Inversor de frequência: o que é e como funciona?

Os inversores de frequência são componentes essenciais na automação industrial, permitindo o controle preciso da velocidade e torque de motores elétricos. 

Eles desempenham um papel crucial na eficiência energética e na otimização de processos, adaptando-se a diversas aplicações industriais. 

Neste artigo, vamos explorar o que são os inversores de frequência, como funcionam e suas principais vantagens.

O que é um 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.

É um equipamento extremamente útil para todo tipo e tamanho de empresa, de fácil aquisição e fabricado em diferentes modelos, tamanhos e potências.

O mecanismo também é conhecido no mercado como:

• Inversor de Frequência Variável (VFD);
• Conversor de Frequência;
• Drive de velocidade variável;
• Drive ajustável da velocidade;
• Drive de frequência ajustável;
• Drive CA (Corrente Alternada);

Qual é a função do inversor de frequência?

A função principal do inversor de frequência é controlar a velocidade e o torque de motores elétricos de corrente alternada (AC). 

Ele faz isso convertendo a frequência e a tensão da rede elétrica para valores ajustáveis, permitindo uma operação mais eficiente e flexível dos motores. Na tabela algumas das funções do inversor de frequência:

Como funciona um inversor de frequência?

Um inversor de frequência é um dispositivo eletrônico empregado para controlar a velocidade de motores elétricos de corrente alternada (CA) através da variação da frequência e tensão fornecidas ao motor. Vamos detalhar o processo em etapas para melhor compreensão:

Retificação da Corrente Alternada (AC) para Corrente Contínua (DC)

A sua primeira etapa é a retificação da corrente alternada (AC) da rede elétrica para corrente contínua (DC).  Isso é feito usando um retificador, que geralmente consiste em um conjunto de diodos ou tiristores.

Filtragem

Após a retificação, a corrente contínua resultante pode conter ondulações indesejadas. Para suavizar essas ondulações, a corrente passa por um filtro, geralmente composto por capacitores e indutores. 

Este processo resulta em uma corrente contínua mais estável e suave.

Inversão de Corrente Contínua (DC) para Corrente Alternada (AC)

A etapa seguinte é a inversão da corrente contínua de volta para corrente alternada, mas desta vez com a frequência e a tensão ajustáveis. Isso é feito usando um inversor, que é composto por transistores de potência (como IGBTs – Insulated Gate Bipolar Transistors). 

Esses transistores são controlados por um circuito de controle que modula a largura dos pulsos (PWM – Pulse Width Modulation) para criar uma forma de onda AC com a frequência e a tensão desejadas.

Modulação por Largura de Pulso (PWM)

A técnica de modulação por largura de pulso (PWM) é crucial para o funcionamento do inversor de frequência.

 O circuito de controle gera uma série de pulsos de largura variável que, quando aplicados aos transistores, criam uma forma de onda AC que imita uma senoide, permitindo assim o controle preciso da velocidade e torque do motor elétrico.

Rampas de aceleração

As rampas de aceleração são perfis de tempo configurados nos inversores de frequência para controlar a taxa de aumento da velocidade do motor de forma gradual e suave.

Elas evitam picos de corrente e estresse mecânico, prolongando a vida útil dos componentes e melhorando a eficiência energética. 

Existem diferentes tipos de rampas, como a linear, onde a velocidade aumenta de forma constante, a curva (S-Curve), que minimiza choques mecânicos com uma aceleração mais suave no início e no fim, e a exponencial, que proporciona uma resposta rápida inicial. 

Vídeo: Apresentação rampas Trapezoidais e Curva-S

Essas rampas são essenciais para garantir uma operação segura e eficiente em diversas aplicações industriais, desde esteiras transportadoras até sistemas sensíveis a vibrações.

Por que devo utilizar um Inversor de Frequência?

Utilizar um inversor de frequência traz uma série de benefícios significativos para operações industriais. Aqui estão os principais motivos para adotar essa tecnologia:

Reduzir o Consumo de Energia e os Custos de Energia

A eficiência energética é uma preocupação crescente em todos os setores industriais devido aos altos custos de energia e às exigências ambientais. 

Os inversores de frequência ajustam a velocidade do motor conforme a demanda do processo, evitando o desperdício de energia. 

Em sistemas que operam em cargas variáveis, como bombas e ventiladores, a redução de velocidade pode resultar em economias substanciais de energia, diminuindo os custos operacionais e contribuindo para a sustentabilidade ambiental. 

Aumente a Produção com um Controle de Processo Adequado

Com um controle preciso da velocidade e do torque do motor, os inversores de frequência permitem otimizar os processos de produção. 

Isso resulta em uma operação mais eficiente e consistente, aumentando a produtividade e a qualidade dos produtos. 

A capacidade de ajustar rapidamente a velocidade do motor conforme as necessidades do processo também reduz o tempo de inatividade e melhora a flexibilidade operacional. 

Estenda a Vida útil do Equipamento e Reduza a Manutenção

A partida suave proporcionada pelos inversores de frequência reduz o estresse mecânico e elétrico nos motores e nos componentes associados. 

Isso diminui o desgaste e a necessidade de manutenção frequente, prolongando a vida útil do equipamento. 

Além disso, os inversores oferecem proteção contra sobrecargas, sobretensões e curtos-circuitos, prevenindo danos e falhas prematuras. 

Tenha mais precisão e segurança em processos industriais

Os inversores de frequência permitem um controle preciso da velocidade e do torque, essencial para aplicações que exigem alta precisão, como máquinas de corte e sistemas de transporte. 

Eles também melhoram a segurança operacional ao fornecer proteção contra condições anormais e permitir a reversão segura da direção do motor. 

A integração com sistemas de automação, como CLPs e IHMs, facilita o monitoramento e o controle avançado dos processos, aumentando a segurança e a eficiência. 

Quais são os tipos de inversores de frequência?

Os inversores de frequência são classificados principalmente em dois tipos: inversores de frequência escalar e inversores de frequência vetorial. Cada tipo possui características específicas que os tornam adequados para diferentes aplicações industriais. Vamos explorar cada um deles:

Inversor de Frequência Escalar

Os inversores de frequência escalares, também conhecidos como inversores V/f (Volts por Hertz), controlam a velocidade do motor mantendo uma relação constante entre a tensão e a frequência. 

Este tipo de inversor é simples de implementar e é ideal para aplicações onde o controle preciso do torque não é crítico. 

Eles são amplamente utilizados em sistemas de ventilação, bombas e esteiras transportadoras, onde a principal necessidade é a variação da velocidade do motor.

• Simplicidade: Fácil de configurar e operar.
• Custo: Geralmente mais barato em comparação com os inversores vetoriais.
• Aplicações: Adequado para cargas de torque constante e variáveis, como ventiladores, bombas e transportadores.
• Desempenho: Menos preciso no controle de torque e velocidade em comparação com os inversores vetoriais.

Inversor de Frequência Vetorial

Os inversores de frequência vetoriais, também conhecidos como inversores de controle vetorial ou inversores de controle de campo orientado, utilizam algoritmos avançados para controlar a velocidade e o torque do motor de forma independente. 

Eles são capazes de fornecer um controle muito mais preciso e dinâmico, sendo ideais para aplicações que exigem alta performance, como máquinas-ferramenta, guindastes e sistemas de elevação.

• Precisão: Controle preciso de velocidade e torque, ideal para aplicações dinâmicas.
• Desempenho: Melhor desempenho em termos de resposta e estabilidade.
• Aplicações: Adequado para cargas de torque variável e aplicações que exigem alta precisão, como máquinas-ferramenta, guindastes e elevadores.
• Complexidade: Mais complexo de configurar e operar, geralmente requerendo conhecimento técnico especializado.

Inversor de frequência: vantagens e desvantagens

Os inversores de frequência são dispositivos amplamente utilizados na automação industrial devido às suas diversas vantagens, sendo a principal o controle da velocidade do motor.

 No entanto, como qualquer tecnologia, eles também apresentam algumas desvantagens. Vamos explorar ambos os aspectos:

Vantagens do inversor de frequência

• Eficiência Energética
• Controle Preciso de Velocidade e Torque
• Partida Suave
• Flexibilidade Operacional
• Proteção do Motor
• Redução de Ruído
• Automação e Integração
• Melhoria da Qualidade do Produto
• Redução de Desgaste Mecânico
• Versatilidade

Desvantagens do inversor de frequência

• Custo Inicial Elevado
• Complexidade de Configuração
• Interferência Eletromagnética (EMI)
• Manutenção e Reparos
• Perdas de Conversão
• Sensibilidade a Condições Ambientais
• Ruído Harmônico
• Tamanho e Peso
• Compatibilidade
• Custo de Implementação

Como fazer manutenção em inversores de frequência?

Para realizar a manutenção em inversores de frequência, primeiro, desligue e desconecte o equipamento da alimentação elétrica, aguarde a descarga completa dos capacitores. 

Realize uma inspeção visual para verificar conexões, componentes e sinais de desgaste, limpando poeira e detritos com ar comprimido seco. 

Verifique a ventilação, limpando ventiladores e filtros, e assegure-se de que os dissipadores de calor estão livres de obstruções. 

Teste capacitores, resistores e fusíveis com um multímetro, substituindo componentes danificados. 

Consulte o fabricante para atualizações de firmware e software, instalando-as conforme necessário. 

Após a manutenção, reconecte e ligue o inversor, monitorando seu funcionamento para garantir que todos os componentes operem corretamente. 

Documente todas as atividades realizadas para manter um histórico de manutenção.

Quais são as principais aplicações dos inversores de frequência?

Os inversores de frequência são amplamente utilizados em diversas aplicações industriais e comerciais, incluindo o controle de velocidade de motores em sistemas de bombeamento, ventilação e climatização (HVAC), esteiras transportadoras, máquinas-ferramenta, elevadores e guindastes. 

Como usar um inversor de frequência?

Para usar um inversor de frequência, comece instalando-o conforme as especificações do fabricante, garantindo conexões elétricas corretas e seguras. 

Configure os parâmetros iniciais, como a frequência máxima e mínima, o tipo de motor e as rampas de aceleração e desaceleração, utilizando o painel de controle ou software específico. 

Conecte o motor ao inversor e ligue a alimentação elétrica. 

Ajuste a frequência de saída para controlar a velocidade do motor conforme necessário, monitorando o desempenho e fazendo ajustes finos para otimizar a operação. 

Sempre siga as diretrizes de segurança e manutenção recomendadas para garantir um funcionamento eficiente e seguro.

Qual é o valor de um inversor de frequência?

O valor de um inversor de frequência pode variar amplamente dependendo de fatores como a potência, a marca, as funcionalidades adicionais e a complexidade do modelo. 

Em geral, inversores de frequência de baixa potência para aplicações simples podem custar a partir de R$ 700,00, exemplo do Modelo GD10 da KALATEC-INVT enquanto modelos de alta potência e com recursos avançados, como comunicação integrada e controle vetorial, malha fechada, como os modelos GD-350  podem ultrapassar R$ 10.000,00. 

Para obter um valor preciso, é recomendável consultar fornecedores especializados e considerar as especificações técnicas necessárias para a aplicação desejada.

Onde adquirir um inversor de frequência?

Adquira o Inversor de Frequência de Lojas especializadas, que tenham equipe de suporte técnico, treinamentos on-line e presenciais e manuais em português. 

Evite adquirir esses  produtos de Market Place ou de origem duvidosa, pois além de não contar com suporte técnico por telefone para tirar dúvidas e até mesmo uma visita técnica presencial, você terá uma grande risco de não ter a solução de um problema como garantia ou troca. 

Conheça a Kalatec Automação!

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Com uma equipe técnica especializada e um forte compromisso com a qualidade de atendimento, a Kalatec se dedica em oferecer soluções para fabricantes de máquinas. São mais de 20 mil atendimentos por ano nas suas unidades nos principais polos industriais do Brasil

Conclusão

Os inversores de frequência são componentes fundamentais na automação industrial, proporcionando controle preciso da velocidade e torque de motores elétricos, além de promoverem eficiência energética e proteção ao equipamento. 

Com suas múltiplas funções, como partida suave, reversão de direção e integração com sistemas de automação, eles se tornam indispensáveis para otimizar processos e garantir a longevidade dos sistemas motorizados. 

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