Inversores de Freqüência
Atualizado em 21-Out-2000
Dúvidas, critícas ou qualquer problema no site, favor entrar em contato com o WebMaster.
A eletrônica de potência, vem com o passar do tempo, tornando mais fácil (e mais barato) o acionamento de motores. Com isto, sistemas que antes usavam motores CC, pela facilidade de controle, hoje podem usar motores CA de indução graças aos Inversores de Freqüência, também chamados de Conversores de Freqüência. Em paralelo com o avanço da eletrônica de potência, a microeletrônica, por meio de microprocessadores e microcontroladores, tem auxiliado muito o acionamento de máquinas CA, em particular os Inversores de Freqüência, com funções cada vez mais complexas.
Os Inversores de Freqüência podem substituir, com vantagens, os sistemas de controle de fluxo com válvulas (bombas) ou dampers (ventiladores).
Os motores de indução são equivalentes a um transformador onde o primário é o estator do motor e o secundário o rotor.
Esquema básico de um Inversor de Freqüência
Na rede de entrada a freqüência é fixa (60 Hz) e a tensão é transformada pelo retificador de entrada em contínua pulsada (onda completa).
O Capacitor (filtro) transforma-a em tensão contínua pura de valor aproximado de
Esta tensão contínua é conectada ciclicamente aos terminais de saída pelos transistores do inversor, que funcionam no modo corte ou saturação (como uma chave estática).
O controle desses transistores é feito pelo circuito de comando,
de modo a obter um sistema de tensão pulsada, cujas freqüências fundamentais
estão defasadas de 120°. A tensão e a freqüência de saída são escolhidas de
modo que a tensão 
seja proporcional à freqüência f para o fluxo 
,
seja contante e o torque também o seja.
As tensão de saída têm forma de onda senoidal e esta varia de acordo como método de modulação conheçodo como PWM senoidal, o que possibilita uma corrente senoidal no motor para uma freqüência de modulação de 2 KHz.
Figura 3 - Configuração básica de um Inversor de Freqüência
Circuito de entrada (ponte retificadora não controlada)
Circuito de pré-carga (resistor, contator ou relé)
Circuito intermediário (banco de capacitores Buss DC, resistores de equalização)
Circuito de Saída "inversor" (ponte trifásica de IGBT)
Placa de controle (microprocessada)
Placa de driver's (disparo dos IGBT, fontes de alimentação, etc.)
Réguas de bornes de interligação (controle de potência)
Módulo de frenagem (interno ou externo)
O inversor de freqüência possibilita o controle do motor CA variando a freqüência, mas também realiza a variaçào da tensão de saída para que seja respeitada a Característica V/F ( Tensão / Freqüência) do motor, para não produzir aquecimento excessivo quando o motor opera em baixas rotações. Esta diminuição da tensão produz um aumento do escorregamento, pelo que devem tomar-se algumas precauções quando se trabalha em freqüências baixas. Dependendo do tipo de inversor que é utilizado, do tipo de controle de modulação, da freqüência de PWM com que se está operando e das características do motor, esta limitação de freqüência diminui consideravelmente.
Em freqüências de operação acima da nominal, para a qual o motor foi fabricado, também se produz perda de torque já que se está trabalhando na região chamada de enfraquecimento, ou seja, existe aumento da freqüência sem que se possa aumentar a tensão de saída do inversor, devido a tensão de saída igualar-se ao valor da tensão de alimentação (Figura 2) .
Destinados inicialmente a aplicações mais simples, os inversores de freqüência são atualmente encontrados nos mais diversos usos, desde o acionamento de bombas até complexos sistemas de automação industrial.
Grande parte das aplicações como bombas, ventiladores e máquinas simples, necessitam apenas de variação de velocidade e partidas suaves, sendo atendidas plenamente com o uso de inversores com tecnologia Escalar ou V/F.
Algumas aplicações entretanto, como elevadores, guinchos, bobinadeiras e máquinas operatrizes necessitam além da variação de velocidade o controle de torque, operações em baixíssimas rotações e alta velocidade de resposta, sendo atendidas por inversores com tecnologia Vetorial de Fluxo
Inversor Escalar
Em linhas gerais, podemos dizer que os inversores escalares são fontes de alimentação com valores de tensão/freqüência pré determinados dentro de toda a faixa de variação de velocidade, como apresentado na figura 1.
Existem curvas V/F prontas, destinadas a aplicações mais comuns, como curvas quadráticas para bombas e ventiladores e curvas com alto torque de partida. Também existe a possibilidade de programaçào dos valores da curva V/F possibilitando a sua adaptaçào a cargas especiais.
Considerando-se que o torque no eixo do motor é proporcional à relação V/F, os inversores escalares irão disponibilizar ao motor torques pré-determinados, não compensando as necessidades de torques adicionais requeridas por determinadas aplicações.
A compensação de torque principalmente em baixas rotações é normalmente realizada através da programaçào da curva V/F. Se elevamos o valor da relação V/F, elevando-se portanto a disponibilidade de torque no motor. Tal efeito é normalmente denominado de Reforço de Torque para baixas rotações, ou Torque Boost em inglês.
Inversor "Vetorial" de Tensão
Alguns inversores escalares possuem um algoritmo incorporado ao software o qual aumenta a tensão independentemente da freqüência, de forma a compensar "em parte" as solicitações de torque do motor, este sistema é normalmente denominado de Controle Vetorial da Tensão.
Apesar da Curva V/F ser pré-fixada, os inversores escalares dispõem de funções adicionais capazes de influir sobre a curva V/F, hora sobre o valor da tensão, hora sobre o valor da freqüência, proporcionando melhor performace do motor.
Funções como a de compensação de Escorregamento, aumentam a freqüência de saída na mesma proporção da elevação de corrente de motor, acima da corrente de vazio, compensando a queda de velocidade devido ao escorregamento.
Funções como a de Economia de Energia, reduzem a tensão de saída do inversor quando a carga é reduzida melhorando a eficiência do motor e economizando energia elétrica.
Inversores Vetoriais de Fluxo
Os Inversores Vetoriais de Fluxo produzem uma saída trifásica com tensão(V) e freqüência (F) controladas independentemente, não seguindo uma curva V/F pré fixada.
A idéia é manter o fluxo magnético do motor constante e controlar diretamente o torque do eixo do motoor controlando-se a corrente rotórica do mesmo.
Os Inversores Vetoriais de Fluxo possuem dois controladores, um controla a corrente de magnetização e o outro a corrente do motor. O torque no motor será imposto e controlado diretamente, ao contrário dos Inversores Escalares onde o torque é conseqüência do escorregamento do motor.
Os inversores Vetoriais de Fluxo estão divididos em duas categorias: com e sem realimentação. A realimentação ou "Feedback", permite "enxergar" o movimento do eixo do motor possibilitando controlar a velocidade com alta precisão e também o torque em velocidade zero. A operação com realimentação é também conhecida como controle de malha fechada e sem realimentação como controle de malha aberta. A realimentação é realizada utilizando um gerador de pulsos, também conhecido com "Encoder". Alguns equipamentos permitem a utilização dos dois modos, sendo necessário uma placa opcional para a operação de malha fechada.
A operação de malha aberta, ou sem realimentação é também conhecida como "Sensorless", nesse caso o algoritmo de controle torna-se mais complexo pois o inversor deve calcular através de artifícios matemáticos a velocidade real e o escorregamento do motor. A operação sem realimentaçào possui performace inferior à operação com realimentação.
Os Inversores Vetoriais de Fluxo necessitam da programação de todos os parâmetros do motor como, resistências elétricas, indutâncias, correntes nominais do rotor e estator, dados esses normalmente não encontrados com facilidade. Para facilitar o set-up, alguns inversores dispòem de sistemas de ajustes automáticos também conhecidos como "Auto-tunning", não sendo necessário a pesquisa de dados sobre o motor
Diferenças entre Inversores Escalares e Vetoriais de Fluxo
A principal diferença entre os inversores Escalares e Vetoriais de Fluxo deve-se a capaciade dos inversores vetoriais de fluxo de imporem o torque necessário ao motor, de forma precisa e rápida permitindo uma elevada velocidade de resposta dinâmica a variaçòes bruscas de carga.
Com Invesores Escalares é necessária a queda de velocidade para aumento do torque, ou seja o torque produzido no motor é proporcional ao escorregamento. Nos invesores Vetoriais de Fluxo não existe praticamente redução de velocidade para aumento do torque, visto que o inversor irá impor uma tensão e uma freqüência adequada para compensar a queda de velocidade e impor o torque necessário à carga. Em algumas aplicaçães é necessário que o motor trabalhe com folga de tensão visto que os inversores vetoriais de fluxo impõem o torque elevando a tensão sobre o motor. Caso a velocidade de trabalho seja a nominal e a regulação seja crítica, é necessário utilizar um motor com tensão nominal menor que a rede, como forma de obter-se a folga necessária para a regulação.
Performace de Acionamentos de Velocidade Variável
O quadro a seguir ilustra as principais diferenças entre os Inversores Escalares, Vetoriais de Fluxo e outros acionamentos similares.
Obs.: Os valores apresentados na tabela são típicos, apenas para comparação. Valores certificados devem ser obtidos em função de cada equiopamento específico.
Eletrônica Santerno (www.santerno.com.br)
resultante da tensão alternada 
no estator induz uma f.e.m. no rotor e esta f.e.m. produz um fluxo ,
que é proporcional à tensão
e inversamente proporsional à freqüência: 
Para um fluxo constante, a relação 
deve ser constante para se ter um torque constante. A tensão
não pode ser medida mas pode ser calculada conhecendo-se todas as componentes
do "circuito equivalente"do motor.
A conversão de freqüência aplicada ao motor pode ser feita por meio do circuito simplificado a seguir:
