A Unidade de frequência variável (VFD) controla a velocidade e o torque de um motor CA ajustando a frequência e a tensão fornecidas ao motor. Ao contrário dos motores tradicionais, que operam apenas na frequência fixa da rede elétrica (geralmente 50 Hz ou 60 Hz), um VFD gera uma saída de frequência ajustável, permitindo que o motor funcione mais rápido, mais devagar ou siga um processo controlado de aceleração e desaceleração.
Em termos simples, um VFD funciona convertendo a tensão de entrada Conversão de corrente alternada (CA) em corrente contínua (CC), suavizando a tensão CC por meio do barramento CC, e, em seguida, convertendo-a novamente em uma saída CA controlada por meio de tecnologia de comutação eletrônica de alta velocidade. Esse processo de conversão permite o controle preciso do funcionamento do motor e melhora a eficiência geral do sistema.
Controle preciso da velocidade
Ajuste a velocidade do motor com precisão, de acordo com as necessidades de produção, em vez de mantê-lo funcionando continuamente na velocidade máxima.
Corrente de partida reduzida
A partida suave reduz a alta corrente de irrupção e minimiza o desgaste dos motores e dos sistemas elétricos.
Melhor controle do processo
Manter uma operação estável por meio do controle da velocidade do motor, do torque e dos perfis de aceleração.
Economia de energia
Aumente a eficiência em aplicações com torque variável, como bombas e ventiladores, reduzindo o consumo desnecessário de energia.
Proteção do motor
Reduzir os choques mecânicos e prolongar a vida útil do equipamento por meio de uma aceleração e operação suaves do motor.
Este guia explica o princípio de funcionamento completo de um inversor de frequência (VFD), incluindo o que ocorre no interior do inversor, como a frequência afeta a velocidade do motor, como a tecnologia PWM gera uma saída de tensão variável, e como selecionar o inversor de frequência adequado para diferentes aplicações industriais.
O que é um VFD?
A Unidade de frequência variável (VFD) é um controlador eletrônico de motor projetado para regular a velocidade e o torque de um motor de corrente alternada, alterando a frequência e a tensão da energia elétrica fornecida ao motor.
Em vez de operar um motor CA a uma frequência fixa da rede, geralmente 50 Hz ou 60 Hz, um inversor de frequência gera uma saída de frequência variável que permite o controle preciso da velocidade do motor, da aceleração e do desempenho operacional.
Um VFD também é conhecido como:
Aplicações comuns de motores
A maioria dos inversores de frequência industriais é utilizada com motores de indução trifásicos. Com a seleção e configuração adequadas, muitos inversores de frequência também podem controlar motores de ímã permanente e outros tipos avançados de motores.
Princípio básico de funcionamento
A velocidade do motor é determinada principalmente pela frequência de alimentação. Um inversor de frequência (VFD) altera a frequência de saída para aumentar ou diminuir a velocidade do motor, de acordo com os requisitos operacionais.
Como a frequência afeta a velocidade do motor
↓
Velocidade do motor mais baixa
↓
Velocidade do motor mais alta
A velocidade do motor pode ser ajustada dentro da faixa de operação segura tanto do motor quanto do equipamento mecânico conectado.
Por que a velocidade do motor depende da frequência
Para um motor de indução CA, a velocidade síncrona é calculada com esta fórmula:
Velocidade síncrona (RPM) = (120 x frequência) / número de pólosPor exemplo, um motor de 4 pólos possui as seguintes velocidades síncronas:
| Frequência de fornecimento | Velocidade síncrona |
|---|---|
| 10 Hz | 300 RPM |
| 25 Hz | 750 RPM |
| 50 Hz | 1.500 RPM |
| 60 Hz | 1.800 RPM |
Um motor de indução normalmente funciona a uma velocidade ligeiramente inferior à velocidade síncrona devido ao deslizamento. No entanto, a fórmula ainda mostra a relação principal: quando a frequência muda, a velocidade do motor muda.
Uma rede elétrica padrão fornece uma frequência fixa. Em muitos países, essa frequência é de 50 Hz; em outros, é de 60 Hz. Sem um inversor de frequência (VFD), o motor geralmente funciona próximo a uma velocidade fixa. Com um VFD, o inversor gera uma nova frequência de saída, permitindo que a velocidade do motor se adapte à demanda real do processo.
Como funciona um inversor de frequência?
Um inversor funciona por meio de três etapas principais de conversão de energia:
- Retificador: Converte a energia CA recebida em energia CC.
- Barramento CC: Suaviza e armazena a energia CC convertida.
- Inversor: Converte energia CC em energia CA de frequência ajustável.
Alimentação CA -> Retificador -> Barramento CC -> Inversor -> Saída CA de frequência variável -> Motor
Etapa 1: O retificador converte corrente alternada (CA) em corrente contínua (CC)
A primeira seção de um VFD é a retificador. Ele recebe energia CA de frequência fixa da rede elétrica, como 220 V monofásico, 380 V trifásico, 400 V trifásico ou 480 V trifásico, dependendo do modelo do inversor e da região.
O retificador utiliza componentes eletrônicos de potência, tais como:
- Diodos
- Tiristores
- IGBTs de front-end ativos em acionamentos avançados
Sua função é converter energia elétrica CA em energia elétrica CC. Após a retificação, a tensão deixa de ser uma onda sinusoidal CA. Passa a ser corrente contínua pulsante.
Nesse ponto, a frequência original da rede elétrica já não controla diretamente o motor. O inversor converteu a energia de entrada em uma forma intermediária de corrente contínua que pode ser processada pelo estágio seguinte.
Etapa 2: O barramento de corrente contínua suaviza e armazena energia
Depois que o retificador converte a corrente alternada (CA) em corrente contínua (CC), a saída não fica totalmente lisa e ainda apresenta ondulação de tensão. O Seção do barramento de corrente contínua filtra essa tensão contínua instável, armazena energia elétrica e fornece uma fonte de energia estável para o estágio do inversor.
Principais componentes de um barramento de corrente contínua
Um barramento de corrente contínua típico de um inversor (VFD) é composto por vários componentes importantes que atuam em conjunto para manter uma alimentação de corrente contínua estável:
Suavizar as flutuações de tensão e armazenar energia elétrica para o inversor.
Reduzir a ondulação da corrente e melhorar a qualidade da energia.
Limite a corrente de carga inicial quando o inversor de frequência (VFD) for ligado.
Gerenciar o excesso de energia durante as operações de frenagem do motor.
Monitorar a tensão CC e proteger os componentes internos.
Funções do barramento de corrente contínua
Fornece energia constante para a comutação do inversor.
Filtra as flutuações indesejadas da corrente contínua retificada.
Permite o controle preciso da tensão e da frequência.
Contribui para um funcionamento mais suave do motor.
Oferece suporte energético de curto prazo durante variações de carga.
Relação entre as tensões do barramento CC
Na maioria dos sistemas de inversor de frequência (VFD), a tensão do barramento CC é aproximadamente:
O valor exato depende do tipo de tensão de entrada, da condição da carga e do método de medição.
Um inversor de frequência com um Entrada trifásica de 400 V CA geralmente produz uma tensão no barramento de corrente contínua de aproximadamente 540–565 V CC em condições normais de operação.
Etapa 3: O inversor gera uma saída CA de frequência variável
O inversor é o estágio de saída do inversor de frequência (VFD). Ele converte a tensão do barramento de corrente contínua (CC) de volta em energia alternada (CA), mas agora a frequência e a tensão são controladas pelo inversor.
Os inversores de frequência modernos geralmente utilizam interruptores semicondutores de alta velocidade, tais como:
- IGBTs para a maioria dos acionamentos industriais
- MOSFETs em alguns acionamentos pequenos ou de baixa tensão
- Dispositivos de SiC ou GaN em alguns projetos de alta eficiência ou alta frequência
Esses interruptores ligam e desligam milhares de vezes por segundo. Ao controlar o tempo e a largura de cada pulso, o inversor de frequência (VFD) gera uma forma de onda de saída à qual o motor responde como energia CA na frequência desejada.
Por exemplo:
| Frequência de saída do VFD | Comportamento motor aproximado |
|---|---|
| 5 Hz | Velocidade muito baixa |
| 20 Hz | Baixa velocidade |
| 35 Hz | Velocidade média |
| 50 Hz | Velocidade nominal em sistemas de 50 Hz |
| 60 Hz | Velocidade nominal em sistemas de 60 Hz ou excesso de velocidade em algumas aplicações |
É assim que um inversor de frequência (VFD) controla a velocidade do motor sem utilizar engrenagens, válvulas de regulação, amortecedores ou dispositivos mecânicos de controle de velocidade.
Como funciona o PWM em um inversor de frequência
A maioria dos inversores de frequência modernos utiliza Modulação por Largura de Pulso (PWM) para criar a forma de onda de saída.
A PWM não gera diretamente uma onda senoidal perfeitamente suave. Em vez disso, ela produz uma rápida sequência de pulsos de tensão. A largura de cada pulso varia de acordo com a forma de onda de saída desejada.
O enrolamento do motor possui indutância; por isso, ele suaviza naturalmente os pulsos de alta velocidade, transformando-os em uma forma de onda de corrente suficientemente próxima da sinusoidal para o funcionamento do motor.
O PWM permite que o VFD controle:
- Frequência de saída
- Tensão de saída
- Corrente do motor
- Aceleração e desaceleração
- Resposta de torque
- Sentido de rotação
Por que um inversor (VFD) altera tanto a tensão quanto a frequência
Um inversor de frequência (VFD) não se limita a alterar a frequência. Ele também ajusta a tensão, pois o fluxo magnético do motor depende da relação entre tensão e frequência.
Essa relação é chamada de Relação V/F.
Se a frequência for reduzida, mas a tensão permanecer muito alta, o motor pode sofrer um excesso de fluxo, levando ao superaquecimento e a um funcionamento ineficiente. Se a frequência for reduzida, mas a tensão estiver muito baixa, o motor pode não produzir torque suficiente.
No controle básico de V/F, o inversor reduz a tensão à medida que a frequência diminui.
Exemplo para um motor de 400 V, 50 Hz:
| Frequência | Tensão de saída aproximada |
|---|---|
| 50 Hz | 400 V |
| 40 Hz | 320 V |
| 30 Hz | 240 V |
| 20 Hz | 160 V |
| 10 Hz | 80 V |
Manter uma relação V/F adequada ajuda o motor a manter um fluxo magnético estável e um torque previsível.
Em aplicações reais, a curva V/F pode ser ajustada de acordo com a carga. Bombas e ventiladores costumam utilizar uma curva diferente daquela usada para cargas de torque constante, como transportadores, misturadores e guindastes.
Principais componentes internos de um inversor de frequência
Um inversor de frequência moderno contém tanto componentes eletrônicos de potência quanto componentes eletrônicos de controle.
| Componente | Função |
|---|---|
| Retificador | Converte a energia CA recebida em energia CC |
| Capacitores do barramento CC | Suavizar e armazenar energia CC |
| Indutor de corrente contínua ou reator de linha | Reduz a ondulação e os harmônicos em alguns projetos |
| Módulo inversor | Converte energia CC em saída CA controlada |
| IGBTs ou interruptores de potência | Alterne rapidamente a tensão CC para gerar uma saída PWM |
| Placa de controle | Executa algoritmos de controle do motor e lógica de proteção |
| Placa controladora de porta | Envia sinais de comutação aos dispositivos de potência |
| Ventilador de resfriamento ou dissipador de calor | Retira o calor dos componentes de potência |
| Circuito de frenagem | Dissipa energia regenerativa quando necessário |
| Circuitos de proteção | Detectar sobrecorrente, sobretensão, superaquecimento, perda de fase e falhas de aterramento |
| Teclado ou IHM | Permite a configuração de parâmetros, o monitoramento e a reinicialização de falhas |
| Interface de comunicação | Conecta-se a PLCs, HMIs, SCADA ou redes fieldbus |
Métodos comuns de controle de inversores de frequência
Diferentes aplicações industriais exigem diferentes níveis de desempenho no controle de motores. As mais comuns Métodos de controle de inversores de frequência Incluir: Controle V/F, Controle Vetorial sem Sensores e Controle Vetorial em Malha Fechada. Cada método oferece diferentes níveis de controle de torque, precisão de velocidade e desempenho de resposta.
| Método de controle | Precisão do controle | É necessário um codificador | Aplicações típicas |
|---|---|---|---|
| Controle V/F | Básico | Não | Ventiladores, Bombas, HVAC |
| Controle vetorial sem sensor | Médio a alto | Não | Compressores, transportadores, misturadores |
| Controle vetorial em malha fechada | Mais alto | Sim | Elevadores, CNC, guinchos |
1. Controle V/F (Controle de Tensão/Frequência)
Controle V/F é o método de controle de VFD mais simples e mais utilizado. O inversor mantém uma relação constante entre tensão e frequência para regular a velocidade do motor. Ele foi projetado principalmente para aplicações nas quais não é necessário um controle preciso do torque.
Ideal para:
- Menor custo
- Configuração fácil
- Controle estável da velocidade básica
- Adequado para cargas com torque variável
- Menor precisão do torque
- Desempenho fraco em baixas velocidades
- Resposta dinâmica menos precisa
2. Controle vetorial sem sensores
Controle vetorial sem sensores melhora o desempenho do motor ao estimar a velocidade do motor e o fluxo magnético sem utilizar um codificador externo. Oferece melhor controle de torque e resposta mais rápida em comparação com o controle V/F básico.
- Compressores
- Misturadores
- Transportadores
- Extrusoras
- Máquinas-ferramentas com requisitos moderados de precisão
- Melhor desempenho em termos de torque em baixas rotações
- Resposta mais rápida do motor
- Regulação aprimorada da velocidade
- Não é necessária a instalação de um codificador
3. Controle vetorial em malha fechada
Controle vetorial em circuito fechado utiliza um codificador ou dispositivo de realimentação para medir a velocidade e a posição do motor. Essa realimentação permite que o inversor de frequência alcance o mais alto nível de precisão de velocidade, controle de torque e desempenho dinâmico.
- Elevadores
- Guindastes
- Talhas
- Maquinário CNC
- Sistemas de enrolamento
- Equipamentos de posicionamento
- Excelente torque em baixa rotação
- Feedback preciso da velocidade
- Resposta dinâmica robusta
- Adequado para aplicações exigentes de controle de movimento
Exemplo: Como um inversor de frequência economiza energia em uma bomba
Os inversores de frequência (VFDs) são especialmente eficazes para bombas centrífugas e ventiladores, pois essas cargas seguem as leis de afinidade. Em termos simples, quando a velocidade diminui, a demanda de potência cai muito mais rapidamente do que a velocidade.
Para cargas centrífugas:
O fluxo é proporcional à velocidade
A pressão é proporcional ao quadrado da velocidade
A potência é proporcional ao cubo da velocidadeIsso significa que uma pequena redução na velocidade pode resultar em uma grande redução no consumo de energia.
Exemplo:
Se uma bomba puder atender à demanda do processo na velocidade de 80%, a necessidade aproximada de potência é:
0,8 x 0,8 x 0,8 = 0,512Portanto, a bomba pode necessitar de cerca de 51% de potência em velocidade máxima, antes de se levar em conta as perdas reais e as condições do sistema.
É por isso que a substituição de válvulas reguladoras ou amortecedores por um controle por inversor de frequência (VFD) pode gerar economias significativas em sistemas adequados de bombas e ventiladores.
Onde os inversores de frequência são utilizados
Acionadores de frequência variável (VFDs) são amplamente utilizados em setores em que a velocidade ajustável do motor pode melhorar a eficiência energética, a estabilidade do processo, a precisão da produção e a proteção dos equipamentos. Ao controlar a velocidade do motor de acordo com as necessidades reais de operação, os inversores de frequência ajudam a reduzir o desperdício de energia e o desgaste mecânico.
Sistemas HVAC
Os inversores de frequência melhoram o fluxo de ar e o controle de temperatura, ajustando a velocidade dos ventiladores e das bombas de acordo com a demanda.
- Ventiladores de alimentação
- Fãs de retorno
- Torres de resfriamento
- Bombas de água refrigerada
- Unidades de Tratamento de Ar (AHU)
Água e Esgoto
Os inversores de frequência (VFDs) proporcionam um controle estável da pressão e aumentam a eficiência das bombas em sistemas de gestão de água.
- Bombas de reforço
- Bombas para esgoto
- Bombas de irrigação
- Bombas para lodo
- Sistemas de água de pressão constante
Fabricação
Os inversores de frequência permitem um controle preciso da velocidade dos equipamentos de produção e melhoram a consistência da fabricação.
- Transportadores
- Misturadores
- Máquinas de embalagem
- Extrusoras
- Rolos
- Máquinas-ferramentas
Petróleo e Gás
Os inversores de frequência ajudam a otimizar equipamentos acionados por motores para serviços pesados, ao mesmo tempo em que aumentam a flexibilidade operacional.
- Compressores
- Bombas de transferência
- Equipamentos de perfuração
- Sistemas de medição
Mineração e Indústria Pesada
Os inversores de frequência (VFDs) proporcionam uma regulação confiável da velocidade e reduzem o impacto mecânico em ambientes industriais exigentes.
- Britadeiras
- Alimentadores
- Talhas
- Transportadores
- Ventiladores
Energia Renovável e Infraestrutura
A tecnologia VFD contribui para o funcionamento eficiente dos modernos sistemas de energia e infraestrutura.
- Sistemas de bombeamento solar
- Sistemas auxiliares de armazenamento de energia em baterias
- Equipamentos auxiliares para turbinas eólicas
- Sistemas de aquecimento e resfriamento distritais
Por que as indústrias utilizam variadores de frequência
Reduzir o consumo desnecessário de energia do motor.
Mantenha a velocidade e as condições do processo estáveis.
Reduzir o impacto na partida e o desgaste mecânico.
Vantagens do uso de um inversor de frequência
A Unidade de frequência variável (VFD) oferece mais do que um simples ajuste da velocidade do motor. Ao controlar a frequência e a tensão do motor, um inversor de frequência (VFD) melhora a eficiência energética, reduz o desgaste mecânico, aumenta a estabilidade do processo e protege os motores e os equipamentos conectados contra condições operacionais anormais.
1. Economia de energia
Para aplicações com torque variável, tais como bombas centrífugas e ventiladores, um inversor de frequência (VFD) ajusta a velocidade do motor de acordo com a demanda real do sistema, em vez de permitir que o motor funcione continuamente em velocidade máxima.
2. Partida suave
A partida tradicional do motor diretamente na rede elétrica pode causar alta corrente de irrupção e impacto mecânico repentino. Um inversor de frequência (VFD) aumenta gradualmente a velocidade do motor por meio de aceleração e desaceleração controladas, reduzindo a sobrecarga nos sistemas elétricos e mecânicos.
A partida suave ajuda a proteger:
3. Controle preciso da velocidade
Um VFD oferece controle flexível da velocidade do motor por meio de diversos métodos de entrada, tornando-o adequado para sistemas industriais automatizados.
4. Melhor controle do processo
Em vez de depender de dispositivos mecânicos de regulação, válvulas de desvio ou ajustes manuais, um inversor de frequência (VFD) controla diretamente a potência do motor para atender às necessidades do processo.
- Maior estabilidade do processo
- Redução do desperdício de materiais e energia
- Controle de produção mais preciso
5. Proteção de motores e equipamentos
A maioria dos inversores de frequência modernos inclui funções de proteção integradas que ajudam a evitar danos ao motor e aumentam a confiabilidade do sistema.
Limitações e considerações de projeto
Um VFD é potente, mas deve ser utilizado corretamente.
Algumas considerações comuns incluem:
- Custo inicial mais elevado do que a partida direta em linha
- Distorção harmônica na fonte de alimentação
- Interferência eletromagnética
- Tensão no isolamento do motor causada pelo rápido tempo de subida da tensão
- Correntes nos rolamentos em algumas instalações
- Aumento da temperatura em baixa rotação do motor, caso o ventilador do motor esteja montado no eixo
- Poderá ser necessário utilizar filtros de saída em trechos longos de cabos do motor
- É importante que o aterramento e a blindagem sejam feitos corretamente
Para sistemas críticos, o inversor de frequência deve ser selecionado levando em consideração o motor, a carga, o comprimento do cabo, o invólucro, o resfriamento e o ambiente elétrico.
Inversor de frequência x Acelerador suave
Um acionador suave reduz a corrente de partida e proporciona uma aceleração suave, mas normalmente não oferece controle contínuo da velocidade depois que o motor atinge a velocidade máxima.
| Recurso | VFD | Soft Starter |
|---|---|---|
| Redução da corrente de partida | Sim | Sim |
| Controle contínuo de velocidade | Sim | Não |
| Economia de energia em bombas e ventiladores | Alto potencial | Limitada |
| Controle de torque | Melhor | Básico |
| Controle reverso | Normalmente disponível | Limitado ou externo |
| Custo | Mais alto | Inferior |
| Melhor caso de uso | Operação com velocidade variável | Partida suave em velocidade fixa |
Escolha um VFD quando o processo exige controle de velocidade ou economia de energia por meio da redução da velocidade do motor.
Escolha um soft starter quando o motor funciona em velocidade fixa e precisa apenas de partidas e paradas mais suaves.
Como escolher o inversor de frequência certo
Escolhendo o certo Unidade de frequência variável (VFD) requer mais do que apenas a potência adequada do motor. A escolha do inversor de frequência (VFD) correto depende de vários fatores, incluindo a corrente do motor, a tensão de entrada, as características da carga, os requisitos de sobrecarga, o ambiente de instalação e o desempenho de controle necessário.
1. Ajustar a corrente do motor
O fator mais importante na escolha de um inversor de frequência é o do motor corrente de carga total (FLC). Escolha um inversor de frequência com corrente nominal de saída igual ou superior à corrente nominal do motor.
2. Confirme a potência de entrada
Os inversores de frequência (VFDs) são projetados para sistemas de alimentação específicos. Sempre verifique se a fonte de alimentação disponível está de acordo com as especificações de entrada do inversor de frequência.
3. Identificar o tipo de carga
As cargas acionadas por motor são geralmente divididas em três categorias. A escolha do tipo correto de carga garante que o inversor de frequência forneça torque e capacidade de sobrecarga suficientes.
| Tipo de carga | Exemplos | Nota sobre a seleção de VFD |
|---|---|---|
| Torque variável | Ventiladores, bombas centrífugas | A classificação para serviço normal costuma ser adequada |
| Torque constante | Transportadores, misturadores, extrusoras | Pode ser necessária uma capacidade de sobrecarga maior |
| Para serviços pesados | Trituradores, guindastes, prensas | Selecione um alto torque inicial e capacidade de sobrecarga |
4. Escolha o método de controle
Adequado para ventiladores simples, bombas e ajuste básico de velocidade.
Oferece melhor resposta de torque e velocidade sem o uso de um encoder.
Utilizado em aplicações que exigem precisão de velocidade, posição e torque em baixa velocidade.
5. Verifique o ambiente de instalação
As condições ambientais afetam diretamente a confiabilidade e a vida útil do VFD. Leve em consideração os seguintes fatores:
6. Verificar o comprimento do cabo e os requisitos de EMC
Cabos longos do motor podem aumentar a tensão de onda refletida e a interferência eletromagnética (EMI). Dependendo da instalação, podem ser necessários componentes de proteção adicionais.
7. Leve em consideração a comunicação e a integração
Para sistemas de automação industrial, verifique se o inversor de frequência (VFD) é compatível com os protocolos de comunicação necessários.
Falhas comuns em variadores de frequência (VFD) e o que elas geralmente significam
| Falha | Causa Comum |
|---|---|
| Sobrecorrente | Tempo de aceleração curto, carga encravada, falha no motor, parâmetros incorretos do motor |
| Sobretensão | Desaceleração rápida, carga regenerativa, alta tensão de entrada |
| Subtensão | Baixa tensão de alimentação, perda de fase, fonte de alimentação fraca |
| Sobretemperatura | Ventilação inadequada, temperatura ambiente elevada, acionamento sobrecarregado |
| Falha de aterramento | Cabo do motor danificado, falha no isolamento do motor, umidade |
| Sobrecarga do motor | Configuração incorreta da corrente, máquina sobrecarregada, resfriamento insuficiente |
| Falha de comunicação | Problema de fiação, configuração incorreta do protocolo, erro de configuração do PLC |
Essas falhas não devem ser eliminadas repetidamente sem que se identifique a causa. Uma falha recorrente geralmente indica um problema no sistema, e não apenas um problema na unidade.
PERGUNTAS FREQUENTES
Um inversor de frequência (VFD) controla a velocidade do motor alterando a frequência da corrente alternada fornecida ao motor. Uma frequência mais baixa resulta em uma velocidade menor do motor. Uma frequência mais alta resulta em uma velocidade maior do motor, dentro da faixa de operação segura do motor.
Sim, especialmente em bombas centrífugas e ventiladores, nos quais a carga nem sempre exige a velocidade máxima. Ao reduzir a velocidade do motor para se adequar à demanda, um inversor de frequência (VFD) pode reduzir significativamente o consumo de energia. A economia efetiva depende do tipo de carga, das horas de operação, do projeto do sistema e da estratégia de controle.
Nem todo motor é ideal para operação com inversor de frequência (VFD). Muitos motores de indução trifásicos modernos são compatíveis com inversores de frequência, mas os motores mais antigos podem apresentar limitações relacionadas ao isolamento, ao resfriamento ou aos rolamentos. Verifique sempre as orientações do fabricante do motor.
No controle de motores industriais, esses termos costumam ser usados de forma intercambiável. Tecnicamente, o inversor é uma seção dentro do VFD que converte a energia CC de volta em energia CA. O VFD completo também inclui o retificador, o barramento CC, o sistema de controle, os circuitos de proteção e a interface do usuário.
A tensão do barramento CC depende da tensão de entrada e do projeto do inversor. A título de exemplo geral, uma entrada trifásica de 400 V costuma produzir uma tensão do barramento CC em torno de 540 a 565 V CC em condições normais.
Muitos motores utilizam um ventilador de resfriamento montado no eixo. Em baixa velocidade, o ventilador também gira lentamente, de modo que o fluxo de ar de resfriamento diminui. Para operação contínua em baixa velocidade, pode ser necessário um ventilador de resfriamento com alimentação independente ou um motor adequado para uso com inversor.
Um inversor de frequência (VFD) é mais adequado quando é necessário controle contínuo de velocidade, economia de energia ou controle preciso do processo. Um soft starter costuma ser mais adequado quando o motor precisa apenas de partida e parada suaves, mas funcionará em velocidade fixa.
Conclusão
Um inversor (VFD) funciona convertendo energia CA de frequência fixa em energia CC e, em seguida, convertendo essa energia CC de volta em energia CA de frequência variável. Esse processo permite que o inversor controle a velocidade, o torque, a aceleração, a desaceleração e as funções de proteção do motor com muito mais flexibilidade do que a operação direta do motor na rede elétrica.
As principais etapas do trabalho são:
- O retificador converte corrente alternada em corrente contínua.
- O barramento de corrente contínua suaviza e armazena energia.
- O inversor utiliza PWM para gerar uma saída de corrente alternada controlada.
- O sistema de controle ajusta a frequência e a tensão para se adequar ao motor e à carga.
Para bombas, ventiladores, transportadores, compressores, sistemas de climatização, tratamento de água, manufatura e muitas outras aplicações, um inversor de frequência (VFD) adequadamente selecionado pode melhorar a eficiência, reduzir o desgaste mecânico e proporcionar um melhor controle do processo.
Ao escolher um inversor de frequência (VFD), leve sempre em consideração a corrente do motor, a tensão de entrada, o tipo de carga, a capacidade de sobrecarga, o método de controle, o comprimento do cabo, o ambiente e os requisitos de comunicação. Um inversor de frequência não é apenas um controlador de velocidade; é um sistema completo de controle e proteção do motor.
Referências e leituras complementares
- Série IEC 61800: Sistemas de acionamento elétrico de velocidade ajustável
- NEMA MG 1: Motores e geradores
- Guia Técnico da ABB nº 4: Guia sobre Inversores de Velocidade Variável
- Guias de aplicação para inversores de velocidade da Schneider Electric
- Recursos do Departamento de Energia dos EUA sobre sistemas de motores e inversores de velocidade
- Google Search Central: Criando conteúdo útil, confiável e que coloque as pessoas em primeiro lugar
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