É possível monitorar a corrente do motor utilizando o inversor de frequência?

Responsáveis por aumentar a vida útil do motor ao evitar paradas bruscas em equipamentos, tanto o inversor de frequência quanto o soft starter são dispositivos de suma importância para indústrias.

Porém, mesmo sendo amplamente utilizados e altamente necessários em motores elétricos, muitos profissionais desconhecem o funcionamento destes dispositivos, com características distintas e aplicações diferentes.

Para melhor entender a função deles, conversamos com Felipe Martins e Gustavo Batista, promotores técnicos da Reymaster Materiais Elétricos.

Continue a leitura e entenda tudo sobre o inversor de frequência e a soft starter, suas aplicações e as estratégias para dimensionar estes dispositivos.

O que é um inversor de frequência e uma soft starter?

Implementar sistemas de segurança para parada de emergência e reduzir consideravelmente a sobrecarga na partida do motor, aumentando a sua vida útil. Estes são os principais objetivos de uma indústria que investe em um inversor de frequência e/ou soft starters.

“Estes equipamentos geram significativa economia, com uma redução de até 50% no consumo de energia ao utilizar drives”, completa Batista.

Primordial em vários setores dentro de uma indústria, os inversores de frequência estão presentes em máquinas simples ou pesadas, sendo fundamentais em qualquer equipamento que gere demanda do controle de energia elétrica.

“O inversor de frequência é um dispositivo para acionamento de motores que possibilita a variação da velocidade de rotação, variação do torque do motor e ajustes de tempo de partida e de desaceleração”, explica Martins.

Mas, além do inversor de frequência, outro equipamento muito utilizado nas indústrias é a Soft Starter. “Semelhante a um drive, a soft starter é um dispositivo capaz de atenuar a corrente de pico na partida de motor. Como o próprio nome diz, promove uma partida suave. No entanto, não é possível controle de velocidade e torque”, diz Martins.

Este dispositivo é principalmente utilizado em centrífugas, ventiladores, bombas, compressores, transportadores, trituradores, misturadores, elevadores de carga, moinhos e prensas.

Como instalar e monitorar o funcionamento destes dispositivos?

Tanto o inversor de frequência quanto a soft starter devem ser instalados respeitando as informações em manuais do fabricante no que diz respeito à posição de montagem e ventilação.

Para os inversores, é preciso ter atenção às tensões de alimentação do inversor e do motor conectado a ele. “Essa atenção é importante porque os inversores trabalham com tensões fixas”, diz Martins. Pode ser utilizado para proteção dos inversores, fusíveis e seccionadoras.

Já as soft starters possuem uma faixa de tensão para conexão de motores. Deve-se, no entanto, se atentar às tensões de comando, que podem ser 110-220VCA ou 24VDC.

Além disso, as soft starters já atuam como proteção para o motor, mas há a possibilidade de utilizar Disjuntores para proteção da própria soft starter, o que representa uma segurança a mais.

Quanto ao monitoramento, ele pode ser feito de várias formas. A mais simples é o uso dos IHMs de operação (interface homem-máquina), muito comum em inversores e em soft starters mais robustas.

Também há a opção de adotar programas desenvolvidos pelas fabricantes, que permitem até mesmo a parametrização dos dispositivos e integração com sistema supervisório.

Para facilitar, o equipamento vem parametrizado de fábrica para partida imediata do motor.

E como dimensionar estes dispositivos para sua necessidade?

Outra grande dúvida de gestores de uma indústria ao escolher um inversor de frequência ou soft starter é realizar o dimensionamento destes dispositivos. Mas esse é um processo simples.

Antes de qualquer coisa, é preciso saber qual a aplicação o motor está operando. “Existem diferentes dispositivos para diferentes aplicações e isso serve tanto para Drive quanto para Soft starter”, explica Martins.

Já a corrente que irá acionar os motores deve ser especificada com base na corrente nominal do motor. A corrente do inversor de frequência e soft starter deve ser 20% maior que a corrente nominal do motor para garantir o bom funcionamento do mesmo.

Por fim, para inversores de frequência, é necessário saber o tipo de comunicação e se a aplicação exige a utilização de encoder para atualização de posição.

Dessa forma, antes de instalar estes dispositivos em seus motores, certifique-se de conhecer todas as informações e necessidades, para que assim possa escolher a melhor e mais segura opção para realizar este processo.

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.

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.

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.

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.

• Veja também: Variadores de Velocidade: entenda como funciona e quais são os tipos

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.

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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