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 p é o número de polos, temos
n_s = \frac{120\,f}{p}
onde n_s está em rotações por minuto (rpm) e f em hertz. Logo, ao reduzir ou aumentar f, reduzimos ou aumentamos n_s na mesma proporção.

Passo 3

Para não alterar o fluxo magnético no entreferro, o inversor ajusta simultaneamente a tensão de saída V de modo que a razão V/f permaneça aproximadamente constante. Isso evita saturação ou falta de fluxo e mantém o torque de carga controlável.

Passo 4

Ao manter V/f 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 f, o fluxo cai e o motor passa para a região de potência constante, em que o torque decai inversamente com a frequência.

Passo 5

No domínio dinâmico, o controle de frequência permite acelerar ou desacelerar o motor de forma suave e precisa, ajustando f 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 n_s varia proporcionalmente à frequência f.
  • Mantendo V/f 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 1/f.
  • 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.

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