Aula 21 - Inversor de frequência

Figura 01 - Inversor
de frequência.

Inversor de frequência é um aparelho eletrônico com a função de controlar a velocidade de um motor elétrico trifásico.

Esse tipo de controlador aciona um motor elétrico e promove a variação da frequência e da tensão que é fornecida a esse motor, dominando a sua velocidade e a potência consumida.

Assim, ele garante que o motor trabalhe em diferentes velocidades, sem a necessidade do uso de meios mecânicos, como polias, válvulas e redutores.

A função de um inversor é variar a frequência da rede que alimenta o motor e, assim, alterar a velocidade de rotação desse motor. Essa mudança de frequência ocorre na faixa de 0,5 a 400 Hertz (Hz).

Uma outra tarefa atribuída a ele é manter o torque constante para não provocar alterações na rotação quando o motor estiver com carga. Sem esse controle, o motor gira em velocidade máxima e fixa.

Com ele, o giro do motor é acelerado ou reduzido, conforme a necessidade, por isso é um dispositivo bastante utilizado no ambiente industrial.

O trabalho de aumentar ou diminuir a velocidade do motor, a fim de atender às exigências da operação, não seria possível utilizando apenas um redutor mecânico.

O inversor de frequência converte o sinal de corrente alternada (CA) da rede elétrica que entra no motor, em corrente contínua (CC) e, em seguida, em CA novamente. Depois desse processo, o sinal CA torna-se pulsado e com largura modulada, permitindo ajuste de sua frequência e tensão e, consequentemente, o controle da velocidade e do torque do motor. Estas etapas são mostradas na figura 01. Sua estrutura nos ajuda a entender melhor o seu funcionamento. 

Figura 02 - Circuito de um inversor de frequência.

Ele se divide em:

• Retificador: formado de ponte retificadora trifásica (retificador de onda completa). Aqui, seis ou mais diodos retificam a tensão de entrada trifásica da rede 60 Hz, e depois fornecem uma saída contínua com ondulação que será corrigida pelo filtro. 
• Filtro: barramento CC que suaviza as ondulações geradas pelo circuito retificador.
• Capacitores: elementos que compõem o filtro. Corrigem as ondulações da tensão, enquanto indutores minimizam as ondulações da corrente.
• Inversores: semicondutores que operam em corte (chave aberta) e saturação (chave fechada) obedecendo a uma lógica previamente estabelecida.

Em outras palavras, um inversor atua sobre a taxa de variação do chaveamento das bases dos transistores e, assim, controla a frequência do sinal trifásico gerado, conformo mostrado na figura 02. Na figura 03 temos a variação da frequência através da variação da velocidades dos pulsos.

Para evitar acionamentos bruscos e preservar o equipamento, o inversor conta com um recurso chamado rampa de aceleração.

Figura 03 - Variação da tensão provocado pela
variação da largura de pulso.

A rampa de aceleração de um inversor de frequência faz com que o motor atinja a velocidade configurada para sua operação em um tempo determinado.

Por exemplo: se a rampa for definida como 10 segundos para uma frequência de 200Hz, o motor de indução irá iniciar seu trabalho em 0Hz e chegará aos 200Hz desejados em 10 segundos.

Sem precisar atuar constantemente em sua velocidade máxima, os motores são menos forçados, o que ajuda a diminuir as despesas com manutenção e substituição de componentes, como correias e correntes.

Para evitar frenagens abruptas, se utiliza a função rampa de desaceleração.

Em muitos projetos, o inversor de frequência é uma das formas mais viáveis para fazer o controle da velocidade de motores elétricos, tanto pelo seu baixo custo quanto pela sua eficiência.

Figura 04 - Modulação PWM de um Inversor de Frequência.

A criação dos inversores potencializou a capacidade dos motores elétricos.

O motor, por sua vez, tem o princípio de funcionamento baseado no campo elétrico girante, que surge quando é alimentado por uma corrente alternada aplicada nos polos desse motor, defasados entre si 120º.

A velocidade na qual o motor trabalha, chamada de velocidade síncrona, é fornecida pelo campo elétrico girante. Ela é determinada em função do número de pólos do motor e em função da frequência que chega na entrada do motor.

Matematicamente falando, a velocidade síncrona (Ns) é o produto de 120 vezes a frequência (f) em Hz, dividido pelo número de pólos (p) do motor:

• Ns = 120.f/p.

Onde: Ns = Velocidade síncrona em RPM; f = Frequência em Hz; p = Número de pólos.

Observe que quanto maior é o valor da frequência que chega ao motor, maior é a velocidade de trabalho. Assim, quanto menor a velocidade, menor será o trabalho do motor.

Inversor de Frequência Escalar - É o tipo de inversor baseado em equações de regime permanente. Sua lógica de controle é a manutenção da relação V/F (Tensão/Frequência) constante.

Esse modelo tem desempenho dinâmico limitado e é empregado em tarefas simples, como o controle da partida e da parada do motor e para manutenção da velocidade em um valor constante.

Podem ser usados em bombas, ventiladores e máquinas simples, que necessitam apenas de variação de velocidade e partidas suaves.

Inversor de Frequência Vetorial - Esse tipo de dispositivo possui um controle mais complexo que os escalares e um desempenho dinâmico maior. Utiliza algoritmos inseridos no software que alteram a relação entre tensão e frequência para ajustar o torque.

Necessita da programação de todos os parâmetros do motor, como: resistências elétricas, indutâncias, correntes nominais do rotor e estator.

São aplicados em elevadores, guinchos e máquinas operatrizes, que demandam variação de velocidade, controle de torque, operações em baixas rotações e alta velocidade de resposta.

O inversor de frequência vetorial é usado em aplicações que exigem grande nível de precisão.

Os dois tipos têm estrutura similar, sendo o escalar dedicado a aplicações simples e o vetorial sensorless para compensação de torque e melhor performance.

Folha de dados da Inversor de frequência CFW08  WEG está disponível  no link: 21_11_02 CFW 08 WEG.

© Direitos de autor. 2015: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 22/10/2021