Introdução

Nesse trabalho iremos abordar sobre inversores de frequência, que é um dispositivo

capaz de controlar a frequência em a corrente alterna entre positivo e negativo,

tendo o objetivo de controlar a velocidade de um motor de indução trifásico, que

acaba por gerar uma economia de energia elétrica.

As reais aplicações de inversores de frequência são em motores de indução

trifásicos, controlando a velocidade no modo em que se altera a frequência que a

corrente alterna os polos (positivo e negativo). Desse modo proporciona diversas

vantagens:

Economia energética;

Melhoramento do desempenho de máquinas e equipamentos, devido a

adaptação da velocidade aos requisitos do processo;

Elimina o pico de corrente na partida do motor (gerando uma partida suave);

Reduz a frequência de manutenção dos equipamentos;

Etc.

Neste trabalho trataremos de descrever o funcionamento dos inversores e suas

aplicações. Este trabalho não tem a pretensão de esgotar o assunto, pois ele se

renova a cada dia que passa. Temos como objetivo maior fornecermos maiores

conhecimentos sobre o tema de inversores de frequência.

Motores de indução tem suas características descritas na placa de identificação, que

se referem a sua potência, tensão de operação, fechamento, dentre outros.

Exemplo:

Na aplicação dos inversores em motores de indução, diferente do que acontece se

ligarmos os motores diretamente na rede de distribuição de energia elétrica, os

motores são alimentados com frequência e tensão variável. Isto possibilita obter

velocidade variável no eixo do próprio motor.

Neste texto discorreremos sobre como se constitui um inversor, sendo explicado a

função de cada componente do inversor como um todo. Mostraremos também as

aplicações de motores de indução controlados por inversores na indústria e no dia-

dia citando exemplos.

Formas de partida

Partida direta

O primeiro tópico que iremos abordar em formas de partida de motores de indução é

a partida direta.

A partida direta é a forma mais simples de partir um motor de indução. O motor é

ligado diretamente à rede através de um contator, como descrito na figura 1:

Figura 2 – Partida Direta.

Neste tipo de partida, observa-se que existem restrições de utilização. A corrente de

partida de um motor de indução quando ligado por partida direta, a tensão de rede é

de 5 a 6 vezes maior do que a nominal. Por esse motivo a partida direta não é

utilizada para motores de grande porte.

Partida estrela - triângulo (Y - ∆)

Iremos abordar agora sobre partida estrela – triângulo. Este tipo de partida só pode

ser utilizado em motores que possuam ligação em dupla tensão (por exemplo 3 x

380 V e 3 x 220 V). A menor tensão deverá ser igual à tensão de rede e a outra 1,73

vezes maior. Esta partida é implementada com dois contatores. Na partida o motor é

ligado na conexão de maior tensão, isto possibilita uma redução de até 1/3 da

corrente de partida do motor.

A partida estrela-triângulo poderá ser usada quando a curva de torque do motor for

suficientemente elevada para poder garantir a aceleração da máquina com a

corrente reduzida, ou seja, o torque resistente da carga não deverá ser superior ao

torque do motor quando o motor estiver em estrela.

Partida eletrônica (Soft-Starter)

A partida por soft-starter gera uma partida mais suave do motor de indução, isso

ocorre devido ao fato de que o equipamento varia a tensão na partida até que o

motor atinja velocidade máxima.

A soft-starter controla a tensão sobre o motor através do circuito de potência,

constituído por seis SCRs, variando o ângulo de disparo dos mesmos e

consequentemente variando a tensão eficaz aplicada ao motor. Assim, pode-se

controlar a corrente de partida do motor, proporcionando uma "partida suave" (soft

start em inglês), a não provocar quedas de tensão elétrica bruscas na rede de

alimentação, como ocorre em partidas diretas.

Figura 3 – Comparativo entre os métodos de partida

A figura acima mostra o comparativo entre os métodos de partida, gerando um

gráfico de corrente x tempo. Podemos observar que a partida eletrônica, ou partida

por soft-starter, a corrente é mais estável, e oscila bem menos em relação as

demais.

O inversor de frequência

Para entendermos o funcionamento de um inversor de frequência, será necessário a

compreensão de cada bloco que o constitui. Inicialmente ele é ligado em uma fonte

de energia alternada, essa energia de entrada tem uma frequência geralmente de

60hz. A corrente de entrada é então retificada, ou seja, é convertida em energia

continua, onde existem dois polos, positivo e negativo. Essa corrente é convertida

novamente em alternada, porém com essa conversão será possível controlar a

frequência da corrente.

Métodos de controles de inversores de frequência

Controle escalar

O funcionamento dos inversores de freqüência com controle escalar está baseado

numa estratégia de comando chamada “V/F constante”, que mantém o torque do

motor constante, igual ao nominal, para qualquer velocidade de funcionamento do

motor.

Controle Vetorial

Em um inversor escalar (mais comum) você varia a velocidade do motor utilizando a

lei tensão/freqüência (V/F) constante. Aproximadamente o velocidade do motor é

proporcional a V/F e o inversor irá proporcionar ao motor conjugados (torque) pré-

determinados mas não irá compensar por necessidades de conjugados especiais,

principalmente em velocidades baixas. Nessas velocidades o boost do inversor pode

ser configurado para compensar as perdas. 

Controles vetoriais são do tipo de tensão e de fluxo. 

Nos controles vetoriais de tensão a tensão no motor é calculada pelo programa do

inversor e compensa em parte os conjugados no rotor. Umas das técnicas de fazer o

controle vetorial de tensão é manter o escorregamento constante. Esse controle

melhora a eficiência do motor pois ele trabalha com tensões menores quando o

conjugado é menores que o nominal, comparado-se com inversores escalares. 

Os inversores com controle vetorial de fluxo mantêm o fluxo magnético no motor

constante. Diferente do controle vetorial de tensão em que o conjugado é controlado

pelo escorregamento, o campo é diretamente proporcional ao conjugado no rotor. 

Controle vetorial é utilizado quando se precisa de um controle maior e em malha

fechada, com a utilização de encoders.

Comando e controle de motores de indução

acionados por inversores de frequência

Comandar a velocidade de um motor acionado por um inversor de freqüência

significa simplesmente programar ou colocar uma referência de velocidade numa

entrada do inversor, sem ter informação real se essa velocidade programada está

presente no eixo do motor. Em sistemas que não requerem muita precisão ou que

são acoplados a cargas conhecidas e constantes, o comando de velocidade pode

ser suficiente para atingir as especificações projetadas.

Mas em sistemas que requerem maior precisão no valor da velocidade do eixo do

motor é necessário “controlar” o sistema.

Controlar o sistema significa colocar um sensor que indique o valor real da variável,

por exemplo, a velocidade (acoplando um sensor ao eixo do motor), e realimentar

este valor num regulador do inversor que atuará no sentido de diminuir a diferença

entre o valor lido no sensor e o valor desejado (programado).

É assim que continuamente o sensor está informando ao inversor o valor real da

variável, para este poder corrigir em forma dinâmica (em todo momento) o desvio do

valor programado.