Os inversores de frequência são equipamentos destinados para acionamento e controle de motores de indução. Eles utilizam um sistema composto por eletrônica de potência que faz a conversão da tensão alternada da rede em tensão contínua e novamente converte a tensão contínua de seu barramento c.c em alternada para alimentação do motor. Para execução do primeiro processo são utilizados os circuitos retificadores compostos por chaves de potência, comumente diodos que chaveiam na frequência da rede (podem ser encontradas variações como a utilização de tiristores e IGBTs).
O funcionamento deste circuito em baixas frequências drena da rede correntes distorcidas contendo harmônicos de baixa frequência da fundamental, tipicamente 5º, 7º, 11º, 13º, 17º, 19º, entre outros. Na Figura 1 é possível observar a corrente típica drenada por um inversor de frequência sem reator de entrada.
Figura 1 – Corrente de linha drenada por um inversor de frequência sem reator de entrada.
Observando-se a Figura 1, é possível constatar que a corrente de alimentação deste equipamento é altamente distorcida. A forma de onda característica é resultado dos pulsos de corrente para carregamento dos capacitores do barramento c.c sendo que para cada ciclo da forma de onda fundamental, observa-se dois pulsos por semiciclo, os quais advém da retificação fase-fase do circuito retificador de 6 pulsos.
Os harmônicos de baixa frequência contidos nesta corrente podem prejudicar o funcionamento do próprio inversor bem como dos equipamentos ligados no mesmo sistema elétrico. Quando a corrente distorcida passa pela impedância da rede, gera-se uma queda de tensão também distorcida, assim um equipamento vizinho que drenava uma corrente senoidal passará a drenar uma corrente distorcida. Também, esta corrente provoca um baixo fator de potência durante o funcionamento do inversor, ela pode saturar núcleos de transformadores e motores, além disso, esta corrente pode diminuir a vida útil dos capacitores do barramento c.c bem como causar ressonâncias em capacitores para correção de fator de potência.
Portanto, objetivando-se atenuar este fenômeno pode ser adicionado na entrada do inversor um reator por fase, dessa forma a corrente tenderá a ser mais senoidal, conforme pode ser observado na Figura 2.
Figura 2 – Corrente de linha drenada por um inversor de frequência com reator de entrada.
Apesar da distorção no topo da forma de onda da corrente da Figura 2, este sinal se assemelha mais a uma componente senoidal do que o demonstrado na Figura 1. Isso pode ser comprovando pela análise do espectro de frequências de ambos os sinais, obtidos pela FFT (Fast Fourier Transform – Transformada Rápida de Fourier), evidenciado na Figura 3.
Figura 3 – Espectro de frequências dos sinais de corrente do inversor com (vermelho) e sem (azul) o reator de entrada.
Analisando-se a Figura 3, é possível constatar que a corrente com o reator inserido possui componentes harmônicas menores do que a corrente sem o reator inserido. É possível verificar que as componentes de 5ª, 7ª, 11ª, 13ª, 17ª e 19ª foram drasticamente atenuados, portando melhorando a qualidade da energia elétrica da rede.
Em sistemas com baixos níveis de curto-circuito, esta melhora pode ser significativa, já que a deformação da forma de onda da corrente pode acarretar deformações na forma de onda da tensão, consequentemente o funcionamento de transformadores, motores e até sistemas de proteção podem ser prejudicados, podendo até mesmo ocasionar uma parada indevida de uma linha de produção ou usina.
Discente de Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Itajubá - Campus Itabira e técnico em Automação Industrial pelo SENAI. Possuo experiência na área de manutenção elétrica com ênfase em manutenção de máquinas elétricas, instrumentação industrial e conversores estáticos. Atualmente desenvolvo trabalhos de pesquisa relacionados à conversores estáticos integrados com dispositivos de armazenamento e emulação de inércia virtual através de máquinas síncronas virtuais.
