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.

Figura 05 - Controle escalar no
Inversor de Frequência.

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. Na figura 05 temos um gráfico do controle V/F e alguns parâmetros utilizados nesse modo de controle.

Os demais modos de controle são similares ao V/F, com a diferença de acrescentar uma correção da tensão e frequência em função de uma malha de controle de velocidade, que pode ser fechada por encoder ou com velocidade deduzida a partir de medições de variáveis do motor, como: Tensão, corrente, frequência, torque e etc.

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.

Configuração do inversor de frequência

A configuração correta de um inversor de frequência é fundamental para otimizar o desempenho do motor e proteger tanto o motor quanto o equipamento em que ele está operando. Aplicações que exigem controle preciso de velocidade, como esteiras industriais, ventiladores, compressores, entre outros, dependem do ajuste fino de parâmetros para garantir que o motor funcione com suavidade, eficiência e segurança.

Motores trifásicos, por si só, poderiam ser ligados diretamente à rede elétrica, mas essa prática pode resultar em problemas como variações indesejadas na velocidade de rotação, consumo excessivo de energia e desgaste prematuro do equipamento. O inversor de frequência, além de ajustar a velocidade do motor, também permite que ele opere de acordo com as demandas do processo industrial, sem desperdícios de energia e com maior controle.

Embora existam muitos parâmetros que podem ser ajustados, os parâmetros P000, P005, P100 e P101 são considerados fundamentais e devem ser configurados adequadamente para garantir o funcionamento correto do inversor e do motor.

Parâmetro P000 - Habilitação da Edição de Parâmetros

O primeiro passo para configurar um inversor de frequência é desbloquear a edição de parâmetros, o que permite que os ajustes sejam realizados de acordo com a aplicação desejada. O parâmetro P000 é responsável por habilitar ou bloquear a edição de parâmetros. Como ajustar:

• Pressione a tecla “PROG” no painel do inversor.
• Use as setas para navegar até aparecer no displai “P000“.
• Pressione a tecla “PROG” novamente e defina o valor para 5.
• Pressione “PROG” para confirmar.

Isso permite que você faça alterações nos demais parâmetros.

Parâmetro P100 - Tempo de Aceleração

O parâmetro P100 define o tempo que o motor levará para ir da condição de parado até atingir sua velocidade nominal. Esse ajuste é importante em aplicações onde uma partida suave é necessária, como esteiras industriais que transportam itens delicados. Uma partida brusca pode causar danos aos itens transportados, enquanto uma partida controlada evita os chamados “trancos”. Como ajustar:

• Pressione “PROG” e use as setas para encontrar o parâmetro P100.
• Pressione “PROG” e ajuste o valor para o tempo desejado (em segundos).
• Pressione “PROG” novamente para confirmar.

Por exemplo, se o tempo de aceleração for definido como 5 segundos, o motor levará 5 segundos para atingir sua velocidade nominal.

Parâmetro P101 - Tempo de Desaceleração

Assim como o parâmetro de aceleração, o P101 define o tempo que o motor levará para ir de sua velocidade nominal até a parada completa. Isso evita que o motor pare bruscamente, o que pode causar danos ao equipamento ou aos itens transportados. Como ajustar:

• Pressione “PROG” e com o auxílio das setas, navegue até o parâmetro P101.
• Defina o tempo de desaceleração desejado, novamente em segundos.
• Confirme a configuração pressionando “PROG“.

Por exemplo, se o tempo de desaceleração for definido como 5 segundos, o motor levará 5 segundos para reduzir sua velocidade até parar completamente.

Parâmetro P399 a P407 - Dados do motor

Estes parâmetros são muito importantes no controle de um motor trifásico, pois definirão os valores das grandezas elétricas que o inversor ira enviar ao motor. A frequência nominal define a velocidade de operação do motor. A maioria dos motores industriais opera em 60 Hz, dependendo da região e da aplicação. Para definir estes parâmetro, é necessário que o motor esteja conectado ao inversor de frequência. 

• Pressione “PROG” e com o auxilio das setas, navegue até o parâmetro P403.
• Defina este valores conforme a placa do motor: 60,0 HZ.
• Confirme a configuração pressionando “PROG“.

Depois de conectar o motor trifásico ao inversor de frequência, pressione a tecla “|” o que colocará o eixo do motor em movimento e a variação de sua velocidade poderá ser vista no display. Agora é possível ajustar a frequência nominal de operação do motor. Esse parâmetro é ajustado de acordo com a necessidade de operação. Por exemplo, em uma aplicação de ventilação, uma frequência menor pode ser usada para operar o motor em baixa velocidade, enquanto em um compressor, pode ser necessária uma frequência maior.

A figura a seguir representa a relação entre frequência de operação e os tempos de aceleração e desaceleração.

Outros parâmetros comuns

Além dos parâmetros mencionados, outros ajustes podem ser feitos para adaptar o inversor de frequência à aplicação específica. Alguns deles incluem:

• P156 (Corrente de Sobrecarga do Motor): Este parâmetro define a corrente máxima que o motor pode suportar. Configurar esse valor adequadamente protege o motor contra sobrecargas.
• P204 (Parâmetros de Fábrica): Usado caso seja necessário retornar aos parâmetros de fábrica.

Os inversores de frequência são ferramentas poderosas para otimizar o desempenho de motores trifásicos em uma ampla gama de aplicações industriais. No entanto, para obter o máximo proveito desse dispositivo, é fundamental configurar os parâmetros de operação corretamente. Ajustes como o tempo de aceleração, desaceleração e a frequência nominal devem ser feitos com base nas necessidades da aplicação para garantir que o motor funcione de forma suave, eficiente e segura. Ao compreender e aplicar esses parâmetros, você estará garantindo o melhor desempenho para sua aplicação industrial.

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