Acionamento de motores de induàƒÂ§àƒÂ£o através de inversores de frequàƒÂªncia

6. INVERSOR DE FREQUÊNCIA

Antes de ser inventado, o grande problema era como cessar a passagem da energia dentro do mesmo. Com esse advento muitas coisas foram possíveis, como por exemplo o não superaquecimento do motor (consequentemente não queimando) com uma corrente contínua, é quase que impossível realizar o controle de giro dos motores elétricos, porém hoje já é possível realizar esta alternância na energia recebida pelo motor, utilizando um inversor de frequência. Assim auxiliando no processo de transformar a corrente contínua em uma corrente alternada. Esse processo é muito semelhante ao sistema dos interruptores de energia simples que temos em nossas casas. E além disso, ainda tem a possibilidade de ser utilizado na idealização de novos e mais potentes motores elétricos, tanto para indústria de ventilação, como para indústrias metalúrgicas. Atualmente existem várias empresas especializadas na fabricação de inversores, como a Siemens, a Weg, a Yaskawa, a Allen Bradley e a ABB, entre outras.

A ideia básica de um inversor de frequência é transformar a tensão de entrada, geralmente corrente alternada fornecida pela rede elétrica, em corrente contínua, e depois transformar novamente em corrente alternada, mas agora com um sinal modulado, onde é possível alterar tanto a amplitude como a frequência deste sinal de saída.

Um inversor de frequência é formado basicamente por um retificador, acoplado a um inversor trifásico através de um elo de corrente contínua, como mostrado na Figura 3.

Figura 3 - Diagrama de blocos de um inversor (Fonte: BORBA, 2009)

O elo de corrente contínua tem a função de fornecer corrente contínua, que geralmente é fornecida por um retificador, ao inversor trifásico.

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Este elo é constituído por componentes capazes de armazenar energia elétrica, capacitores ou indutores, fator este que depende da configuração do inversor. A configuração que utiliza o capacitor é chamada de Inversor de Tensão Imposta e, para a configuração com um indutor, é chamada de Inversor de Corrente Imposta. (BORBA, 2009, p. 242)

O Inversor de Tensão Imposta, a tensão de entrada do inversor é mantida constante pelo capacitor do elo CC como mostrado na Figura 4.

Figura 4 - Diagrama de blocos de um Inversor de Tensão Imposta (Fonte: BORBA, 2009)

O bloco do retificador de tensão é responsável por tratar o sinal CA da rede e fornecer um sinal contínuo para o elo CC ou também chamado de barramento CC. O elo tem por objetivo melhorar o sinal de tensão CC fornecido pelo retificador, ou seja, torna o sinal mais regular para o inversor. Na Figura 5 é mostrado o circuito básico de um Inversor de Tensão Imposta Trifásico alimentando uma carga trifásica. O inversor transforma a tensão contínua fornecida pelo barramento CC em uma tensão alternada com frequência modulada. Isso é muito importante, pois algumas técnicas de controle de velocidade de motores elétricos são baseadas na modulação da frequência da tensão fornecida para o motor. A modulação do sinal de saída é feita através de técnicas da comutação dos interruptores S1, S2, S3, S4, S5 e S6.

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Figura 5 - Circuito básico de um Inversor de Tensão Imposta Trifásico em Ponte. (Fonte:

BORBA, 2009)

6.1. Retificador

Como fornecimento de energia elétrica é feito, essencialmente, a partir de uma rede de distribuição em corrente alternada e muitas aplicações exigem uma tensão contínua, a solução para essa adaptação de alternado para contínuo é feita por conversores CA-CC, ou também chamados de retificadores.

Os retificadores podem ser classificados de duas maneiras, controlados e não controlados, de acordo com o número de fases da tensão alternada de entrada (monofásico, trifásico, hexafásico, etc.); em função do tipo de conexão dos elementos retificadores (meia ponte x ponte completa). (EMERICH, 2005, p.65).

6.1.1. Retificador monofásico não controlado

Os retificadores não controlados são aqueles que utilizam diodos como elementos de retificação, portanto, não há a possibilidade de atuar no chaveamento desses semicondutores. Um retificador monofásico de ponte completa com carga puramente resistiva tem o esquema representado pela Figura 6.

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Figura 6 - Retificador monofásico de ponte completa. (Fonte: EMERICH, 2005)

A Figura 7 compara as formas de onda da tensão na entrada do retificador com a forma de onda que será aplicada a essa carga resistiva.

Figura 7 - Comparação entre tensão de entrada e saída do retificador monofásico com carga

resistiva. (Fonte: EMERICH, 2005)

Percebe-se que a tensão de saída passa a ser contínua, ou seja, em nenhum momento ela tem a sua polaridade alterada.

Um retificador com carga capacitiva, Figura 8 (a), faz com que a tensão de saída seja alisada e assim eleva seu valor médio quando comparado com a carga resistiva do caso anterior, efeito que pode ser observado na Figura 8 (b).

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Figura 8 - (a) Retificador com carga capacitiva, (b) Comparação entre tensão de entrada e saída deum retificador com carga capacitiva. (Fonte: EMERICH, 2005)