Quais são os efeitos do controle de frequência dos motores de indução?
Passo 1
O enunciado pergunta quais são os efeitos do controle de frequência em motores de indução. Este tópico faz parte de máquinas elétricas e eletrônica de potência, pois envolve o uso de inversores de frequência para variar a velocidade do motor. Para responder, vamos precisar lembrar da relação entre frequência de alimentação e velocidade síncrona, da importância de manter a razão tensão-sobre-frequência constante para controlar o fluxo magnético, e dos regimes de torque e potência resultantes.
Passo 2
A velocidade síncrona do motor de indução é diretamente proporcional à frequência de alimentação. Em particular, se
é o número de polos, temos
onde
está em rotações por minuto (rpm) e
em hertz. Logo, ao reduzir ou aumentar
, reduzimos ou aumentamos
na mesma proporção.
Passo 3
Para não alterar o fluxo magnético no entreferro, o inversor ajusta simultaneamente a tensão de saída
de modo que a razão
permaneça aproximadamente constante. Isso evita saturação ou falta de fluxo e mantém o torque de carga controlável.
Passo 4
Ao manter
constante, o motor opera na chamada região de torque constante até a chamada “frequência base”. Nessa região, a curva de torque versus velocidade se desloca horizontalmente sem alterar o torque máximo disponível.
Acima da frequência base, a tensão máxima do inversor já está em seu limite, então, ao continuar elevando , o fluxo cai e o motor passa para a região de potência constante, em que o torque decai inversamente com a frequência.
Acima da frequência base, a tensão máxima do inversor já está em seu limite, então, ao continuar elevando
Passo 5
No domínio dinâmico, o controle de frequência permite acelerar ou desacelerar o motor de forma suave e precisa, ajustando
rapidamente. Porém, em baixas frequências, o torque de partida pode se reduzir se não houver reserva suficiente de tensão, e a resposta a grandes variações de carga requer um bom algoritmo de controle (por exemplo, controle vetorial).
Passo 6
Mudar a frequência de alimentação também altera as perdas do motor. Em baixas velocidades, a ventilação natural diminui, o que pode levar a aquecimento. Além disso, o inversor gera harmônicos na tensão e na corrente, o que pode aumentar perdas no ferro (perdas por histerese e correntes de Foucault) e no cobre, além de gerar vibração e ruído acústico.
Resposta
- A velocidade síncrona
varia proporcionalmente à frequência . - Mantendo
constante, obtém-se torque constante até a frequência base. - Acima da frequência base, o motor entra em região de potência constante e o torque disponível decai como
. - O controle de frequência permite acelerações suaves e ajuste preciso da velocidade, mas exige controle mais sofisticado em baixas velocidades.
- Em baixas frequências, a ventilação do motor diminui, podendo haver sobreaquecimento.
- A presença de harmônicos do inversor causa maiores perdas no ferro e no cobre, além de aumentar vibração e ruído.