Como é transformada a frequência em um inversor

Inversor de frequência é um dispositivo eletrônico usado para controlar a velocidade de um motor trifásico. A frequência que chega na entrada do motor determina a velocidade a qual ele vai operar. Os motores trifásicos tem o principio de funcionamento baseado no campo elétrico girante. Campo que surge quando um sistema de alimentação alternada é aplicado nos polos de um motor, defasados entre si 120º. A velocidade a qual o motor trabalha é fornecida pelo campo elétrico girante, esta velocidade é chamada de velocidade síncrona. Ela é determinada em função do número de polos do motor (característica construtiva) e em função da frequência a que chega na entrada do motor.

Leia também

• Motor de corrente contínua, características e aplicações!
• Motor monofásico em inversor trifásico, é possível?

Matematicamente falando, a velocidade síncrona (Ns) é o produto de 120 vezes a frequência (f) em Hz, dividido pelo número de polos (p) do motor. A partir desta fórmula fica claro que quanto maior a frequência que chega ao motor maior é a velocidade de trabalho dele, e o inverso também influencia em uma velocidade e menor do motor. E é essa alteração que o inversos de frequência faz, ele realiza essa intervenção antes da entrada do motor.

Fórmula da velocidade síncrona.

Frequência é uma grandeza, medida em Hertz (Hz). Ela corresponde ao número de oscilações ou ciclos por segundo que ocorrem na corrente elétrica.

Usar um inversor de frequência acarreta uma série de vantagens, tais como: controlar a velocidade do motor, sem grandes perdas de torque; aceleração suave através de programação; frenagem direta no motor, sem necessidade de freios mecânicos; programação de velocidade de acordo com a necessidade; automatização; flexibilidade; segurança; instalação simples; maior precisão; etc.

Para entender como é feita essa mudança na frequência fornecida pela rede para entrada no motor, primeiro é necessário saber as partes de um inversor de frequência.

• Circuito de entrada (ponte retificadora):

Este bloco retifica a energia alternada disponível, para alimentação do inversor. A configuração mais comum é a de uma ponte de diodos em onda completa e na saída um capacitor que faz a filtragem da tensão obtida.

• Inversor de potencia:

Esta parte transforma a tensão contínua do bloco anterior em tensão trifásica para alimentar o motor. São usados transistores (IGBTs) que chaveiam a tensão a partir dos sinais de gerador PWM (Modulação por Largura de pulso). Quando estes sinais gerador a uma caraga indutiva como o motor trifásico, elas tomam uma forma quase senoidal, apesar de serem gerados como trens de pulsos.

• Controle:

Neste circuito são formadas as ondas que determinaram a velocidade e a potência aplicada no motor. O bloco de controle geram pulsos que atuam nos transistores de chaveamento.

• Proteção contra surtos:

A tensão da rede de energia não é perfeita e pode conter surtos e transientes, para proteção do circuito, no inversos de frequência são usados elementos como varistores, TVS e elementos semelhantes.

• Proteção interna:

Este bloco analisa as tensões presentes na saída do inversor, de modo que se estas apresentarem algum distúrbio, o bloco de comando é acionado para tomar as providencias necessárias, como interromper o processo.

• Placa de driver’s (disparo dos IGBT, fontes de alimentação, etc.):

Bloco gerador de sinais para excitação dos transistores de potencia de saída.

• Auto-Boost:

Este bloco analisa as condições da carga, determinando qual a tensão devida para ser aplicada a ela gerar o torque necessário.

• Programação:

Painel que apresenta as informações gerais e também é onde é realizada a programação do inversor.

• Interface (I/O):

Através deste bloco o inversor se comunica com dispositivos externos, como computadores.

• Controle:

Neste bloco são tomadas decisões de acordo com a programações, e sinais internos ou externos.

Blocos do inversor de frequência.

O inversor de frequência é ligado na rede elétrica, e em sua saída há uma carga que receberá a frequência modificada pelo inversor. No primeiro estágio, o inversor utiliza o circuito retificador para transformar a tensão alternada em contínua. Após isso o segundo estágio realiza o inverso, transforma tensão C em tensão CA (conversor), e com a frequência desejada. Na rede a frequência é fixa, geralmente 60 Hz, e a tensão é transformada pelo retificador de entrada em contínua pulsada (retificação de onda completa). O capacitor (filtro) a transforma e tensão contínua pura. Essa tensão contínua é conectada aos terminais de saída pelos dispositivos semicondutores do inversor, os transistores, que funciona como chave estática. O sistema de comando é quem controla a ação destes semicondutores, para conseguir uma tensão pulsada, com frequências fundamentais desfasadas 120º. A tensão é escolhida de modo que a relação tensão/frequência seja constante, resultando em operação de fluxo constante, e manutenção da máxima capacidade de sobrecarga do motor.

Inversor Escalar X Inversor Vetorial

Os inversores escalar são usados em tarefas mais simples como o controle da partida e da parada e a manutenção da velocidade em um valor constante (regulação). A lógica de controle usada é a relação de tensão/frequência constante.

O inversor vetorial é mais complexo em comparação ao inversor escalar. Basicamente, ele promove o desacoplamento entre o controle do fluxo e o controle da velocidade por meio de transformação de variáveis. Por esta técnica de controle, estes inversores são empregados em tarefas mais complexas, que exigem grande precisão.

A maior diferença entre estes inversores e o modo de operação de cada um é a capacidade de inversão dos fatoriais. Como pode ser percebido, o inversor escalar muda a frequência de acordo com a relação tensão/frequência, enquanto o inversor vetorial faz isso de forma mais complexa, realizando modificações nos parâmetros que influenciam essas grandezas.

Sobre o autor

Eletricista desde 2006, Henrique Mattede também é autor, professor, técnico em eletrotécnica e engenheiro eletricista em formação. É educador renomado na área de eletricidade e um dos precursores do ensino de eletricidade na internet brasileira. Já produziu mais de 1000 videoaulas no canal Mundo da Elétrica no Youtube, cursos profissionalizantes e centenas de artigos técnicos. O conteúdo produzido por Henrique é referência em escolas, faculdades e universidades e já recebeu mais de 120 milhões de acessos na internet.

Veja a biografia completa

Veja também

Solução para reduzir as harmônicas!

Como ligar um motor trifásico?

Motor elétrico! Fechamento de bobina 6 e 12 pontas

Como ligar motor trifásico em rede bifásica?