando o índice da qualidade de energia é baixo devido ao grande nível de distorção harmônica, pode ocasionar uma sobrecarga no condutor neutro e diminuir a vida útil de capacitores, transformadores e motores.

Formação das Harmônicas

Qualquer componente que utilize energia da rede elétrica de maneira não linear pode originar harmônicas. Quando um aparelho consome energia durante apenas uma parte de um ciclo de onda, eles são chamados de não lineares. Lâmpadas fluorescentes ou de LED, computadores, dimmer e outros eletrônicos no geral causam harmônicos que se acumulam e somam na rede elétrica.

Através de um osciloscópio é possível identificar os componentes de frequência de um sinal elétrico FFT é a transformado em Fourier, que se trata de algoritmo matemático que calcula a essa transformação discreta de Fourier. Ela é responsável por alterar o domínio de um sinal do tempo para o domínio da frequência. Ou seja, ao invés de acompanhar o comportamento da tensão, o FFT permite visualizar quais e quanto de frequência senoidais estão presentes no sinal. O primeiro pico presente nesta onda é a identificado como a frequência fundamental.

Quando se coloca o curso sobre o osciloscópio é possível identificar a frequência de 60Hz. Agora cada um dos picos na sequência corresponde a uma harmônica presente na rede elétrica. Nesse caso só possuem harmônicas ímpares. A 3ª harmônica de 180Hz, a 5ª de 300Hz e por assim vai.

É de suma importância saber em qual escala harmônica estão sendo medidas e visualizadas. Para que fique mais compreensível a distorção harmônica será demonstrada em um ambiente diferente, repleto de motores e máquinas. Com esse novo ambiente com máquinas trabalhando, o comportamento da rede elétrica será bem diferente da situação anterior, em que as harmônicas possuíam uma amplitude bem menor. Através do osciloscópio utilizando a função FFT é possível identificar uma onda senoidal perfeita, gerada utilizando o gerador de sinais embutido no osciloscópio.

Quando se configura a frequência da onda pra 60Hz e utiliza o formato senoidal, pode-se ver que existe somente a frequência fundamental. Não existem harmônicas que possam ser medidas nesta onde senoidal perfeita, que foi gerada idealmente a tensão na rede elétrica, mas isto é impossível no mundo real.

Espero que tenham gostado das dicas de hoje. Até a próxima!