Correo do Fator de Potncia - ? Fator de Como o fator de potncia afetado pela Fator de distoro

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    02-Dec-2018

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  • Correo do Fator de Potncia

    Prof. Marcello Mezaroba@mezaroba@joinville.udesc.br

    Material elaborado e cedido pelo Prof Cassiano RechMaterial elaborado e cedido pelo Prof. Cassiano Rech

    1Prof. Cassiano Rech

  • C t l 1Captulo 1

    Com o avano dos dispositivos semicondutores, o nmero de cargas no-lineares tem crescido significativamente

    Esta classe de cargas tem afetado significativamente a g gqualidade da energia eltrica nos ltimos anos

    Cargas no lineares mudam a natureza senoidal das Cargas no lineares mudam a natureza senoidal das correntes drenadas pela carga

    E t t l i d t l i t t t Este captulo visa demonstrar a relao existente entre as cargas no lineares e o fator de potncia

    2Prof. Cassiano Rech

  • C t l 1Captulo 1

    Conceitos fundamentais de fator de potncia e distoro harmnicadistoro harmnica

    Definio de fator de potncia

    Definio de fator de deslocamento

    Definio de taxa de distoro harmnica

    N l ti h i f t d t iNormas relativas a harmnicos e fator de potncia

    3Prof. Cassiano Rech

  • D fi i d f t d t iDefinio de fator de potncia

    Utilizaremos o circuito abaixo para as definies a seguir:a seguir:

    i (t)iin(t)

    Cargavin(t)

    4Prof. Cassiano Rech

  • D fi i d f t d t iDefinio de fator de potncia

    Fator de potncia definido como a razo entre a potncia ativa (P) e a potncia aparente (S) consumidas por um dispositivo ou equipamento independentemente das formas que as ondas deequipamento, independentemente das formas que as ondas de tenso e corrente apresentem.

    onde:0

    1 ( ) ( )T

    in inP v t i t dtT= =

    PFPS

    = RMS RMSS V I

    Observao: Os sinais variantes no tempo devem ser peridicos eObservao: Os sinais variantes no tempo devem ser peridicos e de mesma freqncia.

    5Prof. Cassiano Rech

  • D fi i d f t d t iDefinio de fator de potncia

    Impactos de um baixo fator de potncia Impactos de um baixo fator de potnciaPara um mesmo valor de potncia ativa, os nveis de corrente so maiores

    Maiores nveis de corrente causam umaumento das perdas no sistema e podem tornar necessrio um redimensionamentotornar necessrio um redimensionamento do sistema de fornecimento de energia

    Capacidade de fornecimento deCapacidade de fornecimento de energia do sistema (gerao, transmisso e distribuio) reduzida

    M l i i d

    6Prof. Cassiano Rech

    Multa por energia reativa excedente

  • T t id iTenso e corrente senoidais

    Supondo uma rede monofsica com fonte de tenso senoidal e carga linear:

    ( )= ( ) 2 senin RMSv t V t ( )= + ( ) 2 senin RMSi t I t

    = cosRMS RMSP V I

    S V I= RMS RMSS V I

    P i R i (VA )QSQ = senRMS RMSQ V I

    = RPotncia Reativa (VA )Q

    7Prof. Cassiano Rech P = 2 2Q S P

  • T t id iTenso e corrente senoidais

    Carga resistivaVin = 220 V, Iin = 1,36 A

    P = 300 W, S = 300 VAFP = 1

    Carga RL ( = 30)Vin = 220 V, Iin = 1,57 A

    P = 300 W, S = 346,4 VAFP = 0,866

    8Prof. Cassiano Rech

  • T t id iTenso e corrente senoidais

    Carga RL ( = 60)

    Vin = 220 V, Iin = 2,73 A

    P = 300 W, S = 600 VAFP = 0,5

    Carga indutivaVin = 220 V, Iin = 2,73 A

    P = 0 W, S = 600 VAFP = 0

    9Prof. Cassiano Rech

  • Tenso senoidal e corrente distorcida

    Cargas lineares: as correntes solicitadas so proporcionais tenso aplicada. Exemplos: resistores, capacitores e indutores.

    Cargas no lineares: no conservam a proporcionalidade entre a tenso aplicada e a corrente resultante. Exemplo: retificador com filtro capacitivo.

    10Prof. Cassiano Rech

  • Tenso senoidal e corrente distorcida

    Qual o FP de entrada???

    11Prof. Cassiano Rech

  • Tenso senoidal e corrente distorcida

    Srie de Fourier: qualquer sinal peridico pode ser decomposto em uma soma de sinais senoidais.

    ( )

    =

    = + + 1,2,...

    ( ) 2in med h hh

    i t I I sen h t

    HARMNICOSHARMNICOS::HARMNICOSHARMNICOS::So formas de onda So formas de onda senoidaissenoidais com freqncias mltiplas com freqncias mltiplas

    ((hh = 2, 3, ...) da freqncia em que o sistema opera= 2, 3, ...) da freqncia em que o sistema opera((hh 2, 3, ...) da freqncia em que o sistema opera 2, 3, ...) da freqncia em que o sistema opera normalmente (freqncia fundamental).normalmente (freqncia fundamental).

    12Prof. Cassiano Rech

  • Tenso senoidal e corrente distorcida

    Corrente de entrada iin(t)

    + + ++ + +...

    13Prof. Cassiano Rech

    Fundamental 3 harmnico 5 harmnico

  • Tenso senoidal e corrente distorcida

    Potncia instantnea p(t) = vin(t)*iin(t)

    + + ++ + +...

    14Prof. Cassiano Rech

    Fundamental (P = 198 W) 3 harmnico (P = 0) 5 harmnico (P = 0)

  • Tenso senoidal e corrente distorcida

    1=

    +12

    1 cos1 i

    FPTHD

    Fator de

    Como o fator de potncia afetado pela

    Fator dedistoro (kd)

    Fator dedeslocamento (k)

    Como o fator de potncia afetado pela defasagem entre as componentes fundamentais de tenso e corrente, e pela distoro harmnica d t di idi t i ti S

    Q devido defasagem entre as

    de corrente, comum dividir a potncia reativa em duas parcelas: Q

    S

    Q devido defasagem entre asfundamentais de tenso e corrente

    H produzida pela distoro harmnicaP

    H

    15Prof. Cassiano Rech

    P= + +2 2 2S P Q H Tetraedro de potncias

  • T t di t idTenso e corrente distorcidas

    Nada est to ruim que no possa piorar!

    Somente transferida potncia ativa para a carga quando a tenso

    e a corrente possuem termos (harmnicos) na mesma freqncia.

    = 1

    cosn n nn

    P V I=1n

    16Prof. Cassiano Rech

    Fonte: Cortizo, P. C.

  • Normas relativas a harmnicos e fator de potncia: Resoluo 456

    RESOLUO 456 ANEELCondies Gerais de Fornecimento de Energia Eltrica

    FATOR DE POTNCIA ( FP ): FATOR DE POTNCIA ( FP ): razo entre a energia eltrica ativa e a raiz quadrada da soma dos quadrados das energias eltricas ativa e reativa,

    id d ifi d

    kWhFP

    consumidas num mesmo perodo especificado.

    2 2=

    +FP

    kWh kVAr

    P potncia ativa;Q potncia reativa;S potncia total ou aparente.

    17

    p p

    Prof. Cassiano Rech

  • Normas relativas a harmnicos e fator de potncia: IEC 61000-3-2

    NORMA IEC 61000-3-2 (2005)Equipamentos com correntes de entrada menores que 16 A por fasefaseTenso nominal fase-neutro entre 220 V e 240 V, operando em 50 Hz ou 60 HzVlida desde Janeiro/2001 na EuropaEquipamentos so divididos em 4 categorias:

    Classe A: Equipamentos trifsicos equilibrados e todos os demais Classe A: Equipamentos trifsicos equilibrados e todos os demais no inclusos nas classes seguintes

    Classe B: Ferramentas portteisCl C Il i Classe C: Iluminao

    Classe D: At 2005: Equipamentos com forma de onda especial da

    18

    q p pcorrente de entrada (75 W < P < 600 W)

    Aps 2005: TV, PC e monitor de PC (75 W < P < 600 W)Prof. Cassiano Rech

  • Normas relativas a harmnicos e fator de potncia: IEC 61000-3-2

    95% do semi-perodo no

    19

    interior da envoltria A linha central coincide com o valor de pico da corrente

    Prof. Cassiano Rech

  • Normas relativas a harmnicos e fator de potncia: IEC 61000-3-2

    As tabelas a seguir indicam os valores mximos para os harmnicos de corrente, com o equipamento operando em regime permanente

    Classe menos restritiva

    Limites so 1 5 vezesLimites so 1,5 vezesmaiores que os da Classe A

    nic

    ospa

    res

    Har

    m

    mp

    arm

    n.

    pare

    s

    20Limites absolutos Limites absolutos

    H

    Prof. Cassiano Rech

  • Normas relativas a harmnicos e fator de potncia: IEC 61000-3-2

    Classe mais restritiva, pois

    FP

    , pgrande parte das cargas para iluminao

    srm

    nic

    osm

    pare

    sH

    ar mn.

    Limites relativos(% da fundamental)

    Limites absolutos

    Limites relativosHar

    mn

    pare

    s

    21

    (% da fundamental)

    FP: fator de potncia

    Prof. Cassiano Rech

  • Normas relativas a harmnicos e fator de potncia: IEEE 519-1992

    IEEE 519 1992 IEEE 519-1992IEEE Recommended Practices and Requirements for Harmonic Control in Electrical Power SystemsControl in Electrical Power SystemsDescreve os principais fenmenos causadores de distoro harmnica, indica mtodos de medio e limites de distoroLimita harmnicos de tenso produzidos pelas concessionriasPara os consumidores, limita os harmnicos de corrente em regime permanente no ponto de acoplamento comum (PAC) comregime permanente no ponto de acoplamento comum (PAC) com a redeAs recomendaes no se aplicam para equipamentos individuaisOs limites para harmnicos pares so 25% dos limites para harmnicos mpares

    22

    harmnicos mparesDistores de corrente que resultem em nvel cc no so admissveisProf. Cassiano Rech

  • Normas relativas a harmnicos e fator de potncia: IEEE 519-1992O li i dif d d l d l d Os limites diferem de acordo com o nvel de tenso e com o nvel de curto-circuito do PAC

    A amplitude da corrente de curto-circuito, em relao corrente deA amplitude da corrente de curto circuito, em relao corrente de carga, depende da impedncia do sistema

    Quanto maior for a corrente de curto-circuito (menor impedncia), i di t d t d i i lmaiores so as distores de corrente admissveis, uma vez que elas

    distorcero em menor intensidade a tenso no PAC medida que se eleva o nvel de tenso, menores so os limites q ,

    aceitveis

    23Prof. Cassiano Rech

  • Normas relativas a harmnicos e fator de potncia: IEEE 519-1992

    ValoresmximosdosharmnicosdecorrenteempercentualdeIL

    Limites de Distoro da Corrente para Sistemas de Distribuio (120V a 69kV)

    Ordemdosharmnicos(harmnicosmpares)

    ICC/IL

  • Normas relativas a harmnicos e fator de potncia: IEEE 519-1992

    ValoresmximosdosharmnicosdecorrenteempercentualdeIL

    Limites de Distoro da Corrente para Sistemas de Sub-distribuio (69001 V a 161 kV)

    Ordemdosharmnicos(harmnicosmpares)

    ICC/IL

  • Normas relativas a harmnicos e fator de potncia: IEEE 519-1992

    Limites de Distoro da Corrente para Sistemas de Transmisso (> 161 kV),Sistemas de Gerao Isolados e Sistemas de Co-gerao

    ValoresmximosdosharmnicosdecorrenteempercentualdeILOrdemdosharmnicos(harmnicosmpares)

    ICC/IL

  • Normas relativas a harmnicos e fator de potncia: IEEE 519-1992

    Os objetivos de limitar os harmnicos de corrente injetados na rede reduzir os harmnicos de tenso.

    A tabela abaixo apresenta os valores limites dos harmnicos A tabela abaixo apresenta os valores limites dos harmnicos individuais e da distoro total de tenso no PAC em regime permanente.

    Em situaes transitrias, estes limites podem ser excedidos em 50%.

    Nveldetenso noPAC Distoroindividual Distorototal

    69 kV e abaixo 3 0 % 5 0 %

    Limites de Distoro de Tenso

    69kVeabaixo 3,0% 5,0%

    69.001Vat 161kV 1,5% 2,5%

    161.001 Veacima 1,0% 1,5%

    27Prof. Cassiano Rech

  • Bibli fiBibliografia

    Jos A. Pomilio, Harmnicos e Fator de Potncia: Um Curso de Extenso, UNICAMP. Disponvel em: .

    R. W. Erickson, D. Maksimovic, Fundamentals of Power , ,Electronics, Second edition.

    Oscar Garcia Power Factor Correction in Single Phase Oscar Garcia, Power Factor Correction in Single Phase Switching Converters, IEEE Applied Power Electronics Conference

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