Inversor de Frequência: O que é e Como Funciona?
O inversor de frequência é um dos dispositivos mais utilizados para controle de motores elétricos, principalmente em sistemas industriais e comerciais. Sua função principal é ajustar a velocidade de rotação de motores, o que se traduz em uma série de benefícios operacionais e de eficiência. Neste artigo, vamos explorar o que é um inversor de frequência, onde ele é aplicado, como funciona, suas partes principais e seus tipos.
O que é um Inversor de Frequência?
O inversor de frequência é um dispositivo eletrônico que ajusta a frequência de alimentação de motores de corrente alternada (AC). Isso permite controlar a velocidade de rotação de motores, tornando-o extremamente útil em uma variedade de aplicações, desde sistemas industriais complexos até aparelhos de ar-condicionado residenciais. Sua principal vantagem é que ele possibilita variar a velocidade dos motores sem a necessidade de mudanças mecânicas complexas.
Onde o Inversor de Frequência é Utilizado?
Os inversores de frequência têm um campo de aplicação bastante extenso. Eles podem ser encontrados em indústrias, comércio e até em residências. Cada um desses ambientes utiliza o inversor de formas distintas:
Aplicações Industriais
Nas indústrias, os inversores de frequência são empregados principalmente no controle de motores trifásicos. Motores de esteiras transportadoras, bombas e compressores, por exemplo, precisam operar em diferentes velocidades para otimizar o processo produtivo. O inversor permite esse ajuste sem que seja necessário desligar ou reiniciar o motor.
Aplicações Comerciais
Em sistemas comerciais, como sistemas de ventilação, elevadores e escadas rolantes, o inversor de frequência garante que os motores operem com a eficiência necessária. Em elevadores, por exemplo, o inversor pode controlar a velocidade de subida e descida de maneira suave, reduzindo o desgaste mecânico.
Aplicações Residenciais
No ambiente residencial, os inversores de frequência são mais comumente encontrados em aparelhos como condicionadores de ar do tipo “inverter”.
Condicionadores de Ar Inverter
Nos condicionadores de ar do tipo inverter, o inversor controla a velocidade de rotação do compressor, que é responsável pela circulação do gás refrigerante. Dessa forma, ele consegue ajustar automaticamente a frequência de rotação do compressor, mantendo a temperatura ambiente constante e próxima ao valor predefinido.
Por exemplo, se a temperatura aumentar após a abertura de uma porta, o inversor aumentará a frequência de rotação do compressor, acelerando o resfriamento do ambiente. Esse ajuste é feito de maneira suave, sem picos de energia, ao contrário dos condicionadores de ar convencionais (do tipo On-Off), que ligam e desligam o compressor abruptamente, gerando maior consumo de energia.
Como Funciona um Inversor de Frequência?
Para compreender o funcionamento de um inversor de frequência, é necessário ter uma compreensão básica sobre conceitos de eletricidade, como corrente contínua, corrente alternada, frequência, e sistemas monofásicos e trifásicos.
Corrente Contínua (DC)
A corrente contínua (DC) é um tipo de corrente elétrica que flui em uma única direção. Baterias são um exemplo típico de fontes de corrente contínua. A tensão fornecida por uma bateria de 12 volts, por exemplo, manterá uma corrente constante ao longo do tempo, sem oscilações. Se conectarmos essa bateria a uma carga de 120 Ohms, ela fornecerá uma corrente de 0,1 A.
Corrente Alternada (AC)
A corrente alternada (AC) é diferente da corrente contínua. Enquanto a corrente contínua permanece constante, a corrente alternada varia entre valores máximos e mínimos, alternando sua direção. A maioria dos sistemas elétricos ao redor do mundo utiliza corrente alternada, com frequências que variam entre 50 Hz e 60 Hz.
O que é Frequência?
A frequência está diretamente relacionada à quantidade de vezes que a corrente alternada atinge seus valores máximos e mínimos em um segundo. Um sistema de 60 Hz, por exemplo, significa que a corrente alterna 60 vezes entre valores positivos e negativos em um único segundo.
O que é Período?
O período corresponde ao tempo necessário para que um ciclo completo de alternância da corrente ocorra, ou seja, o tempo entre dois picos máximos de corrente. Em um sistema de 60 Hz, cada ciclo ocorre em aproximadamente 16,67 milissegundos.
Sistemas Monofásicos e Trifásicos
Os sistemas elétricos podem ser classificados como monofásicos ou trifásicos.
Sistema Monofásico: Nesse sistema há apenas uma forma de onda de corrente alternada circulando no circuito. É comum em residências, onde a demanda por potência não é tão alta.
Sistema Trifásico: O sistema trifásico, por sua vez, é muito utilizado na indústria e em aplicações que requerem motores de alta potência. Nesse sistema, três formas de onda defasadas em 120 graus circulam simultaneamente, fornecendo mais energia e eficiência.
A Função de um Inversor de Frequência?
O inversor de frequência serve como uma interface entre a rede elétrica e o motor, permitindo controlar a velocidade do motor de acordo com a necessidade da aplicação. Ele é capaz de converter uma corrente elétrica de frequência fixa (50 Hz ou 60 Hz) em uma corrente de frequência variável, ajustando a velocidade de rotação do motor.
O inversor de frequência oferece uma alternativa muito mais flexível do que os sistemas mecânicos, como redutores de velocidade, que possuem uma relação de redução fixa. Com o inversor, é possível ajustar a frequência de saída de forma dinâmica, conforme as demandas da operação.
Quais as Principais Partes de um Inversor de Frequência?
Os inversores de frequência são compostos por diversas partes que desempenham funções essenciais no processo de conversão de energia. As principais partes incluem o retificador, o filtro e o inversor propriamente dito.
Retificador
O retificador, também conhecido como ponte retificadora, é a primeira etapa no processamento da energia elétrica. Ele converte a corrente alternada (AC) da rede em corrente contínua (DC). O retificador é composto por diodos, que permitem a passagem da corrente em uma única direção, eliminando o componente negativo da forma de onda e resultando em um sinal de corrente contínua.
Filtragem
Apesar de o retificador eliminar a alternância da corrente, o sinal ainda apresenta algumas oscilações. Para suavizar essas oscilações, o inversor utiliza um sistema de filtragem, geralmente composto por capacitores e resistores. Esse sistema garante que o sinal resultante seja o mais próximo possível de uma corrente contínua pura, semelhante ao fornecido por uma bateria.
Inversor
Após o processo de retificação e filtragem, o sinal de corrente contínua precisa ser convertido novamente em corrente alternada. No entanto, essa nova corrente alternada deve ser ajustada de acordo com a frequência e a tensão que serão aplicadas ao motor. O inversor utiliza transistores IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) para realizar essa conversão. Esses transistores controlam eletronicamente o chaveamento da corrente contínua em intervalos precisos, gerando uma forma de onda de corrente alternada que pode ser aplicada ao motor.
O chaveamento dos IGBTs é realizado por meio de uma técnica chamada modulação por largura de pulso (PWM – Pulse Width Modulation). A PWM ajusta a largura dos pulsos de corrente alternada, alterando sua frequência de acordo com a configuração desejada.
Onde Utilizar o Inversor de Frequência?
Os inversores de frequência são amplamente utilizados em diversas aplicações industriais e comerciais, onde o controle de velocidade de motores é necessário. Algumas aplicações incluem:
– Sistemas de bombeamento;
– Ventiladores industriais;
– Esteiras transportadoras;
– Compressores de ar;
– Elevadores;
– Sistemas de ventilação e ar-condicionado;
Quais os Tipos de Inversores de Frequência?
Existem dois principais tipos de inversores de frequência, cada um com características distintas que os tornam mais adequados para diferentes tipos de aplicação.
Inversor de Frequência Escalar
O inversor escalar opera controlando a relação entre a tensão e a frequência aplicadas ao motor. Este tipo de inversor é mais simples e é ideal para aplicações que não exigem controle preciso da velocidade ou torque.
Inversor de Frequência Vetorial
O inversor vetorial, por outro lado, é mais sofisticado e oferece maior controle sobre o motor. Ele utiliza sensores ou algoritmos avançados para ajustar a velocidade e o torque do motor de forma precisa, tornando-o ideal para aplicações que requerem alta performance e precisão, como robótica e manufatura automatizada.
Conclusão
O inversor de frequência desempenha um papel muito importante na otimização de sistemas elétricos, permitindo controle eficiente de motores e redução no consumo de energia. Seja em aplicações industriais, comerciais ou residenciais, esse dispositivo proporciona maior flexibilidade, precisão e economia. Por isso, é um componente essencial em uma ampla gama de equipamentos e processos.