Regulador de potência CA: porque é que a forma de onda que está a ver não é uma onda sinusoidal pura?

Muitos técnicos que testam sistemas de energia observam um fenómeno interessante: embora a forma de onda da tensão de saída pareça estável, a observação com o osciloscópio revela que a regulação não está, na realidade, a produzir uma amplitude de onda sinusoidal pura e perfeitamente suave. Este fenómeno é muito comum na operação de condicionadores de energia industriais de alta potência. Muitas pessoas presumem habitualmente que os reguladores simplesmente aumentam ou diminuem a tensão; na realidade, a sua lógica interna é muito mais complexa.

A Verdade Sobre a Tecnologia Chopper e a Regulação Não Senoidal
A maioria das soluções atuais de condicionadores de energia elétrica utiliza disparo controlado por fase de tirístores ou modulação por largura de pulso (PWM). Isto significa que, ao alterar a energia de saída, o dispositivo fá-lo geralmente "cortando" uma parte da forma de onda. Quando diminui a saída, o regulador corta a corrente num ângulo específico em cada ciclo, causando lacunas ou distorções na forma de onda.

Comutação controlada por fase: Este método ativa a onda sinusoidal apenas num determinado ponto no tempo, descartando a parte restante. Isto altera diretamente o valor eficaz (RMS), em vez de suavizar a amplitude.

Compensação de energia: Os dispositivos baseados na saturação magnética parcial suavizam os picos de tensão alterando a saturação do núcleo.

Geração de harmónicos: Este método de regulação não linear produz inevitavelmente harmónicos de alta ordem, fazendo com que a forma de onda final se assemelhe a uma ponte em arco achatada.

Equilíbrio entre a velocidade de resposta e a qualidade da forma de onda
Procurar a velocidade de resposta máxima sacrifica muitas vezes a pureza da forma de onda. Perante flutuações severas na rede elétrica, o condicionador de energia monofásico deve responder num tempo muito curto. Esta intervenção instantânea leva frequentemente a uma deformação momentânea do envelope da forma de onda.

Este mecanismo de regulação significa que a taxa de distorção da forma de onda aumentará ainda mais quando se lida com cargas indutivas ou capacitivas. Se observar a saída do regulador, verá que se assemelha mais a uma adição e subtração de energia do que à geração de um arco perfeito. Para a maioria dos motores industriais ou elementos de aquecimento, esta regulação sinusoidal impura é perfeitamente adequada e até mais eficiente.

Se procura equipamentos que produzam formas de onda perfeitas, como as descritas nos livros de texto, estes enquadram-se frequentemente na categoria de conversores de frequência ou reguladores de tensão CA de alta precisão. Os reguladores de potência CA comuns procuram um equilíbrio entre eficiência, custo e estabilidade dinâmica, razão pela qual os seus resultados de regulação apresentam frequentemente "traços de fabrico" evidentes.