capítulo v caracterização de aparelhos eletrodomésticos · 2017. 1. 18. · alta distorção de...

38O Setor Elétrico / Maio de 2010

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Igor Amariz Pires*

Estecapítuloapresentaaavaliaçãodemedições

realizadasparacaracterizaraproduçãodeharmônicos

emeletrodomésticosdeconsumidoresresidenciaise

comerciaisnosistemadedistribuição,alémdemostrar

quais foram os principais resultados obtidos nestas

medições.Oinstrumentodemediçãoutilizadofoio

ION7650,desenvolvidopelaPowerMeasurement©,

queapresentaasprincipaisgrandezaselétricas,como

tensão, corrente, potência ativa, reativa e aparente,

etc.,comoobjetivodemonitoraçãodaqualidadede

energia.

No caso dasmedições realizadas nos aparelhos

eletrodomésticos,forammedidasdeminutoaminuto

a tensão,acorrente,oTHDde tensãoecorrente,o

fatordepotênciaeapotênciaativa,reativaeaparente.

Comoo enfoquedeste trabalho sãoos harmônicos,

os resultados apresentados serão de corrente,

harmônicos,valoreficaz,fatordecristaeoTHDde

tensãonoinstantedemedição.Aformadeondaera

guardadanoinstrumentonãodeformaautomáticae

simpor intervençãodousuário.O tempode coleta

totalvariavadeaparelhoparaaparelho,conformesua

funcionalidade.

Aparelhos eletrodomésticos Foram medidos mais de 100 aparelhos

eletrodomésticosem33diferentestipos.Paramelhor

visualização destes resultados, agruparam-se estas

mediçõesemseiscategorias:

1. Iluminação: lâmpadas incandescentes e

dimerizadas,fluorescentescompactas,fluorescentes

convencionais,vapordemercúrio,vapordesódioe

mista.

2. Eletrônicos:televisões,videocassetes,videogames,

computadores, aparelhos de fax, aparelhos de som,

laptop,telefonesemfio.

3. Refrigeradores: geladeiras, freezers, frigobar,

bebedouros.

4. Condicionadoresdear:ares-condicionadosde

váriaspotências.

5. Aquecimento:chuveiro,cafeteira,ferrodepas-

sarroupas,torradeira,micro-ondas.

6. Motores: batedeiras, circulador de ar, venti-

ladores, enceradeira, espremedor de laranja,

exaustor, lavadora de roupas, liquidificador,

tanquinho.

Comexceçãodoprimeirogrupoqueapresenta

diferenças na forma de onda de corrente de um

aparelho medido para o outro, os outros grupos

têmaformadeondadecorrentecomumseforem

comparadosumeletrodomésticoaoutro.

IluminaçãoLâmpadas incandescentes

As lâmpadas incandescentes são cargas

puramente resistivas, tendo um comportamento

linear, que também é confirmado quando

comparado o conteúdo harmônico da tensão

Capítulo V

Caracterização de aparelhos eletrodomésticos


Apoio

e corrente.ATabela 1mostra osTHDs de tensão e corrente

emmedições realizadas em cinco lâmpadas incandescentes.

Pode-se notar que, descontando os eventuais erros do

instrumentodemedição,osdoisTHDssão iguais,mostrando

queestaslâmpadasnãogeramcorrentesharmônicas.Enfim,os

harmônicosdecorrenteserãoiguaisaosharmônicosdetensão,

porseremaslâmpadasincandescentescargaslineares.

Entretanto, quando dimerizadas, o conjunto “lâmpada

incandescente+dimmer”passaaterumcomportamentodecarga

nãolinear,comomostradonaTabela2,naqualsãomostradosos

THDs,tantodetensãoquantodecorrente,paraosmesmosníveis

de iluminamento e para três dimmers analisados. Quando se

reduzoiluminamento,percebe-seumaumentodosharmônicos,

uma vez que a forma de onda de corrente fica cada vezmais

distantedeumaformadeondasenoidal.

Lâmpadas fluorescentes compactas (LFCs)

As fluorescentes compactas são lâmpadas com elevada

eficiência luminosa, apesar de serem cargas não-lineares, com

alta distorçãode corrente, daordemde100%.ATabela 3 traz

o resultado de medições realizadas em sete amostras de LFCs

e a Figura 1 mostra a forma de onda de corrente tipicamente

encontradonelas.

Tabela 1 THDs De Tensão e correnTe em lâmpaDas incanDescenTes

Nº

12345

Fabricante1–tipoclaraFabricante2–tipoclara

Fabricante3–tipobulbotranslúcidoFabricante4–tipocristal

Fabricante1–tipobulbotranslúcido

Potência(W)404060100100

V4,013,913,763,223,76

I3,673,953,643,153,66

THD(%)

Tabela 2 THDs De lâmpaDas (100 W) incanDescenTes DimerizaDas

Nº

123

Fabricante/tipo

Fabricante1–tiporotativoFabricante2–tipodeslizanteFabricante2–tiporotativo

Iluminamentoem75%THD(%)

V3,403,874,24

I26,6237,8633,74

Iluminamentoem25%THD(%)

V3,294,103,94

I78,0316,7274,86

Tabela 3 THDs De lâmpaDas FluorescenTes compacTas

Fabricante/tipo

Fabricante1–tipo1Fabricante2–tipo1Fabricante3–tipo1Fabricante4–tipo1Fabricante5–tipo1Fabricante6–tipo1Fabricante5–tipo2

Potência(W)

5111515151825

Nº

1234567

THD(%)V

3,914,114,364,214,304,404,21

I103,0589,58105,09111,21133,30126,94114,96


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Lâmpadas fluorescentes convencionais

Aslâmpadasfluorescentesconvencionaispodemtrabalhar

tanto com reatores eletromagnéticos quanto com reatores

eletrônicos. Estes últimos são mais econômicos, do ponto

de vista energético, porém apresentam umamaior produção

de harmônicos. As tabelas 4 e 5 trazem osTHDs de tensão

ecorrentedemediçõesrealizadasemlâmpadasfluorescentes

convencionais com reatores eletromagnéticos e eletrônicos,

respectivamente.

ComparandoasTabelas4e5,percebe-sequeaprodução

deharmônicosemreatoreseletrônicosébemsuperiordoque

osreatoreseletromagnéticos.Destaqueparaaúltimamedição

naTabela5,naqualoTHDdecorrenteébaixopoisatendeà

portariado Inmetronº.188,de9denovembrode2004,que

determinaquereatoresquealimentemlâmpadasfluorescentes

convencionais, em que o conjunto reator-lâmpada tenha

potênciasuperiora56W,devemserfabricadosnaversãocom

altofatordepotência.

Tabela 4 THDs De lâmpaDas FluorescenTes convencionais com reaTores eleTromagnéTicos

Fabricante/tipo

Fabricante1–tipo1Fabricante2–tipo1Fabricante1–tipo2Fabricante1–tipo3Fabricante2–tipo2

Lâmpadas

1x20W1x40W1x40W1x40W2x20W

Nº

12345

THD(%)V

4,094,304,004,194,01

I5,4511,2512,3012,2011,70

Tabela 5 THDs De lâmpaDas FluorescenTes convencionais com reaTores eleTrônicos

Fabricante/tipo

Fabricante1–tipo1Fabricante1–tipo2Fabricante2–tipo1Fabricante2–tipo2

Lâmpadas

1x20W1x40W1x40W2x40W

Nº

1234

THD(%)V

4,164,314,234,37

I4,164,314,234,37

Há uma diferença nos harmônicos das correntes

apresentados nos dois reatores mencionados, destacando o

alto índice de harmônicos no reator eletrônico. No caso do

reator eletromagnético, o conteúdo harmônico acima do 11º

harmônicojánãoémaisrepresentativo(≤0,35%).

Lâmpadas de vapor de mercúrio, sódio e mista

Em sistemas de iluminação externos, industrial e pública, as

lâmpadas mais utilizadas são as lâmpadas de vapor de mercúrio,

vapordesódioevapormisto.Asubstituiçãodelâmpadasdevapor

demercúrioparalâmpadasdevapordesódiofoiumadasmedidas

indicadaspeloProcel,emseuprogramadeGerenciamentopeloLado

daDemanda(GLD).Aslâmpadasdevapordesódiosãomaiseficientes,

porém,comoemoutroscasos,comumconteúdoharmônicomaior

queasoutrasduaslâmpadasmencionadas.ATabela7apresentaos

THDsdestaslâmpadaseaTabela8osseusconteúdosharmônicos.

Tabela 7 THDs De lâmpaDas De vapor De mercúrio, sóDio e misTa

Nº123

LâmpadaMista

VapordemercúrioVapordesódio

Potência(W)1608070

V3,684,414,52

I30,4238,0459,46

THD(%)

Eletrônicos Os aparelhos eletrônicos apresentam altos THDs de corrente.

IssoseexplicaporsuaformadeconversãoCA-CCutilizadanafonte

dealimentação:pontedediodoscomfiltrocapacitivo.Estacategoria

de eletrodomésticos é a principal carga não-linear de consumidores

residenciaisecomerciaise,consequentemente,daredededistribuição

queosabastece.ATabela9trazosaparelhoseletrônicosmedidoscom

seus respectivosTHDs.Os fabricantes estão numerados conforme o

tipodeaparelho,ouseja,ofabricante1detelevisãonãoéomesmo

fabricante1doaparelhodesomeaTabela10apresentaosharmônicos

dasformasdeondadecorrente.

Figura 1 – Forma de onda de corrente típica de uma LFC

Tabela 8 conTeúDo Harmônico De lâmpaDas De vapor De mercúrio, sóDio e misTa

Harmônicos

13579111315

VapordesódioIrms=0,474ATHDi=59,46%

Fatordecrista=1,83Módulo(%)

100,0029,7245,147,161,477,794,931,23

Ângulo(graus)-9,18-49,14102,86-0,72-111,08-69,8679,99-56,60

VapordemercúrioIrms=0477A

THDi=38,04%Fatordecrista=1,65Módulo(%)

100,0019,2730,613,641,156,963,130,40

Ângulo(graus)-7,97-43,84111,173,574,21-93,97112,4431,11

MistaIrms=0,760ATHDi=30,42%


100,0028,879,252,132,901,981,251,03

Ângulo(graus)-7,57166,5777,32-50,34-140,00141,1019,84-101,87

Tabela 6conTeúDo Harmônico De lâmpaDas FluorescenTes convencionais com reaTores

eleTromagnéTicos e com reaTores eleTrônicos

Harmônicos

13579111315

ReatoreletromagnéticoIrms=0,945ATHDi=12,20%

Fatordecrista=1,05

ReatoreletrônicoIrms=0,565A

THDi=103,88%Fatordecrista=1,76

Módulo(%)100,0011,891,280,800,390,35--

Ângulo(graus)-64,40-51,00-94,1827,15-24,25-163,32

--

Módulo(%)100,0065,9842,4040,1028,2919,5515,3210,95

Ângulo(graus)33,37-70,65-144,53135,4947,01-21,39-91,57-149,73


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elet

rôni

cos Tabela 9

THDs De aparelHos eleTrônicos

Nº Aparelho/fabricante THD(%)V I

Athlon1.8GHzPentium166MHz–monitor14’’Pentium300MHz–monitor14’’Pentium3–1GHz–monitor15’’Pentium3–1GHz–monitor17’’Pentium4–2,7GHz–monitor17’’Pentium4–3GHz–monitor17’’

Fabricante1-14’’Fabricante2-14’’Fabricante3-14’’Fabricante4-20’’Fabricante5-20’’

Fabricante1Fabricante2Fabricante3Fabricante4

Fabricante1

Pentium4–3GHz-15’’

Fabricante1

Fabricante1Fabricante2Fabricante3

Fabricante1Fabricante2


3,814,073,103,663,753,785,28

1,073,032,982,901,69

2,401,273,294,50

3,47

3,04

3,37

3,454,191,61

3,283,45

3,304,01

89,2798,4798,10114,3294,06119,9694,42

111,6395,96103,29103,00136,17

43,2061,1842,8035,97

111,6

10,00

51,03

26,1829,1537,84

135,2356,28

45,3056,92

Computador1234567

Televisão12345

Aparelho de som1234

Impressora a laser1

Laptop1

Rádio relógio1

Telefone sem fio123

Videocassete12

Videogame12

Tabela 10conTeúDo Harmônico De um compuTaDor, uma Televisão e um aparelHo De som

Harmônicos

135791113151719212325272931

Aparelhodesom3

Irms=0,127ATHDi=42,80%


100,0037,4017,316,045,911,972,590,981,200,670,690,590,440,430,350,33

Ângulo(graus)-26,19-179,22-48,47-17,81132,88-128,06-46,5376,64137,23-108,95-53,2658,81137,31-119,81-38,4663,18

Televisão3

Módulo(%)

100,0082,2954,8425,153,4110,5111,826,270,840,384,862,001,683,312,740,89

Ângulo(graus)2,49175,41-7,64173,2143,13-33,28146,07-42,45-1,1261,72-53,3195,39154,01-57,23102,59-147,4

Computador7



100,0078,4645,0813,746,1110,425,552,094,503,000,601,911,230,571,551,18

Ângulo(graus)2,46

-174,739,40

-161,18169,6411,77-154,47139,217,39

-160,0182,5914,14-151,58153,4928,31-134,33

Refrigeradores Os refrigeradores são importantes eletrodomésticos que estão

presentesnamaioriadoslaresbrasileiros.SegundooInstitutoBrasileiro

deGeografiaeEstatística(IBGE),em2003,86,8%doslaresbrasileiros

possuíamumageladeira.Nestefascículo,osrefrigeradoresestãosendo

chamados de geladeiras, freezers, frigobares e bebedouros, sendo

estesdoisúltimoscomunsemconsumidorescomerciais.ATabela11

apresentaasmediçõesrealizadaseaFigura2mostraaformadeonda

decorrentetípicadestegrupodeeletrodomésticos.

Maisumavez,osfabricantessãodivididosporaparelho.Estascargas

nãopodemserconsideradasnão-lineares,apesardasuadistorçãode

corrente,poisapresentambaixosTHDsdecorrente.Atensãonaqual

elasforammedidasnãoeraestritamentesenoidal.Segundoadefinição

decarganão-linear,parasecaracterizarumacargacomonão-linear,sua

correntedeveserdiferentedeumasenoidequandoacargaésubmetida

a uma onda de tensão puramente senoidal. As formas de onda de

corrente destes eletrodomésticos são muito semelhantes e lembram

umasenoide.

Tabela 11 THDs De aparelHos reFrigeraDores


Fabricante1–tipo1(1porta)Fabricante1–tipo2(1porta)Fabricante1–tipo3(1porta)Fabricante1–tipo4(1porta)Fabricante2–tipo1(2porta)


Fabricante1


1,133,844,103,102,60

2,552,61

1,28

3,961,25

4,748,0115,808,508,30

7,4914,47

7,20

4,197,99

Geladeira12345

Freezer12

Frigobar1

Bebedouro12

Figura 2 - Forma de onda de corrente típica de aparelhos refrigeradores.

UmadistorçãotípicanestacategoriadeaparelhoséumTHDde

8% (valormédio).Analisada a corrente eficaz da geladeira, durante

umperíodode15horas,percebe-sequeháumcomportamentomais

espaçadoduranteamadrugada,quesedeveaonúmeroreduzidoou

nenhuma abertura da porta da geladeira, o que faz seu compressor

ficar mais tempo desligado, além da baixa temperatura ambiente.

Esta alternância émenos pronunciadano freezer, por trabalhar com

temperaturas menores. Os bebedouros medidos não apresentam o

controlemencionado,ouseja,tem-secompressorligadoatodoinstante.

Irms=0,621ATHDi=103,29%

Fatordecrista=1,67


Apoio

Condicionadores de ar Osaparelhosdear-condicionadomedidos foramdo tipo janela,

comuns tanto em ambientes residenciais quanto em consumidores

comerciais.Elescontêmumcontroledetemperaturanaqualdesligamo

seucompressorderesfriamentoquandoatemperaturaambientechega

aumcertonível.Alémdisso,osaparelhosmedidostinhamváriosníveis

deresfriamentoeumoudoisníveisdeventilação.

Nomodo de resfriamento, a distorção de corrente émaior que

no modo de ventilação. Aqui vale a mesma observação feita para

os refrigeradores: não há como classificá-los como não-lineares,

pois as medições foram realizadas em ambientes com níveis de

tensãodistorcidos.ATabela12mostraosTHDsdetensãoecorrente

medidosparadiversoscondicionadoresdear,enquantoasFiguras3e

4mostramaformadeondadecorrentenosmodosresfriareventilar,

respectivamente.

Tabela 12 THDs De conDicionaDores De ar

Fabricante/tipo

Fabricante1–tipo1Fabricante2–tipo1Fabricante2–tipo2Fabricante2–tipo3Fabricante2–tipo4Fabricante2–tipo5Fabricante2–tipo6Fabricante1–tipo2Fabricante1–tipo3

BTU

750075007500105001050015000180001800021000

Nº

123456789

THD(%)Resfriar

V3,201,211,603,903,103,801,540,851,15

I12,7011,2613,0812,2015,4016,3010,6515,3817,31

THD(%)Ventilar

V3,401,371,59--

3,501,630,761,10

I5,401,895,21--

4,902,076,057,87

Figura 3 - Forma de onda de corrente de um condicionador de ar (modo resfriar).

Figura 4 - Forma de onda de corrente de um condicionador de ar (modo ventilar).


Apoio

Tabela 13conTeúDo Harmônico Do conDicionaDor De ar nos moDos resFriar e venTilar

Harmônicos

123579

Ventilar


Fatordecrista=1,04

Resfriar


Fatordecrista=1,43

Módulo(%)100,0012,5012,001,610,730,83

Ângulo(graus)-2,38125,33104,03-163,86138,83113,51

Módulo(%)100,000,147,502,900,820,25

Ângulo(graus)15,8051,20116,20-147,02-75,4365,31

Aquecimento Normalmente, os eletrodomésticos, que envolvem algum

aquecimento, têm esta funcionalidade associada a uma resistência

queprovocaestefenômeno.Assim,sãoaparelhoslinearessendoquea

distorçãodacorrenteacompanhaadistorçãodetensão.Umaexceção

nestegruposeriaoaparelhodemicro-ondas.Suadistorçãodecorrente

é facilmenteexplicadapornãoutilizarumaresistência,massimum

propulsor de micro-ondas para aquecer os alimentos. O conteúdo

harmônicodesseequipamentodeaquecimentoémostradonaTabela

14,quetemcomoúltimoharmônicoo11º,devidoaofatodosoutros

teremtidovaloresmenoresque1%.

Tabela 14 conTeúDo Harmônico De um aparelHo De micro-onDas

Harmônicos

12357911

Irms=13,459ATHDi=29,24%

Fatordecrista=1,64

Módulo(%)100,006,6027,144,794,841,751,68

Ângulo(graus)-0,32-97,20-145,31-47,26-54,9528,4793,70

Motores Esta última categoria de eletrodomésticos, na qual

se efetuaram medições, emprega algum motor para seu

funcionamento. A distorção de corrente nesta categoria

é geralmente baixa. A Tabela 15 traz os THDs dos vários

eletrodomésticosmedidos.Novamente, o fabricante1deum

aparelhoédiferentedofabricante1deoutroaparelho.

Conclusões Nestecapítulo,foramapresentadasasmediçõesrealizadas

em diversos aparelhos eletrodomésticos presentes em

consumidoresresidenciaisecomerciaisafimdecaracterizara

produçãodecorrentesharmônicasdecadaaparelho.Foipossível

concluirqueogrupodeiluminaçãopossuielementoslineares

e também produzem uma quantidade média de harmônicos

(lâmpadas de descarga com reatores eletromagnéticos), com

Tabela 15THDs De eleTroDomésTicos baseaDos em moTores


Fabricante1

Fabricante1

Fabricante1

Fabricante1

Fabricante1

Fabricante1



Fabricante1

Fabricante1

Fabricante1Fabricante2Fabricante3

4,07

4,16

2,80

3,11

3,76

3,32

3,402,51

2,633,26

1,75

4,20

3,382,905,32

22,68

5,62

3,80

11,26

10,16

7,8

13,5116,85

5,5617,06

8,98

4,21

2,243,905,49

Aspirador de pó1

Batedeira1

Circulador de ar1

Enceradeira1

Espremedor de laranja1

Exaustor de fogão1

Liquidificador1

Lavadora de roupas12

Tanquinho1

Ventilador de teto1

Ventilador pequeno123

THD de corrente médio de 30%. Há também aqueles que

produzemgrandequantidadedeharmônicos,comoasLFCse

aslâmpadasfluorescentescomreatoreseletrônicos,possuindo

THDsdecorrentedaordemde100%.

Jáogrupodeeletrônicos,devidoaoprocessodeconversão

CA-CCempregadoemsuasfontesdealimentação,iráapresentar

emsuagrandemaioriaumagrandeproduçãodeharmônicos,

sobretudo os computadores e televisores, com THD médio

de corrente de 100%. Enquanto isso, os refrigeradores,

condicionadores de ar e motores não apresentam níveis

substanciaisdeharmônicos,tendoumTHDdecorrentemédio

de 10%. Por fim, cargas de aquecimento, por serem lineares

emsuagrandemaioria,irãoapresentarcorrentescomespectro

harmônicoedistorçãoiguaisaosverificadosparaatensão,no

instantedemedição.

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*IGOR AMARIZ PIRES é engenheiro eletricista, mestre e doutorando em

engenharia elétrica pela Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG),

com ênfase em qualidade da energia elétrica.

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