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Inversor de frequência: o que é, como funciona e vantagens
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Automação Industrial

Inversor de frequência: o que é, como funciona e vantagens

O Inversor de Frequência é uma grande invenção tecnológica. Mas por que depois do seu surgimento, os motores elétricos nunca mais foram os mesmos?

Neste artigo você vai ver o que é, sua função e funcionamento, e vai conhecer quais os tipos de inversores existentes no mercado.

Além disso, você vai poder ter uma visão das vantagens e desvantagens desse dispositivo e entender qual é o valor de um inversor de frequência.

O que é um inversor de frequência?

Também chamado de Conversor de Frequência, o inversor é um aparelho eletrônico que tem a função de controlar a velocidade de um motor elétrico trifásico.

É um tipo de controlador que 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:

  • Drive de velocidade variável
  • Drive ajustável da velocidade
  • Drive de frequência ajustável
  • Drive CA (Corrente Alternada)
  • Microdrive

Qual é a função do inversor de frequência?

Qual é a função do inversor de frequência?

A função de um inversor é alterar a frequência da rede que alimenta o motor e, assim, variar a velocidade de rotação desse motor. Essa alteração da frequência ocorre na faixa de 0,5 a 400 Hertz (Hz).

Uma outra tarefa atribuída a eles 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.

Como funciona um inversor de frequência?

Seu papel é converter o sinal de corrente alternada (CA), da rede elétrica que entra no motor, em corrente contínua (CC) e, em seguida, em CA novamente.

Porém, após esse processo, o sinal CA torna-se pulsado e com largura modulada, permitindo ajuste em sua frequência e tensão e, consequentemente, o controle da velocidade e do torque do motor.

Sua divisão estrutural nos ajuda a entender seu funcionamento. Ele se divide em:

  • Retificador: componente formado de ponte retificadora trifásica (retificador de onda completa). Neste primeiro momento, seis ou mais diodos retificam a tensão de entrada trifásica da rede 60 Hz. Em seguida fornecem uma saída contínua, porém, com uma ondulação que será corrigida pelo filtro;
  • Filtro: barramento CC que tem o objetivo de suavizar as ondulações geradas pelo circuito retificador;

Filtro de Inversor C3

  • Capacitores: elementos que compõem o filtro. Corrigem as ondulações da tensão, enquanto que indutores minimizam as ondulações da corrente;
  • Inversores: semicondutores que operam em corte (chave aberta) e saturação (chave fechada) obedecendo a uma lógica previamente estabelecida.

O conjunto de semicondutores, que podem ser GTO, IEGT, SCR, IGBT (transistor bipolar de porta isolada) ou outros, recebe o sinal, já retificado e filtrado, e o converte novamente para CA.

Portanto é dessa forma que funciona um inversor: atuando sobre a taxa de variação do chaveamento das bases dos transistores e, assim, controlando a frequência do sinal trifásico gerado.

Numa pesquisa para solucionar as crescentes demandas das crises do sistema energético do Brasil, a Universidade Federal de Uberlândia-MG concluiu que “o máximo de economia de energia obtido pelo uso do inversor de frequência para controle de vazão foi de aproximadamente 95%”.

Quais são os tipos de inversores de frequência?

Existem dois tipos de inversores de frequência e conhecê-los fará toda a diferença na implantação em seu projeto:

Inversor de Frequência Escalar

É o tipo de inversor baseado em equações de regime permanente. A lógica de controle é a manutenção da relação V/F (Tensão / Frequência) constante.

Esses modelos apresentam um desempenho dinâmico limitado e são empregados em tarefas simples, como o controle da partida e da parada do motor e a manutenção da velocidade em um valor constante.

Alguns exemplos: bombas, ventiladores e máquinas simples, que necessitam apenas de variação de velocidade e partidas suaves.

Inversor de Frequência Vetorial

Os inversores vetoriais possuem um controle mais complexo que os escalares e um desempenho dinâmico maior. Utilizam algoritmos inseridos no software que alteram a relação entre tensão e frequência para ajustar o torque.

Este 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.

A estrutura dos dois tipos é basicamente a mesma, porém se distinguem na relação entre tensão e frequência, na capacidade de inversão.

O inversor de frequência vetorial é usado em aplicações que exigem grande nível de precisão.

Inversor de frequência: vantagens e desvantagens

Como em toda inovação tecnológica, os inversores de frequência possuem vantagens e desvantagens.

Vantagens do inversor de frequência

  • Instalação simples;
  • Economia de energia;
  • Precisão nos processos;
  • Partida e parada suave do motor;
  • Excelente regulador de pressão e vazão;
  • Comunicação avançada e aquisição de dados;
  • Substituição de variadores mecânicos e eletromagnéticos;
  • Eliminação de elementos de partida pesados e complicados;
  • Automatização, segurança e flexibilização dos processos fabris.

Desvantagens do inversor de frequência

  • Custo inicial relativamente alto;
  • Grande quantidade de componentes sofisticados que requerem técnicos especializados para a manutenção;
  • Limitação do uso em sistemas de bombeamento de líquido com partículas em suspensão.

Qual é o valor de um inversor de frequência?

Seu valor está na habilidade de controlar a velocidade de um motor trifásico. 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 polos (p) do motor.

Ns = 120.f / p   

Onde:

Ns = Velocidade síncrona em RPM

f    = Frequência em Hz

p   = Número de pólos

Você pode ver 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.

Conheça os melhores inversores de frequência da Kalatec

Conclusão

Foi possível ver como esse fantástico equipamento reduz o consumo da energia elétrica e o nível de ruído, aumenta a vida útil dos motores, provê segurança e muito mais.

São esses e outros benefícios que fazem deste instrumento um aliado do meio ambiente e um agente de melhoria contínua das indústrias.

A Kalatec espera que essas informações possam incentivar você no processo de modernização de sua empresa e põe à sua disposição a melhor linha de inversão de frequência para automação.

Até a próxima!

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Edilson Cravo

Edilson Cravo

Engenheiro de Aplicação com mais de 21 anos de experiência e 5000 visitas únicas em Indústrias. É Gestor da Kalatec Automação. Especialista em Controle e Automação Industrial (USP). Engenharia de Processo (MAUA) Gestão de Inovação (ESPM) e Gestão de PME (FGV). Treinado nas fábricas Emerson Motion Control, AMP, Gecko Driver, Arcus Technology , Nexen, Hiwin, Delta Automação, Estun, Moons, HNC, Leadshine, Xinje, TBI. Foi consultor de projetos no Instituto Nuclear Brasileiro, Embraer, Rede Globo e USP (Projeto Inspire).
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