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38O Setor Elétrico / Maio de 2010
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Harm
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etro
elet
rôni
cos
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
39O Setor Elétrico / Maio de 2010
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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
40O Setor Elétrico / Maio de 2010
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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%
Fatordecrista=1,31Módulo(%)
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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r el
etro
elet
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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
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%
Fatordecrista=1,89Módulo(%)
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
Irms=1,408ATHDi=94,42%
Fatordecrista=2,15Módulo(%)
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
Nº Aparelho/fabricante THD(%)V I
Fabricante1–tipo1(1porta)Fabricante1–tipo2(1porta)Fabricante1–tipo3(1porta)Fabricante1–tipo4(1porta)Fabricante2–tipo1(2porta)
Fabricante1Fabricante2
Fabricante1
Fabricante1Fabricante2
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
43O Setor Elétrico / Maio de 2010
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).
44O Setor Elétrico / Maio de 2010
Apoio
Tabela 13conTeúDo Harmônico Do conDicionaDor De ar nos moDos resFriar e venTilar
Harmônicos
123579
Ventilar
Irms=0,967ATHDi=7,87%
Fatordecrista=1,04
Resfriar
Irms=9,856ATHDi=17,31%
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
Nº Aparelho/fabricante THD(%)V I
Fabricante1
Fabricante1
Fabricante1
Fabricante1
Fabricante1
Fabricante1
Fabricante1Fabricante2
Fabricante1Fabricante2
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.
ReferênciasGONZALEZ, M. L.; PIRES, I. A. et al. Correntes harmônicas em
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2005, Belém – PA.
DUGAN, R. C. et al. Electrical Power Systems Quality, second
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ASTORGA, O. A. M. et al. Um estudo da substituição
das lâmpadas incandescentes por lâmpadas fluorescentes
compactas em instalações elétricas residenciais e o
compromisso entre conservação e qualidade de energia. XVI
SNPTEE – Seminário Nacional de Produção e Transmissão de
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FUJIWARA, J. K. et al. Interferência causada pelo uso de
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Seminário Brasileiro de Qualidade de Energia Elétrica, ST 8 – IT
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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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