Inversor de frequência, o que é? Funcionamento e vantagens!

Em Automação por Pedro Alves

Com o crescimento do setor industrial a eletrônica de potência também não fica para trás, e com isso vem crescendo cada vez mais a necessidade de aumentar a produção e diminuir os custos.

A evolução da automação industrial traz uma infinidade de equipamentos elétricos e eletrônicos, que foram desenvolvidos para as diversas aplicações dos setores industriais, sendo que um dos equipamentos mais utilizados nestes processos industriais é o inversor de frequência!

Como o inversor de frequência é um dispositivo muito usado, é comum recebermos diversas perguntas como por exemplo, o que é inversor de frequência? Como funciona um inversor de frequência? Quais as aplicações do inversor de frequência e quais as vantagens do inversor de frequência? Pensando nisso o Manual da Eletrônica responde cada uma dessas perguntas e muito mais!

O que é Inversor de frequência

O inversor de frequência é um dispositivo capaz de fazer o controle da velocidade de giro de um motor de indução trifásico, ou seja, com o inversor é possível variar a velocidade deste tipo de motor! Ele recebe este nome porque o inversor é um dispositivo eletrônico, capaz de alterar a velocidade de rotação através do seu valor de frequência na saída

Inversor de frequência – O que é e como funciona!

É importante destacar que a velocidade de giro do motor de indução trifásico está diretamente relacionada com a quantidade de polos do motor e com a frequência do motor. Porém, não é possível alterar de forma simples a velocidade do motor através das suas bobinas, pois a quantidade de bobinas é uma característica do motor elétrico que já vem de fábrica.

Funcionamento do inversor de frequência

São vários os estágios responsáveis pelo funcionamento do inversor de frequência, mas de forma bem simples podemos dividi-los em três estágios basicamente! Abaixo tem o diagrama completo que será seguido.

Diagrama de funcionamento do inversor de frequência.

Funcionamento do inversor de frequência: Primeiro estágio

Este estágio é onde chegam as fases vindas da rede elétrica e são convertidos em um sinal de corrente contínua (CC). Essa conversão é realizada por uma ponte retificadora de onda completa, ou seja, são necessários seis diodos para retificar esta onda, sendo dois diodos conectados a cada fase.

Funcionamento do inversor de frequência: Segundo estágio

Ao passar pela ponte de diodos a tensão é contínua pulsante, logo, o próximo estágio é o barramento de corrente contínua, pois nele é possível encontrar um filtro composto por capacitores e indutores, que são responsáveis por filtrar o sinal de corrente e tensão pulsante. Após passar pelo filtro o sinal pulsante se torna contínuo e tanto a tensão quanto a corrente elétrica ficam com uma ondulação mínima.

Funcionamento do inversor de frequência: Terceiro estágio

O terceiro e último estágio do inversor de frequência é composto por componentes semicondutores, os famosos transistores, que são capazes de chavear a tensão contínua, ou seja, eles têm a capacidade de ligar e desligar a alimentação do motor elétrico em cada uma das fases, várias vezes por segundo.

Por causa deste processo o sinal de corrente contínua será novamente convertido em um sinal de corrente alternada, porém dessa vez a sua frequência de saída pode ser controlada por meio destes elementos semicondutores. É importante lembrar que estes componentes semicondutores podem ser os GTO, IEGT, SCR, IGBT e outros.

É possível observar que os transistores permitem controlar a polaridade do sinal que chega nas bobinas do motor, assim acontecendo a conversão para corrente alternada. Entretanto, o sinal em corrente alternada que foi gerado não é uma senoide, pois na verdade é uma onda quadrada!

Para que essa onda quadrada seja transformada em uma onda senoidal é preciso alterar a sua largura de pulso, que é possível por causa da técnica de modulação por largura de pulso, mais conhecida como PWM (Pulse Width Modulation). Vale a pena lembrar que alterar o valor da frequência também irá influenciar diretamente no valor médio da tensão de saída.

Veja na imagem abaixo como a tensão de saída se torna alternada novamente, através da técnica PWM.

Forma de onda na saída do inversor de frequência.

Vantagens do inversor de frequência

Os motores elétricos são responsáveis por uma alta taxa de consumo de energia elétrica nas indústrias, por isso existe a necessidade de usar dispositivos cada vez mais eficientes, dimensionar corretamente os motores, e reduzir ao máximo a potência consumida pelos meios de controle e de processo.

Por causa das características dos inversores, todos os motores que são acionados pelos inversores de frequência possuem a vantagem de ter uma maior eficiência energética, um melhor desempenho e muitos outros benefícios, que são apresentados a seguir.

Vantagem do inversor de frequência – Redução da corrente de partida

Comparando um motor acionado por partida direta, com outro motor acionado por um inversor de frequência, é possível observar mais um grande benefício do inversor, que é a redução do pico de corrente no momento de partida do motor.

O acionamento por partida direta exige uma corrente de pico muito alta, que pode ser até oito vezes maior que a corrente nominal do motor. Usando o inversor de frequência a corrente de partida pode ser limitada em até aproximadamente 1,5 vezes o valor da corrente nominal do motor, ou seja, a partida dos motores usando um inversor de frequência é mais suave, assim evita danos mecânicos e aumenta a vida útil do motor.

Vantagem do inversor de frequência – Controle de velocidade

Como foi mencionado anteriormente, são muitas as vantagens do inversor de frequência, sendo que uma de suas principais vantagens é a capacidade de controlar a velocidade dos motores elétricos de forma bem simples. Isso proporciona ajustes mais precisos de velocidade e consumir apenas o necessário, que dá origem a mais uma vantagem do inversor de frequência.

Vantagem do inversor de frequência – Economia de energia

Com o inversor de frequência também é possível economizar no consumo de energia ao usar os motores elétricos como por exemplo, em aplicações que envolvam ventilação, compressão e bombeamento de água.

É correto afirmar que a capacidade de controlar a velocidade dos motores elétricos pode aumentar muito a eficiência energética de uma máquina, garantindo uma enorme economia de energia elétrica.

Também é importante destacar que essa economia no consumo de energia é garantida, se for comparada com outros tipos de acionamentos como por exemplo, partida direta, partida estrela triângulo, soft starter e outras.

Além das vantagens que foram citadas anteriormente, os inversores de frequência também apresentam muitos outros benefícios, tais como:

Aumenta a vida útil dos motores elétricos
Reduz a quantidade de ruído dos sistemas
Simplifica o controle dos motores de indução
Evita partidas extremamente bruscas nos motores
Substitui os variadores mecânicos e eletromecânicos
Proporciona uma melhor automação dos processos industriais
Aumenta a vida útil dos sistemas mecânicos ligados aos motores
Dispensa o uso de outros sistemas para partida dos motores elétricos
Proporciona uma instalação relativamente simples e com menor quantidade de cabos
Em caso de bombas ou compressores, o inversor proporciona melhor regulação da pressão e vazão

Com o intuito de complementar o conteúdo sobre inversores de frequência, abaixo tem um vídeo do canal Mundo da Elétrica, que também explica detalhadamente como funciona um inversor de frequência na prática.

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Sobre o autor

Pedro Alves atua na área de eletricidade desde 2014 quando cursou Eletromecânica no SENAI. Se tornou eletricista especializado em comandos elétricos e instalações elétricas prediais no ano de 2015. Também é Técnico em Eletrônica pelo CEFET-MG. Trabalha como eletricista autônomo há mais de 4 anos e tem vasta experiência como editor de conteúdo para artigos técnicos na empresa Mundo da Elétrica.

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