Inversor de Frequência

Para que serve um inversor de frequência?

Por abril 11, 2019 julho 23rd, 2019 Nenhum comentário

Conversor de frequência ou inversor de frequência como é popularmente chamado, é um tipo de controlador que tem por função acionar um motor de indução trifásico. Através da utilização deste componente é possível obter velocidades diversas, pois, além do acionamento do motor, a tensão e frequência fornecidas pelo inversor de frequência são variáveis.

Quando tratamos de motores elétricos, o valor de sua velocidade em RPM (Revoluções Por Minuto), dependem de sua forma construtiva, no caso seu número de polos e a frequência da rede, conforme demonstra a fórmula a seguir:

Fórmula para cálculo do número de RPM de um motor de indução trifásico.

Onde: Ns: Velocidade síncrona do motor, ou velocidade do campo girante – Medido em RPM.

Quando aplicamos uma carga mecânica no eixo do motor, notamos que a sua velocidade sofre uma ligeira variação, deixando de representar a velocidade calculada. A diferença entre esta velocidade calculada (Ns) e a velocidade real no eixo do motor, é chamada de escorregamento. O valor do escorregamento é dado em porcentagem, e é calculado através da formula a seguir:

Cálculo do escorregamento do motor elétrico em porcentagem.

Onde: s: Escorregamento – Medido em porcentagem;

Ns: Velocidade síncrona do motor – Medido em RPM;

N: Velocidade real no eixo do motor – Medido em RPM.

Este vídeo demonstra como é obtido o movimento de rotação dos motores elétricos trifásicos de indução.

 

Vamos imaginar uma situação em que possuímos um motor elétrico de dois polos. Através da primeira fórmula, se realizarmos o cálculo, numa rede de 60 Hz, um motor com essas características construtivas, obteremos uma velocidade síncrona de 3600 RPM.  Se a nossa aplicação não requerer tudo isso de velocidade, podemos partir, para utilização de redutores mecânicos para baixar esta velocidade, ou aplicar o controle do inversor de frequência.

Através da aplicação de inversores de frequência, expandimos o leque de funções para controle da carga, pois, podemos programar rampas de partida e parada, corrente máxima de operação, fatores de sobrecarga, aplicarmos frenagem CC, parâmetros de segurança do motor e da aplicação, além de realizarmos o controle remoto de partida dos motores, através das entradas e saídas digitais do inversor.

Como funciona o inversor de frequência?

Neste tópico vamos abordar o funcionamento interno do inversor de frequência, explicando de forma simples, como a eletrônica interna trabalha para obtermos os resultados desejados no controle do motor elétrico.

Começaremos pelo retificador, este bloco é responsável pela conversão da corrente alternada de entrada em corrente continua pulsante. Este circuito utilizando seis diodos em ponte completa, retifica os semiciclos positivos e negativos da senóide de entrada, transformando em corrente continua pulsante, como visualizamos através da imagem abaixo.

Demonstração do circuito retificador trifásico do inversor de frequência.Após retificado, o próximo bloco existente no inversor de frequência é o denominado Link CC. A construção deste bloco é através de banco de capacitores que regulam a tensão retificada, com armazenamento de energia nestes capacitores. Ele retira a característica pulsante da onda e transforma em uma corrente continua. O valor desse link CC, depende exclusivamente da tensão de entrada fornecida pela rede, com valor aproximado obtido pela fórmula:

Fórmula para cálculo do valor de tensão CC no barramento do inversor de frequencia.

Ou seja, se utilizarmos uma alimentação trifásica de 380 Volts, obtemos um link CC de valor aproximado de 537,40 Vcc.

Demonstração de um circuito interno de um inversor de frequenciaO bloco que determina o nome mais comumente usado para nosso componente de estudo, é o bloco inversor. Neste bloco estão os componentes chamados IGBT’s, responsáveis pela inversão da tensão continua proveniente do Link CC num sinal alternado, com tensão e frequências variáveis. O controle dos IGBT’s é realizado através do circuito de comando, de maneira a obter um sistema de tensão alternadas, em que as fases estão defasadas em 120°.

O circuito de comando é o responsável por gerar os pulsos de controle para os transistores de potência, utilizando microcontroladores digitais como cérebro da aplicação. Através da variação de acionamento das bases dos transistores é controlado a frequência do sinal trifásico gerado.

Possuímos seis IGBT’s para acionamento, mas ligamos sempre de três em três, de forma a obter uma tensão de saída trifásica defasada 120° uma da outra. Através da sequencia de acionamento dos transistores, invertemos o sentido da corrente continua, transformando a mesma em alternada. Através da tabela é possível obter a sequencia de acionamento dos transistores de potência, de forma a assumir as características necessárias para funcionamento.

IGBT's para inversão da tensão continua em alternada, presentes internamente no conversor de frequencia

1° tempo 2° tempo 3° tempo 4° tempo 5° tempo 6° tempo
T1, T2, T3 T2, T3, T4 T3, T4, T5 T4, T5, T6 T5, T6, T1 T6, T1, T2

Até este momento demonstramos como variamos a frequência de um motor, mas se pensarmos na relação tensão/ frequência, como variamos esta tensão? Neste caso, aplicamos o método de controle mais utilizado nos inversores de frequência atuais, o chamado controle PWM (Pulse Width Modulation). Este circuito trabalha com um comparador de uma forma de onda triangular e uma onda senoidal, gerando uma onda retangular como forma de saída.

Circuito PWM para controle da frequência de saída do inversor de frequência.

O sinal triangular é a frequência de chaveamento do inversor, o gerador de onda senoidal, produz um sinal que determina a largura dos pulsos, e enfim a tensão rms de saída do inversor. Através da imagem abaixo, exemplificamos um circuito interno de um inversor de frequência, para que

Eletrônica interna de um inversor de frequência genérico.Através deste breve vídeo de simulação de um conversor de frequência, demonstramos a variação de frequência por intermédio de um potenciômetro, onde podemos observar que a cada instante de variação de frequência, a RPM também, se altera.

O objetivo deste artigo, é demonstrar o funcionamento do conversor de frequência, ou inversor de frequência, como é popularmente chamado. Exemplificamos o funcionamento interno deste componente, desmistificando a eletrônica de potência embarcada, e revelando as maravilhas por trás deste componente de revolucionou a industria e a automação industrial.

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Autor View Tech

Engenheiro Eletricista 25 anos de experiencia na área de Automação e Manutenção Industrial. Proprietário da Empresa View Tech Engenharia de Automação.

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