Inversor de Frequência: Como Funciona, Tipos e Vantagens
Automação Industrial

Inversor de Frequência: Como Funciona, Tipos e Vantagens

Após a criação do Inversor de Frequência, os motores elétricos nunca mais foram os mesmos.

Neste artigo você vai ver o que é essa inovação tecnológica, para que serve, como é o seu funcionamento, e vai conhecer os tipos de inversores existentes no mercado.

Além disso, terá uma visão das vantagens e desvantagens desse dispositivo e entender qual é o seu valor.

Tipos de Motores Elétricos: quais são eles e onde aplicá-los?

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);
  • Microdrive.
O que faz o inversor de frequência e como especificar?

Qual é a função do inversor de frequência?

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

Uma outra tarefa atribuída a ele 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?

Resumidamente, o dispositivo converte o sinal de corrente alternada (CA) da rede elétrica que entra no motor, em corrente contínua (CC) e, em seguida, em CA novamente.

Depois desse processo, o sinal CA torna-se pulsado e com largura modulada, permitindo ajuste de sua frequência e tensão e, consequentemente, o controle da velocidade e do torque do motor.

Sua estrutura nos ajuda a entender melhor o seu funcionamento. Ele se divide em:

  • Retificador: formado de ponte retificadora trifásica (retificador de onda completa). Aqui, seis ou mais diodos retificam a tensão de entrada trifásica da rede 60 Hz, e depois fornecem uma saída contínua com ondulação que será corrigida pelo filtro.
  • Filtro: barramento CC que suaviza as ondulações geradas pelo circuito retificador.
  • Capacitores: elementos que compõem o filtro. Corrigem as ondulações da tensão, enquanto indutores minimizam as ondulações da corrente.
  • Inversores: semicondutores que operam em corte (chave aberta) e saturação (chave fechada) obedecendo a uma lógica previamente estabelecida.

Em outras palavras, um inversor atua sobre a taxa de variação do chaveamento das bases dos transistores e, assim, controla a frequência do sinal trifásico gerado.

Moto Redutor AC Kalatec

Rampas de aceleração

Para evitar acionamentos bruscos e preservar o equipamento, o inversor conta com um recurso chamado rampa de aceleração.

A rampa de aceleração de um inversor de frequência faz com que o motor atinja a velocidade configurada para sua operação em um tempo determinado.

Por exemplo: se a rampa for definida como 10 segundos para uma frequência de 200Hz, o motor de indução irá iniciar seu trabalho em 0Hz e chegará aos 200Hz desejados em 10 segundos.

Sem precisar atuar constantemente em sua velocidade máxima, os motores são menos forçados, o que ajuda a diminuir as despesas com manutenção e substituição de componentes, como correias e correntes.

Para evitar frenagens abruptas, se utiliza a função rampa de desaceleração.

Por que devo utilizar um Inversor de Frequência?

Em muitos projetos, o inversor de frequência é uma das formas mais viáveis para fazer o controle da velocidade de motores elétricos, tanto pelo seu baixo custo quanto pela sua eficiência.

Reduzir o Consumo de Energia e os Custos de Energia

Dependendo das características da aplicação, o inversor pode contribuir para uma maior redução do consumo energético, em comparação com redutores mecânicos.

Geralmente, as operações de partida direta que envolvem ventilação, compressão e bombeamento têm controle de vazão feito por dampers ou válvulas. A troca desses componentes por um inversor de frequência permitirá a economia de energia.

Esse resultado é obtido porque o dispositivo é capaz de ajustar a velocidade do motor em períodos definidos, ao contrário das válvulas, que fazem o controle de vazão com o motor em velocidade constante.

Aumente a Produção com um Controle de Processo Adequado

Por meio de suas portas de entrada, os inversores permitem que operações automáticas sejam programadas de acordo com medições externas de variáveis como pressão ou temperatura.

Isso auxilia o controle de processos, beneficiando todo o sistema de produção industrial.

Estenda a Vida útil do Equipamento e Reduza a Manutenção

Além das rampas de aceleração e desaceleração, o inversor oferece outras proteções contra oscilações de energia e controle da corrente elétrica.

Manter o dispositivo é barato quando instalado em ambiente com condições adequadas e com a realização de manutenções preventivas. Isso garante a preservação de seus componentes por muito mais tempo.

Quais são os tipos de inversores de frequência?

Conhecer os principais tipos de inversores de frequência fará toda a diferença na implementação do seu projeto:

Inversor de Frequência Escalar

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

Esse modelo tem desempenho dinâmico limitado e é empregado em tarefas simples, como o controle da partida e da parada do motor e para manutenção da velocidade em um valor constante.

Podem ser usados em bombas, ventiladores e máquinas simples, que necessitam apenas de variação de velocidade e partidas suaves.

Inversor de Frequência Vetorial

Esse tipo de dispositivo possui um controle mais complexo que os escalares e um desempenho dinâmico maior. Utiliza algoritmos inseridos no software que alteram a relação entre tensão e frequência para ajustar o torque.

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.

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

Os dois tipos têm estrutura similar, sendo o escalar dedicado a aplicações simples e o vetorial sensorless para compensação de torque e melhor performance.

Inversor de frequência: vantagens e desvantagens

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

Vantagens do inversor de frequência

  • Instalação simples;
  • Parametrização fácil;
  • Economia de energia;
  • Reduz o pico de corrente nas partidas;
  • Precisão nos processos;
  • Partida e parada suave do motor;
  • Excelente regulador de pressão e vazão;
  • Comunicação avançada e aquisição de dados;
  • Identificação de falhas;
  • Substituição de variadores mecânicos e eletromagnéticos;
  • Eliminação de elementos de partida pesados e complicados;
  • Menor frequência de manutenção;
  • 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?

O valor do inversor 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 pólos (p) do motor:

  • Ns = 120.f/p.

Onde:

  • Ns = Velocidade síncrona em RPM
  • f = Frequência em Hz
  • p = Número de pólos

Observe 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

Constatamos que 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.

Compreendemos que, em muitas aplicações, o seu uso é recomendado para substituir dampers ou válvulas, para ajustar a velocidade e atender às operações de forma mais adequada.

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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