Os inversores de frequência são equipamentos destinados ao 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 último processo são utilizadas chaves de potência, normalmente IGBTs que chaveiam em frequências relativamente altas (1 ~ 10 kHz, dependendo da potência e do fabricante), na Figura 1 é possível visualizar a forma de onda sintetizada por um inversor de frequência.
Figura 1 – Tensão de linha sintetizada pelo inversor para alimentação do motor.
Como pode ser visualizado na Figura 1, o sinal de tensão disponibilizado para alimentação do motor não é senoidal, entretanto, além das harmônicas, está contido neste sinal uma componente fundamental de baixa frequência. Tendo em vista que um motor de indução é um circuito predominantemente indutivo, a componente fundamental de tensão irá prevalecer e o motor drenará uma corrente praticamente senoidal, conforme pode ser visualizado na Figura 2, atuando assim como um filtro passa baixas para a corrente.
Figura 2 – Corrente drenada pelo motor quando instalado próximo do inversor de frequência.
Porém, muita das vezes, o inversor é instalado distante do motor a ser acionado. Isso acontece comumente em instalações que utilizam salas elétricas (CCMs), dessa forma é necessário um cabo de interligação longo entre o inversor e o motor. Este cabo, muita das vezes, pode ser modelado como um circuito resistivo indutivo, onde a componente resistiva é maior que a indutiva. Assim, quando o inversor sintetiza a tensão da Figura 1 sobre este componente ocorrerá uma queda de tensão harmônica, dessa forma, o motor drenará uma corrente mais distorcida, conforme pode ser visualizado na Figura 3.
Figura 3 – Corrente distorcida (maior ripple) drenada por um motor distante do inversor de frequência.
A corrente distorcida drenada pelo motor pode ser extremamente prejudicial para seu funcionamento, as harmônicas de sequência negativa que podem estar contidas no espectro da corrente da Figura 3 fazem com que o motor tenha um torque contrário ao torque exercido pela fundamental, dessa forma, o motor perde potência podendo comprometer o acionamento da carga. Além disso, estas harmônicas fazem o motor sobreaquecer podendo assim comprometer sua vida útil.
Para amenizar ou erradicar este problema deve-se utilizar um filtro indutivo de acoplamento no inversor. Na próprio CCM, na saída do inversor é instalado um banco de indutores em série conforme pode ser visualizado na Figura 4. Estes indutores funcionaram como filtro assim a queda de tensão sobre o cabo tenderá a ser menos distorcida e consequentemente sua corrente também. Logo o motor manterá suas características de torque e funcionamento nominais. Além disso, os indutores de acoplamento também aumentam a proteção do inversor contra curto-circuito na carga, já que se diminui a corrente de curto ao adicionar uma impedância no circuito equivalente do sistema.
Figura 4 – Reatores de entrada (vermelho) e saída (amarelo) instalados em um inversor de frequência.
Por fim, na Figura 5 é demonstrada a corrente drenada pelo motor em dois casos, o primeiro para o inversor sem o reator de saída e o segundo com o reator de saída inserido. É possível observar que a corrente para o primeiro caso (corrente azul) possui um ripple maior que a do segundo caso (corrente vermelha), dessa maneira, a corrente em azul possui harmônicos de maior intensidade quando comparada à vermelha. Comprovando assim, que a adição do reator de saída melhora a forma de onda de corrente do motor.
Figura 5 – Corrente de alimentação do motor, sem o reator de saída (azul) e com o reator de saída (vermelho).
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.
Boa tarde!
Quando saber quando é necessário utilizar um reator desses? O seu uso é apenas em inversores ou em softstarters também?
Boa noite, Maurício!
A utilização desses reatores normalmente é recomendada pelo fabricante. Cada fabricante terá os critérios de distância do inversor até o motor para a aplicação dos reatores.
Esses reatores são utilizados somente para inversores de frequência, haja visto que as softstarters, na maioria dos casos são “by-passadas” após a partida da máquina, além disso, as softstarters chaveiam em baixas frequências, portanto a ditorção da forma de onda de tensão é menos propensa.