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ACIONAMENTOS ELÉTRICOSACIONAMENTOS ELÉTRICOS
ACIONAMENTO DEACIONAMENTO DE
MOTORES ELÉTRICOSMOTORES ELÉTRICOS
Au to r ( a ) : D r. Ed e r s o n Pa u l o Vo g e l
R ev i s o r : A n a C a m i l a F. M a m e d e
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Introdução
Olá, estudante! Tudo bem?
Iniciaremos nossa jornada demonstrando o que é e como funciona o
acionamento de motores elétricos. Há muitas razões para a utilização de
dispositivos para o controle de velocidade dos motores. Para isso, você verá,
neste estudo, conceitualmente o que são os inversores de frequência, sua
aplicação e análise do funcionamento nessas máquinas elétricas. Será
abordada também a contextualização da partida soft-starter e sua aplicação,
principalmente no âmbito industrial, bem como serão estudados os conceitos
de modulação Pulse Width Modulation (PWM), com destaque para sua
utilização e importância no acionamento de motores elétricos de indução.
Bons estudos!
Inversores de
Frequência
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Os motores de indução de gaiola de esquilo, segundo Petruzella (2013), são
considerados os motores do tipo trifásico de maior aplicação na indústria e
no comércio. Dessa forma, observa-se que o método de maior utilização para
alterar a velocidade nesse tipo de motor de indução refere-se à variação da
frequência de tensão de alimentação, cujo nome mais adequado para o
sistema é Variable Frequency Drive (VFD). Em outras literaturas, utilizam-se
outros nomes, como: Adjustable Speed Drive (ASD), Adjustable Frequency
Drive (AFD), Variable Speed Drive (VSD) e Frequency Converter (FC).
Há dois tipos anteriores de unidades de circuitos simpli�cados de um
inversor, conforme vemos na interação a seguir.
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O inversor de frequência tem o objetivo de controle da velocidade, do torque e
do sentido de rotação do motor de indução trifásico de corrente alternada
(CA). Como a alimentação CA de tensão é uma frequência �xa, o inversor é
capaz de converter em uma mesma tensão de saída CA, porém variar a
frequência. Esse sistema tem blocos de controle e podemos observá-los no
infográ�co a seguir.
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Fonte: Petruzella (2013, p. 305).
#PraCegoVer: o infográ�co ilustra um diagrama de blocos de inversor de
frequência. Na parte superior central da imagem, o equipamento controlador que
contém os blocos internamente, demonstrados na sequência logo abaixo: à
esquerda, a representação senoidal de uma tensão CA trifásica, seguindo no
sentido da esquerda para a direita, para o bloco conversor, que se trata de um
reti�cador de onda completa que converte a tensão CA aplicada em CC,
posteriormente para o bloco de barramento CC, que é o responsável por conectar
a saída do reti�cador na entrada do inversor, que recebe uma tensão CC �ltrada a
partir do barramento CC e a converte em uma forma de onda CC em pulsos.
Dessa forma, acionando a saída deste inversor, é observado que a forma de onda
CC pulsante é capaz de simular uma forma de onda CA, com variadas
frequências. Funciona como um �ltro capaz de suavizar a saída considerada
irregular e com determinada ondulação. Diante disso, o barramento CC garante
que a saída reti�cada seja semelhante à tensão CC, o inversor e, por último,
conectando ao motor trifásico. Abaixo dessa relação de blocos, está conectado,
no conversor e no inversor, o bloco de lógica de acionamento, o que gera os
pulsos necessários para possibilitar o controle de disparo dos dispositivos
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semicondutores de potência, como SCRs e transistores. Este se refere a um
circuito de acionamento extremamente complexo, responsável por coordenar a
comutação desses dispositivos de potência, normalmente por uma placa de
acionamento que determina, em sequência lógica correta, o disparo desses
componentes de potência por meio de um microprocessador incorporado. Acima
dos blocos, consta a forma de onda resultante, sequencialmente iniciando por
onda completa CC, onda CC �ltrada e onda CA simulada. Constam também as
descrições de cada item. Primeiramente o Conversor: “trata-se de um reti�cador
de onda completa que converte a tensão CA aplicada em CC”. Depois o
Barramento CC: “é o responsável por conectar a saída do reti�cador na entrada do
inversor. Funciona como um �ltro capaz de suavizar a saída considerada irregular
e com determinada ondulação. Diante disso, o barramento CC garante que a
saída reti�cada seja semelhante à tensão CC”. E o Inversor: “recebe uma tensão
CC �ltrada a partir do barramento CC e a converte em uma forma de onda CC em
pulsos. Dessa forma, acionando a saída deste inversor, é observado que a forma
de onda CC pulsante é capaz de simular uma forma de onda CA, com variadas
frequências”. Também há a explicação da Lógica de acionamento: “gera os
pulsos necessários para possibilitar o controle de disparo dos dispositivos
semicondutores de potência, como SCRs e transistores. Este refere-se a um
circuito de acionamento extremamente complexo, responsável por coordenar a
comutação desses dispositivos de potência, normalmente por meio de uma placa
de acionamento que determina em sequência lógica correta o disparo desses
componentes de potência por meio de um microprocessador incorporado”.
Em uma quantidade expressiva de situações, o conversor tem a con�guração
de um reti�cador de onda completa em ponte trifásico. Entre as vantagens da
utilização de um inversor de frequência, podemos citar a capacidade de
acionamento a partir de uma fonte monofásica de um motor trifásico.
Fundamental neste processo é a reti�cação de uma entrada CA em
uma saída CC. Neste ponto da reti�cação, a tensão CC não tem
características de fase; o inversor de frequência simplesmente
produz uma forma de onda de tensão CC pulsante. A unidade
inverte a forma de onda CC em três diferentes desenhos de forma
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de onda moduladas por largura de pulso que reproduzem a forma
de onda CA trifásica (PETRUZELLA, 2013, p. 305).
Na Figura 4.1 a seguir são ilustradas “as conexões trifásica e monofásica na
entrada do conversor. Os níveis de tensão CA de entrada, diferentes dos
necessários para acionar o motor, requerem que a seção do conversor
aumente ou diminua a tensão para o nível de operação adequado do motor”
(PETRUZELLA, 2013, p. 306).
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Figura 4.1  - Conexões de entrada de conversores trifásicos e monofásicos
Fonte: Petruzella (2013, p. 306).
#PraCegoVer: a imagem ilustra, à esquerda, um “Conversor trifásico”, contendo
seis componentes semicondutores, representados por triângulos equiláteros,
para a reti�cação da onda, todos posicionados para a saída voltada para cima,
conectados entre si (a saída dos três na parte inferior na entrada dos três, na
parte superior), onde se lê “Para o barramento CC” e se vê uma seta apontando
para a direita, com osinal de positivo (+) junto à sua extremidade. A tensão de
230 V está representada por três linhas, ilustrando as fases do sistema trifásico,
conectados na ligação dos componentes, e encontra-se entre as duas �las de
semicondutores. Abaixo da �la inferior de semicondutores, sai uma linha
horizontal à direita, e em sua extremidade, vemos um sinal de negativo (-). À
direita, a imagem ilustra um “Conversor monofásico”. Vemos um transformador
115 V para 230 V, seguido de um reti�cador de onda completa (quatro
componentes semicondutores, descrevendo a saída para o barramento CC). Os
transformadores são representados por linhas semi-onduladas e os
semicondutores do reti�cador, por triângulos equiláteros. Ao lado direito do
reti�cador, sai uma pequena linha horizontal, e em sua extremidade, vemos o
sinal de positivo (+). Acima, lemos “Para o barramento CC”. Ao lado esquerdo do
reti�cador, sai uma pequena linha horizontal à esquerda, que logo dobra para a
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parte de baixo, indo novamente em direção à direita. Em sua extremidade, vemos
o sinal de negativo (-).
No exemplo da Figura 4.1, uma unidade de alimentação de 115 V em CA
resulta em uma saída de 230 V CA.
O inversor de frequência oferece uma alternativa a outras formas de
conversão de potência em áreas onde a alimentação trifásica não
está disponível. Como converte a alimentação CA em CC, o inversor
de frequência não se importa se sua fonte é monofásica ou
trifásica. Independentemente da alimentação de entrada, sua saída
sempre será trifásica. No entanto, o dimensionamento da unidade é
um fator, visto que ela deve ser capaz de reti�car uma fonte
monofásica de corrente maior. Como regra, a maioria dos
fabricantes recomenda a duplicação da capacidade trifásica normal
de uma unidade que vai operar em uma entrada monofásica. A
operação monofásica é limitada aos motores de menor potência.
Alguns fabricantes oferecem modelos apenas para entrada
monofásica e outros que são especi�cados para entrada
monofásica e trifásica (PETRUZELLA, 2013, p. 306).
Após a reti�cação de onda completa da alimentação CA no inversor de
frequência, a saída CC passa por um barramento CC. É descrito que o
principal elemento de armazenamento de energia são os capacitores do
barramento. Sendo assim, uma ondulação que não for suavizada na saída,
resultará em uma distorção na forma de onda de saída do motor. Grande
parte dos fabricantes desses equipamentos inversores de frequência fornece
um terminal especial para medição de tensão no barramento CC.
A Figura 4.2 mostra um diagrama simpli�cado das três seções de um inversor
de frequência.
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Figura 4.2  - As três seções de um inversor de frequência
Fonte: Petruzella (2013, p. 307).
#PraCegoVer: a imagem ilustra, à esquerda, um conversor trifásico, contendo
seis componentes semicondutores para a reti�cação da onda, todos
posicionados para a saída voltada para cima, conectados entre si (a saída dos
três na parte inferior na entrada dos três, na parte superior). As fases deste
circuito trifásico estão representadas por três linhas, L1, L2 e L3, conectadas na
ligação dos componentes. Na sequência da imagem, a ilustração do barramento
CC, seguindo para o inversor que contém seis componentes semicondutores
constando ao motor trifásico. Abaixo da representação do motor trifásico, a
forma de onda da tensão de saída.
A lógica de acionamento e a seção do inversor, segundo Petruzella (2013),
têm a �nalidade do controle de frequência e tensão da saída de um motor. A
lógica de acionamento utiliza um microcontrolador, responsável por ligar e
desligar esses transistores no momento programado para a função. Portanto,
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como citado anteriormente, o principal objetivo de um inversor de frequência
é realizar a variação da velocidade do motor ao qual está conectado esse
sistema, fornecendo uma saída em CA semelhante a uma senoide.
Para que o inversor de frequência possa ser utilizado da maneira mais
adequada possível, é importante que sejam observadas suas características.
Dessa forma, abordaremos os seguintes aspectos, segundo Petruzella
(2013).
1) A instalação de um inversor de frequência e parâmetros de programação,
quando bem planejada, pode mitigar uma série de problemas no sistema.
Importante observar as instruções do fabricante no processo de instalação
de um inversor de frequência.
2) A seleção da unidade de acionamento é de grande relevância, levando em
consideração as características da carga para o trabalho operacional do
motor.
3) O reator de linha e de carga, segundo Petruzella (2013, p. 313) é
um reator de um inversor de frequência ou, em outras palavras, é
um indutor instalado na entrada ou na saída da unidade de
acionamento. Esses reatores de linha estabilizam a forma de onda
da corrente de entrada do inversor de frequência, resultando em
uma redução de distorções harmônicas e sobrecarga em
equipamentos elétricos a montante do sistema.
Cargas de torque constante exigem um motor de torque,
tornando-se essencial para cargas com atrito.
 
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Ao absorver os picos de tensão de linha, os reatores de linha e de carga
evitam problemas de sobretensão e subtensão. Um reator de carga resulta no
aumento da vida útil do motor.
4) A localização é observada pela consideração relevante na instalação de
inversores de frequência, em que existe um efeito no desempenho da unidade
de acionamento e na con�abilidade do sistema. As considerações de
localização podem ser resumidas das seguintes formas.
• Posição da unidade de acionamento próxima ao motor. Um
comprimento excessivo de cabo entre o inversor de frequência e o
motor resulta em picos de tensão muito elevados nos terminais do
motor;
• O invólucro da unidade de acionamento deve ser bem ventilado ou
em posição de clima controlado. O excesso de calor dani�ca os
componentes do inversor de frequência ao longo do tempo;
• Locais úmidos, corrosivos e com poeira, vibração constante e luz
solar direta não são considerados adequados;
• O local deve ter uma iluminação adequada e um espaço de
trabalho su�ciente para realizar a manutenção na unidade de
acionamento;
• Relacionado aos painéis, devem ser instalados em um local
adequado, devem ter uma especi�cação NEMA adequada ao nível
de proteção para o ambiente (PETRUZELLA, 2013, p. 313).
5) As técnicas de montagem são os inversores de frequência de pequeno
porte e devem ser instaladas em ranhuras ou em trilhos chamados DIN, pois
os grampos de �xação desses trilhos, construídos nas aletas do dissipador
de calor, facilitam a montagem.
Na Figura 4.3 é ilustrada uma imagem desse tipo de técnica utilizada.
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Figura 4.3 - Técnica de montagem de um inversor de frequência
Fonte: Petruzella (2013, p. 314).
#PraCegoVer: a imagem ilustra a demonstração de um trilho DIN com o grampo
de �xação. É demonstrada a existência de um dispositivo que possui dois
encaixes na parte inferior, cuja imagem ilustra ambos os pontos de �xação no
referido trilho.
Os inversores de frequência maiores têm um orifício de montagem para
acomodar prendedores individuais. O método de �xação necessita permitir o
�uxo livre de ar por meio do dissipador de calor.
6) A interface com o operador de um inversor de frequência disponibiliza ao
operador iniciar e parar o motor, bem como “ajustar a velocidade de operação.
Funçõesde acionamento adicionais têm a possibilidade de inversão e
comutação entre velocidade, manual e automática, partindo de um sinal de
acionamento de processo externo” (PETRUZELLA, 2013, p. 314).
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Uma porta de comunicação está normalmente disponível para
permitir que o inversor de frequência seja con�gurado, ajustado,
monitorado e controlado usando um computador pessoal (PC). Um
software baseado em PC oferece uma maior �exibilidade, pois
informações mais detalhadas sobre os parâmetros da unidade de
acionamento podem ser visualizadas simultaneamente no monitor.
Os modos de operação incluem PROGRAM, MONITOR e RUN. Os
dados acessíveis em tempo real são: frequência de saída, tensão de
saída, corrente de saída, rotações do motor, potência do motor,
tensão do barramento CC, de�nições de parâmetros, falhas e
interferência eletromagnética (PETRUZELLA, 2013, p. 314).
7) A interferência eletromagnética (EMI), também chamada ruído elétrico, é
caracterizada por um tipo de variação de sinais oriundos de equipamentos
elétricos e eletrônicos. É importante observar que a alta velocidade de
comutação pode resultar em uma geração de EMI expressiva.
8) O aterramento instalado de forma adequada tem uma importante função
na qualidade e na con�abilidade da operação de qualquer tipo de sistema
elétrico, não sendo diferente no sistema inversor de frequência.
9) O contator de desvio, também chamado bypass, é considerado um backup
em uma possível falha no sistema de acionamento do inversor de frequência.
Também é muito utilizado em uma manutenção de emergência.
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A evolução da tecnologia das unidades de acionamento em CA para os
variados tipos de inversores de frequência permitiu, por exemplo, que
unidades mais recentes com maior funcionalidade fossem produzidas. A
maioria dos inversores de frequência fabricados são unidades com
modulação por largura de pulso, chamados PWM, que convertem a linha de
alimentação da frequência de 60 Hz (frequência- padrão do sistema elétrico
de potência brasileiro) em CC, pulsando a tensão de saída durante períodos
distintos e resultando em uma similaridade de uma CA na frequência
desejada.
Conhecimento
Teste seus Conhecimentos
(Atividade não pontuada)
O inversor de frequência é responsável por controlar a velocidade, o torque
e o sentido de rotação do motor de indução trifásico de corrente alternada
Inversor de frequência
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(CA). Como a alimentação de CA de tensão é uma frequência �xa, o inversor
tem como objetivo entregar ao motor essa mesma tensão alternada ao
motor, porém variando a frequência e, posteriormente, a velocidade de
operação. Esse sistema tem blocos principais de controle.
Marque a alternativa que descreve quais são esses blocos de controle,
explicando brevemente a �nalidade de cada um.
a) Conversor refere-se a um reti�cador de onda completa que
converte tensão CA em CC;  barramento CC é responsável pela
conexão da saída do reti�cador na entrada do inversor, cuja saída é
reti�cada; inversor recebe a tensão CC e converte para uma forma
de onda CC em pulsos, simulando uma onda CA com variadas
frequências; e lógica de acionamento  é responsável por gerar os
pulsos necessários para possibilitar o controle de disparo dos
dispositivos semicondutores de potência, como SCRs e transistores.
b) Inversor refere-se a um reti�cador de onda completa que
converte tensão CC em CA; barramento CA é responsável pela
conexão da saída do reti�cador na entrada do inversor, cuja saída é
senoidal; e conversor, que recebe a tensão CC e converte para uma
forma de onda CC em pulsos, simulando uma onda CA com variadas
frequências.
c) Lógica de acionamento refere-se a um reti�cador de onda
completa que converte tensão CC em CA; inversor CA é responsável
pela conexão da saída do reti�cador na entrada do inversor, cuja
saída é senoidal; e inversor CC, que recebe a tensão CA e converte
para uma forma de onda CA em pulsos, com variadas frequências.
d) Conversor refere-se a um reti�cador de onda completa que
converte corrente CA em CC; barramento CA é responsável pela
conexão da saída do reti�cador na entrada do inversor; inversor CA
recebe a tensão CA e converte para uma forma de onda CC em
pulsos; e lógica de interface com o operador é responsável por
gerar os pulsos necessários para possibilitar o controle de disparo
dos dispositivos semicondutores de potência.
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e) Inversor refere-se a um reti�cador de onda completa que
converte corrente CA em CC; barramento CC é responsável pela
conexão da saída do reti�cador na entrada do inversor; conversor de
aterramento recebe a tensão CC e aterra o sistema e lógica de
alimentação é responsável alimentar o sistema de saída de onda
reti�cada.
Os dispositivos de partida que usam PWM como esquema têm diferentes
níveis de performance baseados em algoritmos de controle, segundo Franchi
(2009) e Petruzella (2013). Há quatro tipos básicos de controle largamente
utilizados, mas nesta unidade, falaremos de apenas dois: escalar e vetorial.
Vejamos.
1. Escalar (volts/Hz) é o controle V/Hz, um método básico que provê
uma frequência variável para aplicações como ventiladores e bombas.
Proporciona um controle razoável de velocidade de torque a um
baixo custo. O controle vetorial sensorless fornece melhor regulação
Controle Escalar
versus Vetorial
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de velocidade e tem a capacidade de produzir alto torque de partida.
O controle de �uxo vetorial possibilita mais precisão de torque e
velocidade com resposta dinâmica. O controle orientado de campo
permite manter velocidade e torque disponíveis para motores CA
fornecendo performance de um motor de corrente contínua para
motores em CA (FRANCHI, 2009, p. 72).
Também chamado volts/hertz, ele baseia-se no conceito original do
conversor de frequência e impõe ao motor uma determinada
tensão/frequência, visando mantê-la constante, como traz Franchi (2009).
Esse tipo de controle é aplicado quando não há necessidade de respostas
rápidas a comandos de torque e de velocidade, cujo comportamento é
ilustrado na Figura 4.4.
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Figura 4.4  - Grá�co tensão x frequência
Fonte: Franchi (2009, p. 72).
#PraCegoVer: a imagem ilustra um grá�co que mostra a relação tensão, no eixo y
(Volts), e frequência, no eixo x (Hz). Os valores de tensão no eixo y são
representados, do ponto zero para cima, por 110, 220, 330 e 440 volts; os valores
de frequência no eixo x, são representados, do ponto zero para a direita, por 15,
30, 45 e 60 Hz. O resultado apresenta uma linha inclinada em 45 graus,
direcionada para cima, no quadrante superior direito, com origem no ponto zero,
�nalizando em 440 volts com 60 Hertz.
Para o controle escalar, a forma mais simples é a apresentada em volt/Hertz
e que usa a referência de velocidade por meio de uma fonte externa. Para
manter uma razão constante V/Hz, pode-se controlar a velocidade do motor.
Tipicamente, o bloco de limite de corrente monitora a corrente do motor,
alterando-a quando excede um valor predeterminado.
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realizar as seguintes tarefas: medir a corrente atual contra
sobrecarga para proteção do motor, fornecer a proteção para os
componentes de eletrônica e fornecer um limite de corrente. O
sistema de controle reduz a frequência de comando quando a
corrente excede um valor predeterminado. Geralmente o limite de
corrente é ajustado para 150% da corrente nominal do motor. O
bloco V/Hz converte o comando de corrente em uma razão V/Hz. A
razão entre tensão e frequência é mantida constante em todas as
etapas de controle. Um outro ponto importante é o ajuste das taxas
de variação desses dois valores que determinam a aceleração do
motor. A tensão e a frequência de base para essa razão são
retiradas dos dados de placa do motor (FRANCHI, 2009, p. 73).
Com relação ao controle escalar aplicado a um inversor de frequência,
segundo Franchi (2009), podemos salientar que esse tipo de controle
representa um custo menor em relação ao vetorial. O controle escalar é
utilizado em aplicações mais simples, que não requerem grandes acelerações
e frenagens e/ou elevada precisão nem controle de torque. Tem uma precisão
“de até 0,5% da rotação nominal para sistemas sem variação de carga, e de
3% a 5% com variação de carga de 0 a 100% do torque nominal” (FRANCHI,
2009, p. 76).
Esse tipo de controle é realizado em malha aberta e a precisão da
velocidade é função do escorregamento do motor. Esse controle
não é indicado para motores que rodam a baixas velocidades
(abaixo de 5 Hz), pois o torque em baixas velocidades é geralmente
pequeno porque a queda de tensão afeta signi�cativamente a
magnitude da corrente de produção de �uxo. Muitos inversores de
frequência incluem um torque extra de partida, que permite que a
relação V/F seja aumentada na partida para aumentar o �uxo e,
consequentemente, o torque de partida (FRANCHI, 2009, p. 76).
Dessa forma, segundo Franchi (2009), existem modelos de inversores de
frequência para utilização em situações especiais, tais como para compensar
o escorregamento e o boost de tensão. Este, por sua vez, é responsável pelo
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aumento da relação de tensão e frequência, que busca a compensação do
valor da queda de tensão na resistência estatórica.
2. Controle vetorial para inversores de frequência é disponibilizado por
grandes fabricantes desde meados da década de 1980, segundo
a�rma Franchi (2009). A técnica do controle vetorial ocorreu devido a
avanços realizados na eletrônica de potência e microcontroladores. O
avanço de técnicas de controle permitiu que as estruturas de comando
do sistema pudessem atender às so�sticadas solicitações de controle
de velocidade, respostas rápidas e alta precisão.
O controle vetorial é recomendado em aplicações em que são
necessárias alta performance dinâmica, respostas rápidas e alta
precisão de regulação de velocidade. É recomendável que o motor
forneça um controle preciso de torque para uma faixa extensa de
condições de operação. As máquinas de corrente contínua com
sistemas de controle em malha fechada já atendiam a essas
solicitações e, no acionamento em potência, tinham total domínio.
Com a crescente evolução da eletrônica de potência, a aplicação de
motores de corrente contínua vem sendo reduzida drasticamente
(FRANCHI, 2009, p. 78).
Os conversores de frequência com controle vetorial utilizados em motores de
indução trifásicos podem ser descritos como: princípios do motor de corrente
contínua e princípios do controle vetorial. Entre as características do controle
vetorial, podemos descrever os controles vetoriais em malha aberta e
fechada (com realimentação).
Controle vetorial malha aberta (sensorless)
Este tipo é mais simples que o controle com sensor, porém apresenta
limitações de torque, principalmente em baixíssimas rotações, segundo
Franchi (2009). Em velocidades maiores, é melhor que o controle vetorial com
realimentação. Esse inversor tem um grau de desempenho menor que o
anterior, porém superior ao inversor V/F.
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O controle vetorial sensorless, assim como V/Hz, continua a operar
como um dispositivo de controle de frequência com a
compensação do escorregamento, mantendo a velocidade atual do
motor próxima da desejada. O bloco estimador de torque de
corrente determina o percentual de corrente que está em fase com
a tensão, provendo um torque aproximado de corrente. Ele é
utilizado para estimar o valor de escorregamento, provendo melhor
controle de velocidade sobre a carga (FRANCHI, 2009, p. 86).
Esse tipo de controle é melhor se comparado com o controle escalar. O
ângulo de tensão do motor controla a quantidade de corrente que vai para o
�uxo do motor habilitado pelo estimador de torque de corrente. Por meio do
controle desse ângulo, a operação em baixas velocidades e controle de
torque é aperfeiçoada com relação ao V/Hz.
Com realimentação
As realimentações são feitas por sensores de corrente e sensores de posição
(encoders). O controle é realizado pelo desacoplamento da corrente do
estator em duas componentes, uma que produz torque e outra que produz
�uxo no entreferro. O diagrama de blocos de controle para um inversor de
frequência de alta performance é um controle em cascata de malha fechada
com malhas de controle de velocidade e de torque, sendo a malha de controle
de velocidade responsável por controlar a frequência de saída, proporcional à
velocidade.
A malha de torque controla a corrente de entrada no motor que é
proporcional ao torque. O comando de referência de velocidade é
dado a partir do usuário, sendo o valor inserido em um comparador
que fornece o controle para o regulador de velocidade. O sinal de
diferença entre a velocidade desejada e atual toma-se o setpoint
para o controlador. Esse sinal é comparado com o valor de corrente
do motor e determina se o motor necessita ser acelerado ou
desacelerado. Existe uma malha de controle separada para o �uxo
de corrente regulador. Finalmente o sinal é enviado para a seção de
controle PWM, que controla os IGBTs de forma que a tensão e a
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frequência desejadas sejam geradas para a saída de acordo com o
algoritmo do PWM (FRANCHI, 2009, p 87).
Esse controle fornece as seguintes vantagens, conforme cita Franchi (2009,
p. 87): “elevada precisão de regulação de velocidade; alta performance
dinâmica; controle de torque linear para aplicações de posição ou de tração;
operação suave em baixa velocidade e sem oscilações de torque, mesmo
com variação de carga”.
Segundo salienta Franchi (2009), as curvas características de corrente
elétrica em relação à velocidade, bem como a de torque em relação à
velocidade desse motor de indução, se tornam semelhantes quando o torque
se aproxima e supera 150% da operação nominal desse motor.
Assim, o torque e a velocidade têm um comportamento linear com a corrente,
conforme ilustrado na Figura 4.5.
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Figura 4.5  - Curvas características de corrente versus velocidade e torque
versus velocidade
Fonte: Franchi (2009, p. 88).
#PraCegoVer: a imagem ilustra um grá�co de corrente versus velocidade e torque
versus velocidade. No grá�co são descritos os valores de corrente de 500% a
600% e de torque, de 100% e 200%, ambos em dois eixos y; no eixo x, a
representação do percentual de velocidade é até 100%. Portanto, o grá�co
representa uma linha de torque de partida. Vemos uma seta apontando para a
direita, representando o eixo horizontal, onde lemos % Velocidade e, perto de sua
extremidade, vemoso número 100. Do eixo horizontal x, um pouco depois do
ponto zero, vemos duas setas apontando para cima, que representam eixos
verticais y. No primeiro, lemos % Corrente, e, mais acima, mais perto de sua
extremidade, vemos os números 500 e 600. No segundo, de baixo para cima,
vemos o número 100; um pouco mais acima, o número 200, e, logo mais, lemos %
Torque. No quadrante superior direito, vemos uma linha de traço misto, curvada
para baixo, saindo do segundo eixo y, do ponto onde aparecem os números 500 e
600 do primeiro eixo y; ao seu lado, lemos “torque máximo”. Ainda, do segundo
eixo y, vemos sair uma linha tracejada horizontal, do ponto onde está o número
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100, à direita, a qual se dobra, para baixo, encostando no eixo x, onde está o ponto
com o número 100. Do segundo eixo, entre os números 100 e 200 também sai
uma linha tracejada horizontal, à direita, a qual encosta em um traço vertical, o
qual está posicionado no início do número 100, no eixo x. Ao término do número
100, vemos outro traço vertical. Ao lado de ambos os traços, lemos “torque
intermitente 150%” e “torque e corrente nominal”. Voltando ao segundo eixo y, um
pouco acima do ponto onde está o número 200, vemos sair uma linha um pouco
mais espessa, a qual se curva um pouco para baixo, volta-se para cima e
novamente tem seu curso direcionado para baixo, encostando no eixo x, onde
encontra-se o segundo traço vertical, ao �nal do número 100. Acima dessa linha
podemos ler “torque de partida”, e abaixo dela, lemos “torque mínimo”.
A curva torque x velocidade ilustra a relação entre o torque desenvolvido pelo
motor e sua rotação, como descrito por Franchi (2009).
No momento da partida, quando o motor é ligado diretamente à
rede, o torque será de aproximadamente 2 a 2,5 vezes o torque
nominal, sendo reduzido à medida que a velocidade aumenta, até
atingir um valor de 1,5 a 1,7 do torque nominal a aproximadamente
30% da velocidade nominal. À medida que a velocidade aumenta, o
torque amplia-se novamente até atingir o seu valor máximo (80% da
velocidade nominal), chegando a seu valor nominal na velocidade
nominal (FRANCHI, 2009, p 88).
A curva corrente x velocidade é a tracejada, que ilustra a relação entre a
corrente consumida pelo motor em função da velocidade.
Na partida, quando o motor é ligado diretamente à rede, a corrente
que circula por ele será cinco a seis vezes maior que a corrente
nominal, sendo reduzida à medida que a velocidade aumenta, até
atingir um valor determinado pela carga acoplada ao motor se for
aplicada a carga nominal ao motor; a corrente absorvida por ele
também será a nominal (FRANCHI, 2009, p 88).
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Quando o motor é alimentado por um inversor de frequência, as curvas
características de torque versus velocidade são alteradas, conforme
demonstrado na Figura 4.6.
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Figura 4.6  - Curva torque versus velocidade para motor com diferentes
velocidades
Fonte: Franchi (2009, p. 89).
#PraCegoVer: a imagem ilustra um grá�co de percentual de torque versus
velocidade, dada em frequência e rotações por minuto. O percentual de torque, no
eixo y, vai de zero a 200%; no eixo x, da frequência, são demarcados três
diferentes valores: 30 Hertz 900 rpm, 60 Hertz 1.800 rpm e 90 Hertz 2.700 rpm.
Constam três linhas em cada um desses valores de frequência/velocidade. No
eixo vertical y, vemos os pontos 100 e 200, e, mais acima, mais perto de sua
extremidade, lemos “% torque”. No eixo horizontal x. vemos três pontos.
Localizado mais ou menos na metade do eixo, da esquerda para a direita, o
primeiro é o ponto 30 Hz, 900 rpm; o segundo, o ponto 60 Hz, 1800 rpm; o terceiro
e último ponto, é o 90 Hz, 2700 rpm, perto de sua extremidade. Voltando ao eixo y,
entre os pontos 100 e 200, onde seria o ponto 150, sai uma linha horizontal
tracejada, à direita. Acima dessa linha, lemos “torque intermitente 50%”. Dos
pontos localizados no eixo x, saem linhas um pouco mais espessas, de cada um
dos referidos pontos, direcionadas para cima e um pouco curvadas à esquerda.
Na altura do ponto 100, do eixo y, saem linhas tracejadas dessas linhas curvas
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mais espessas, direcionadas para baixo, ultrapassando o eixo x. Na primeira
delas, lemos “torque nominal”. Abaixo do eixo x, onde o �nal das linhas tracejadas
se encontram, lemos: na primeira, 850 rpm; na segunda, 1750 rpm; na terceira,
2650 rpm.
O motor do exemplo é de quatro polos, ou seja, a sua “velocidade síncrona
será de 1.800 rpm e a velocidade do eixo, com carga nominal, será 1.750 rpm.
Podemos ver que, com o motor com carga nominal, existe uma diferença de
50 rpm” devido ao escorregamento (FRANCHI, 2009, p. 89).
Da mesma forma, para uma frequência de alimentação de 30 Hz, a
velocidade síncrona será de 900 rpm para o torque nominal, sendo o
escorregamento 50 rpm, e a velocidade do motor de 850 rpm. No
acionamento de motores com inversores de frequência,
observamos que a corrente de partida é praticamente da ordem da
corrente nominal, e alimentando o motor a partir de 3 ou 4 Hz,
podemos obter no rotor um torque de 150% do nominal, su�ciente
para acionar qualquer carga acoplada ao motor (FRANCHI, 2009, p
88).
Portanto as principais diferenças entre os controles vetorial e escalar “são
que o controle escalar só considera as amplitudes das grandezas elétricas
instantâneas, referindo-as ao estator; e seu equacionamento baseia-se no
circuito equivalente do motor, ou seja, são equações de regime permanente”
(FRANCHI, 2009, p. 90).
No entanto, como traz Franchi (2009, p. 90), o controle “vetorial admite a
representação das grandezas elétricas instantâneas, baseando-se nas
equações espaciais dinâmicas da máquina, com as grandezas referidas ao
�uxo enlaçado pelo rotor; ou seja, o motor de indução é visto pelo controle
vetorial como um motor” de corrente contínua, havendo regulação
independente para torque e �uxo.
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Também é importante destacar que há desvantagens na utilização de
inversores de frequência com controles do tipo vetorial, conforme vemos a
seguir.
1. conteúdo do item 1: Eu mi bibendum neque egestas congue
quisque egestas diam in.
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O controle vetorial tem maior complexidade e custo de implementação em
comparação com um controle com um conversor CA/CC.
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2. conteúdo do item 2: Eu mi bibendum neque egestas congue
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3. conteúdo do item 3: Eu mi bibendum neque egestas congue
quisque egestas diam in.
Controladores de velocidade e inversores: os inversores modernos utilizam
como chave de potência os elementos de chaveamentos descritos como
GTOs, para potências superiores de 1 MW, e IGBTs ou MOSFETs, para
potências inferiores. Importante trazer o histórico de que os inversores mais
antigos empregavam técnicas com a aplicação de componentes SCR com
bloqueio de circuitos ressonantes (ARRABAÇA; GIMENEZ, 2016).
Esse tipo de partida de motor elétrico de indução trifásico, conforme descrito
nesta seção, somente pode ser utilizado em motores com a possibilidade de
alimentação em duas tensões distintas, sendo a menor correspondente à
tensão de alimentação e a maior, com valor de , superior à tensão da rede
de distribuição de energia elétrica.Conhecimento
Teste seus Conhecimentos
(Atividade não pontuada)
Para o controle e os ajustes de velocidade dos motores elétricos de indução,
a aplicação do PWM se torna e�ciente e, em muitas vezes, o sistema se
torna capaz de atingir o resultado nos objetivos almejados, relacionado à
produção para um determinado processo. Dessa forma, existem quatro
3
–√
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tipos básicos de controles para aplicação dessa técnica: escalar, vetorial, de
�uxo vetorial e de campo orientado.
Dessa forma, por meio de pesquisas na bibliogra�a, marque a alternativa
que descreve o motivo e cite onde são aplicados o controle vetorial.
a) O controle vetorial também pode ser chamado volts/Hertz. Ele se
baseia no conversor de frequência original, impondo determinada
frequência e tensão no motor, fazendo com que o �uxo do
equipamento seja constante. Portanto é recomendado para situações
com necessidade de alta performance dinâmica, respostas rápidas e
com precisão na velocidade de operação do equipamento.
b) O controle vetorial se tornou uma técnica viável a partir da
evolução da eletrônica de potência, em meados da década de 1980,
que, devido à necessidade de complexidade no controle da
velocidade de motores, o que possibilitou a geração de novas
estruturas robustas para esse �m. Portanto é recomendado para
situações com necessidade de alta performance dinâmica, respostas
rápidas e precisão na velocidade de operação do equipamento.
c) O controle vetorial não é uma técnica viável para aplicação na
eletrônica de potência, devido à necessidade de complexidade no
controle da velocidade de motores, cuja estrutura não comporta a
velocidade necessária do equipamento. Portanto é recomendado
para situações com necessidade de baixa performance dinâmica e
mínima precisão na velocidade de operação do equipamento.
d) O controle vetorial também pode ser chamado volts/Hertz, cujo
controle baseia-se em colocar o motor em frequência �xa. Essa
técnica, por sua vez, se baseia no conversor de frequência adaptado,
impondo determinada corrente e tensão no motor, fazendo com que
o �uxo do equipamento seja constante. Portanto é recomendado
para situações com necessidade de alta performance dinâmica,
respostas rápidas e com precisão na velocidade de operação do
equipamento.
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e) O controle vetorial se tornou uma técnica viável a partir da
evolução da eletrônica de potência, em meados da década de 1950,
que, devido à necessidade de complexidade no controle da corrente
elétrica de motores, o que possibilitou a geração de novas estruturas
robustas para esse �m. Portanto é recomendado para situações com
necessidade de alta performance dinâmica, porém com lentas
respostas de precisão devido ao expressivo valor de tensão e
corrente elétrica.
As partidas indiretas são técnicas utilizadas de modo a mitigar os elevados
valores de corrente de partida em máquinas elétricas rotativas. Entre as mais
usuais, podemos citar a partida por chave compensadora e as partidas
eletrônicas, tais como os inversores de frequência e os de partida suave,
chamadas soft-starters (MIYAMOTO, 2020).
O funcionamento de uma soft-starter é atribuído por meio de uma ponte
tiristorizada (componentes transistores que são semicondutores),
responsáveis pelo chaveamento da tensão, posteriormente disponibilizada
para o motor de forma crescente, aumentando gradativamente. Esse fator
Soft-starter
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resulta em uma partida suave e sem a presença da corrente de pico.
Importante destacar que o chaveamento é realizado pela ponte e controlado
por um sistema de controle e disparo (módulo de programação de
parâmetros disponibilizados pelo fabricante).
Podemos citar que os benefícios de utilização dessa partida indireta com
soft-starter são:
1. conteúdo do item 1: Eu mi bibendum neque egestas congue
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2. conteúdo do item 2: Eu mi bibendum neque egestas congue
quisque egestas diam in.
3. conteúdo do item 3: Eu mi bibendum neque egestas congue
quisque egestas diam in.
Por ser um equipamento diferenciado, quando comparado com os demais
métodos de partida de um motor elétrico de indução, o preço de uma soft-
starter pode variar de acordo com a marca e o tipo. No mercado brasileiro,
por exemplo, existem fabricantes como Siemens, Danfoss, WEG, Schneider e
outras.
 1 2 3 4 5 6 7
8
o processo de desligamento habilitado para ser realizado de forma
decrescente;
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Essas chaves de partida com soft-starters são destinadas ao comando de
motores de corrente contínua (CC) e alternada (CA), garantindo aceleração e
desaceleração progressiva, sendo possível uma adaptação da velocidade às
condições de operação.
Importante destacar que as chaves soft-starter apresentam funções
programáveis que permitem con�gurar o sistema de acionamento de um
motor de acordo com as necessidades de aplicação. O comando desses
tiristores é realizado por um microprocessador.
Relacionado à essa rampa de tensão na aceleração, as chaves de partida
estática têm um ajuste no módulo de tensão, responsável pelo torque inicial
que aciona a carga. Portanto o valor da tensão de partida deve ser
ajustado de acordo com o tipo de carga que é acionado.
Dessa forma, a utilização mais frequente da parada de um motor é a inércia,
ou seja, sua desaceleração, segundo Franchi (2013).
A utilização das soft-starters não se restringe à partida de motores de
indução, mas também pode garantir ao motor toda a proteção necessária e
seus devidos parâmetros. Dessa forma, quando uma proteção atua, é emitida
uma mensagem de erro correspondente para permitir ao usuário visualizar o
ocorrido.
VP
A soft-starter reduz a tensão de saída instantaneamente a
zero, fazendo com que o motor perca a tensão
gradativamente, de acordo com a energia cinética da carga. 
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Outro fator de extrema relevância, salientado por Franchi (2013), é que na
aplicação de soft-starters existem as formas de ligação desse sistema.
Conheça quais são.
1. conteúdo do item 1: Eu mi bibendum neque egestas congue
quisque egestas diam in.
2. conteúdo do item 2: Eu mi bibendum neque egestas congue
quisque egestas diam in.
3. conteúdo do item 3: Eu mi bibendum neque egestas congue
quisque egestas diam in.
Na Figura 4.7 a seguir são demonstradas as principais ligações descritas:
ligação direta, com contator em paralelo e com partida sequencial de vários
motores.
A sobrecorrente imediata na saída, ajustando o máximo valor
de corrente que a soft-starter permite conduzir para o motor,
em um tempo previamente de�nido.
 
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Figura 4.7 - Ligação direta (à esquerda), ligação com contator paralelo (central)
e ligação em partida sequencial de vários motores (à direita) da soft-starter
Fonte: Franchi (2013, p. 192-194).
#PraCegoVer: a imagem ilustra os diagramas de comando direto, com contador
paralelo e com ligação sequencial para vários motores, da soft-starter. Na �gura à
esquerda, ligação direta, o esquema é conectado à três fases, seguindo para o
contator R da rede, relé de sobrecarga K1, posteriormente aos sistemas de
proteção (F1), uma chave estática e conectando-se ao motor; na �gura central,
ligaçãocom contator paralelo, é similar à ligação direta, porém há um fusível F1
antes do contator da rede e contador em paralelo ao fusível F2 e a chave estática.
Na �gura à direita, ligação sequencial de vários motores, são ilustradas as
conexões de dois motores, ambos conectados aos relés. Ligados à rede, há três
fusíveis, F1, F2 e F3, que, posteriormente, são conectados aos contatores K1, K2 e
K3, sendo o K1 conectado à soft-starter, seguindo para um contator K4,
posteriormente ao relé e conectado ao motor à esquerda. Com o acionamento
deste, o motor à direita, conectado ao contator K5, está conectado ao relé que,
por consequência, está conectado ao motor.
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No início de funcionamento de um motor elétrico de indução, utilizando a
partida direta, ocorre um aumento expressivo no nível de corrente elétrica que
denominamos corrente de partida ( ). Essa corrente é muito elevada,
podendo ser de oito vezes o valor da corrente nominal do motor. Esse fator
reduz a vida útil, além de prejudicar as bobinas do motor (FRANCHI, 2013).
Portanto a aplicação da partida indireta pelo sistema soft-starter se torna
crucial para particularidades de funcionamento dos motores, bem como para
um aumento na sua e�ciência de operação.
Matriz soft-starter
“Os dispositivos de partida soft-starter de estado sólido limitam a corrente
elétrica e o torque de partida do motor, no momento da aplicação da tensão
em rampa que é aumentada gradualmente, durante o tempo de partida
selecionado” (PETRUZELLA, 2013, p. 251). Dessa forma, esse sistema de
ligação é utilizado em operações que requerem partida e parada suaves de
motores e máquinas acionadas. A Figura 4.8 ilustra a tensão de transição e
as curvas de corrente para soft-starters.
Ip
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Figura 4.8 - Partida suave de tensão em rampa crescente e limitação de
corrente
Fonte: Petruzella (2013, p. 251).
#PraCegoVer: a imagem ilustra a representação de dois grá�cos. O da esquerda
refere-se à tensão em rampa crescente, sendo o eixo x o tempo (dado em
segundos) e o eixo y, o percentual de tensão; é demonstrada uma linha com início
no ponto zero, inclinada para cima, tornando-se, entre 2 e 30 segundos, uma linha
horizontal (região descrita como de trabalho) ao atingir 100% da tensão. O grá�co
da direita refere-se à limitação de corrente, em que o percentual de velocidade
está no eixo x e o percentual de corrente elétrica a plena carga, no eixo y; também
há uma linha que se inicia no ponto zero, inclinada para cima, e que chega nos
450% da corrente, permanecendo neste valor até quase os 100% da velocidade,
retrocedendo no valor de 100% da corrente a plena carga quando atinge os 100%
da velocidade, sendo essa a região de trabalho.
O tempo para atingir a tensão total, segundo Petruzella (2013), pode ser
ajustável, de 2 a 30 segundos. Como observado na Figura 4.8, “não há um
grande surto de corrente quando o controlador está con�gurado
corretamente de acordo com a carga” (PETRUZELLA, 2013, p. 251). A
limitação de corrente elétrica pode ser aplicada quando se faz necessário
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limitar o valor máximo da corrente de partida, ajustando de 200% a 400% da
corrente à plena carga.
Conversão eletromecânica
Em máquinas elétricas, segundo Mohan (2015, p. 81), tais como motores, a
potência elétrica de alimentação desses equipamentos “é convertida em
potência mecânica na saída. Essas máquinas podem ser operadas
isoladamente como geradores, porém também entrar no modo de geração”
na ocorrência de desaceleração em que o �uxo de potência é invertido.
Uma máquina elétrica tem “uma parte estacionária, denominada estator, e
uma parte girante, denominada rotor, ambas separadas pelo entreferro,
permitindo ao rotor girar livremente em um eixo, apoiado em rolamentos”
(MOHAN, 2013, p. 81). Observa-se que o estator está �rmemente �xado de
maneira que não pode girar.
Em máquinas de potência de até 10 kW, o comprimento típico do entreferro é
em tomo de 1 mm. A distribuição do �uxo produzido no estator na Figura 4.9
(a) “é mostrada para uma máquina de 2 polos, em que a distribuição do �uxo
corresponde a uma combinação de um polo norte simples e um polo sul
simples” (MOHAN, 2015, p. 81).
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Figura 4.9 - Estrutura das máquinas
Fonte: Adaptada de Mohan (2015, p. 81).
#PraCegoVer: a imagem ilustra a representação de dois tipos de motores: à
esquerda, sinalizado como (a), está um motor com dois polos, demonstrando um
círculo com as posições norte (N) à esquerda, e sul (S) à direita. O motor à direita,
sinalizado como (b), é um motor de quatro polos, com representações dupla de N
nas extremidades horizontais internas do círculo (direita e esquerda), e dupla de S
nas extremidades verticais (superior e inferior).
Há máquinas com mais de dois polos, como, por exemplo, com quatro ou
seis. A distribuição de �uxo em uma máquina de quatro polos é mostrada na
Figura 4.9 (b). De acordo com Mohan (2015, p. 81), “devido à completa
simetria ao redor da periferia do entreferro, é su�ciente considerar somente
um par de polos consistindo em polos adjacentes norte e sul”. Outros pares
de polos têm particularidades semelhantes de campos magnéticos e
correntes.
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Portanto existe a de�nição de que há dois princípios que governam a
operação das máquinas elétricas que converte energia elétrica em trabalho
mecânico: uma força é produzida sobre o condutor que está conduzindo uma
corrente elétrica, quando está submetida a um campo magnético
estabelecido de forma externa, e uma força eletromotriz induzida em um
condutor, movimentando-se em um campo magnético.
A sigla PWM (Pulse Width Modulation) signi�ca modulação por largura de
pulso, conforme citado anteriormente. A técnica PWM, segundo Petruzella
(2013, p. 313), “consegue substituir outras técnicas de controle de potência,
como a técnica on-off, modulação por frequência e técnicas que utilizavam
resistores variáveis em série”.
Dessa forma, tem expressiva aplicação na eletrônica, principalmente nas
fontes chaveadas. Esse tipo de técnica é muito utilizado no controle de
velocidade de motores controle de servomecanismos, entre outros. Vejamos
mais sobre o PWM.
Inversores de
Frequência (PWM)
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Funcionamento do PWM
Em uma contextualização básica, o funcionamento se assemelha a uma
chave que liga e desliga um circuito: em um circuito ligado, a potência no
sistema é máxima; em um circuito desligado, a potência é nula.
Observe então que, se controlarmos o tempo que a chave �ca ligada e
desligada, é possível controlar o valor da potência que será aplicado à carga.
Para o funcionamento de um PWM, Petruzella (2013, p. 314) traz que,
considerando uma “[...] onda quadrada, deve-se variar a largura do pulso da
onda, o chamado duty cycle. Diante disso, dois parâmetros são usados: o
período e a largura do pulso, de�nida em percentuais”.
Moduladores PWM
Em uma implementação simpli�cada de um sistema com PWM, dois IGBTs
são colocados em série na fonte de CC e ligados e desligados para gerar uma
das três fases do motor. Assim dois circuitos similares geram as demais
fases que alimentam o motor. A Figura 4.10 ilustra essa implementação.
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Figura 4.10 - Circuito simpli�cado de um inversor PWM
Fonte: Petruzella (2013, p. 314).
#PraCegoVer: a imagem ilustra a representação de um circuito com o barramento
conectado às três fases do motor trifásico, com quatro chaves transistorizadas
Q1, Q2, Q3 e Q4. Abaixo, na sequência, uma representação grá�ca de duas formas
de onda senoidal das fases A e B, respectivamente, e uma terceira representação
de sinal de onda, sendo da Fase A para a Fase B. Na ilustração que representa o
circuito com o barramento, vemos escrito “Barramento CC” à esquerda. Ao lado
direito, vemos três linhas verticais, com a parte de cima, perto da extremidade,
levemente curvadas à esquerda. Da esquerda para a direita, elas são nominadas
de Q1, Q3 e Q5. Acima delas, há uma linha horizontal, onde, na extremidade à
esquerda, vemos um sinal de positivo (+), e na extremidade à direita, uma
pequena linha vertical que sai, direcionada para baixo. Há dois pontos nessa
linha, dos quais saem também duas pequenas linhas verticais direcionadas para
baixo. A primeira está localizada perto de Q1, e a segunda, perto de Q3. Abaixo
das linhas verticais Q1, Q3 e Q5, há também uma linha horizontal, onde, na
extremidade à esquerda, vemos um sinal de negativo (-). Há dois pontos nessa
linha, dos quais saem também duas pequenas linhas verticais direcionadas para
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cima, curvadas à esquerda em suas extremidades.A primeira está localizada
perto de Q2, e a segunda, perto de Q4. Ao �nal da linha, à direita, sai uma linha
vertical para cima, com a extremidade também voltada à esquerda, perto de Q6.
 Ao lado direito da ilustração há um círculo, e em seu interior está escrito “Motor
trifásico”. Da linha vertical Q1 sai outra linha horizontal, que se conecta ao círculo
(Fase A); da linha vertical Q3 sai também uma linha horizontal, que se conecta ao
círculo (Fase B), e, da linha vertical Q5 sai também uma pequena linha horizontal,
sendo a última que se conecta ao círculo (Fase C).
As chaves apresentadas na Figura 4.10 ilustram os transistores que são
comutados para produzir uma fase da saída trifásica. O funcionamento desse
sistema é resumido a seguir, conforme traz Petruzella (2013, p. 314).
• Durante as etapas 1 e 2, as chaves transistorizadas Q1 e Q4 são
fechadas;
• A tensão da fase A para a B é positiva;
• Durante a etapa 3, as chaves transistorizadas QI e Q3 são
fechadas;
• A diferença de tensão entre as fases A e B é igual a zero, o que
resulta em uma tensão de saída zero;
• Durante as etapas 4 e 5, as chaves transistorizadas Q2 e Q3 são
fechadas;
• Isso resulta em uma tensão negativa entre as fases A e B;
• As outras etapas continuam de forma semelhante;
• A tensão de saída é dependente do estado das chaves (abertas ou
fechadas), e a frequência é dependente da velocidade de
comutação.
Como os transistores trabalham como chaves “liga ou desliga”, a forma de
onda de tensão de saída do inversor de frequência é sempre quadrada
(FRANCHI, 2009). Para obter uma tensão de saída mais próxima da senoidal,
os transistores chaveiam modulando sua largura de pulso por meio da
técnica PWM.
Existem diversas técnicas de modulação PWM, porém uma das mais
utilizadas para o controle de chaveamento do inversor de frequência é a de
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microprocessadores com funções de controle do PWM, efetivamente
realizada pela combinação de uma onda triangular e uma senoidal,
produzindo uma forma de onda da tensão de saída, conforme ilustra a Figura
4.11.
Figura 4.11 - Geração do PWM pela combinação de uma onda triangular e uma
senoidal
Fonte: Franchi (2009, p. 66).
#PraCegoVer: a imagem ilustra a representação de dois blocos à esquerda,
sendo o superior representando o gerador de onda triangular e o inferior o
gerador de onda senoidal. À direita, a representação de uma porta lógica em
formato triangular isósceles, conectado com uma linha de cada gerador,
resultando em uma saída descrita como PWM. Acima da linha horizontal que
conecta o primeiro bloco (gerador de onda triangular) à porta lógica, vemos uma
linha horizontal em zigue-zague; já acima da linha horizontal que conecta o
segundo bloco (gerador de onda senoidal) à porta lógica, vemos uma linha
horizontal em ondas (senoidal).
O sinal triangular é a frequência de chaveamento do inversor, segundo Franchi
(2009). Sendo assim, o gerador de onda senoidal produz um sinal
determinante para a largura dos pulsos, conforme ilustrado na Figura 4.12, da
saída do gerador PWM.
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Figura 4.12 - Sinal de saída do gerador PWM
Fonte: Franchi (2009, p. 66).
#PraCegoVer: a imagem ilustra a representação de uma onda de tensão
triangular na parte superior e, na parte inferior, o sinal de onda do tipo quadrada.
Das pontas de cada quadrado formado na onda do tipo quadrada, sai uma linha
vertical tracejada, direcionada para cima. Na linha que representa a onda de
tensão triangular, vemos sobreposta uma outra linha, na horizontal, levemente
curvada para cima. Ela acompanha todo o trajeto da onda de tensão triangular.
O IGBT é chaveado por um curto período, permitindo que apenas uma parcela
ín�ma de corrente chegue até o motor. Dessa forma, o IGBT é ligado por
períodos maiores, permitindo correntes maiores no motor até que atinja a
corrente nominal.
A parcela negativa das ondas senoidais é gerada pelo chaveamento do IGBT
conectado ao valor negativo da tensão CC. Quanto maior for a onda senoidal,
maior será a corrente de saída do PWM e maior será a redução de pulsações
de torque e perdas, como pode ser observado na Figura 4.13, representando
as formas de onda de tensão e a pulsação de corrente de saída do inversor.
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Figura 4.13 - Formas de onda de tensão e de corrente na saída do inversor de
frequência
Fonte: Franchi (2009, p. 67).
#PraCegoVer: a imagem ilustra a representação de uma onda de tensão
quadrada, com pulsos na parte superior (sinal positivo) e na parte inferior (sinal
negativo); na sequência da imagem, na parte inferior, a representação da corrente
de saída do inversor de frequência, em formato senoidal, em linha seguida de
ruídos (pequenas linhas senoidais inscritas na linha senoidal principal,
resumidamente).
A tensão e a frequência são controladas eletronicamente pelo circuito de
controle. A tensão CC é modulada para produzir uma tensão e uma
frequência variáveis.
Em baixas frequências de saída, os dispositivos de chaveamento
são ligados por um curto período, sendo as tensões e as correntes
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aplicadas ao motor pequenas. Em frequências altas de saída uma
alta tensão é necessária. Os dispositivos de chaveamento são
ligados por um longo período, permitindo correntes e tensão mais
elevadas para serem aplicadas ao motor (FRANCHI, 2009, p. 68).
Observa-se que quanto maior for a frequência de chaveamento, a onda
resultante terá uma forma de melhor apresentação senoidal, mesmo com
ruído aumentado signi�cativamente. A Figura 4.14 demonstra três formas de
ondas para diferentes frequências de chaveamento.
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Figura 4.14 - Formas de onda para diferentes frequências de chaveamento
Fonte: Franchi (2009, p. 68).
#PraCegoVer: a imagem ilustra a representação de três formas de onda de
chaveamento diferentes: naparte superior esquerda da imagem, representado
uma frequência de chaveamento baixa por um sinal senoidal, onde vemos uma
linha em zigue-zague desparelho, senoidal, que inicia abaixo do eixo x, bem
próxima do ponto zero, sobe e ultrapassa o eixo, voltando para a parte inferior,
repetindo o movimento. Na parte superior à direita, outro grá�co com uma
frequência de chaveamento média, apresentando uma onda de forma senoidal
mais adequada, cujos traços do zigue-zague estão bem mais próximo e parelhos;
por último, na parte inferior central da imagem, um grá�co representando a
frequência de chaveamento alta por um sinal senoidal perfeito, que inicia abaixo
do eixo x, bem próxima do ponto zero, sobe e ultrapassa o eixo, voltando para a
parte inferior, repetindo o movimento.
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Diante da apresentação da Figura 4.14, independentemente da topologia
utilizada
[...] o princípio de funcionamento baseia-se em uma tensão CC no
circuito intermediário e devemos transformar em tensão CA para
acionar motor: foi mostrado anteriormente um circuito em blocos de
um inversor com a topologia PWM, que é a mais utilizada nos
inversores de frequência atuais. Como a tensão é �xa no diagrama,
devemos, então, chavear os transistores de saída pela modulação
de largura de pulso para obtermos uma forma de tensão CA
sintetizada e de frequência variável. Os inversores devem garantir
que a variação da tensão aplicada seja proporcional à frequência, o
que é feito pelo ajuste automático dos disparos dos transistores por
sistemas microprocessados (FRANCHI, 2013, p. 68).
Para motores de aplicação normal, não é necessário um ajuste preciso da
velocidade ou do controle do conjugado. Para casos com essa natureza, uma
precisão de velocidade de 0,5% da rotação nominal, sem variação da carga e
de 3% a 5% com variação de carga de até 100% do conjugado nominal, é
considerável muito plausível. Observa-se grande utilização de faixa de
variação da frequência pequena, entre 6 Hz e 100 Hz.
REFLITA
Um sistema de controle com inversores PWM é
capaz de realizar os ajustes de velocidade dos
motores, tanto para a tensão quanto para a
frequência, por meio da variação da largura dos
pulsos e do tempo entre eles. Com sobretensões
nos sistemas, podem ocorrer a aceleração e a
desaceleração do motor elétrico durante os
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Com o acionamento de tensão PWM, “as chaves do inversor são usadas para
dividir a forma de onda de saída senoidal simulada em uma série de pulsos
de tensão estreitos e modular a largura dos pulsos” (PETRUZELLA, 2013, p.
318). Com um dispositivo de partida CA padrão conectado à linha, tensão e
frequência de linha são aplicadas ao motor, e a velocidade depende
unicamente do número de polos do estator do motor. Em comparação, um
inversor de frequência de um motor CA fornece tensão e frequência variáveis
para o motor, o que determina a sua velocidade. Quanto maior for a
frequência fornecida ao motor, maior é sua rotação (PETRUZELLA, 2013).
Inversor de frequência
Na máquina de indução, segundo Mohan (2015), o método mais utilizado
para realizar o controle de velocidade por meio da alteração da frequência da
tensão de armadura é a aplicação de um inversor de frequência. Nele
podemos citar a presença de dois blocos: um de reti�cação, que tem um
capacitor na saída que produz um barramento de tensão contínua, e nomeado
como Link CC.; e um de controle, que é responsável por modular o sinal de
acionamento das chaves semicondutoras do bloco inversor e que produz
formas de onda de tensão com amplitude e frequência variáveis, chamado
PWM).
picos da onda fundamental da tensão de saída e
durante as condições transitórias.
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Material
Complementar
W E B
Aula sinal PWM Duty Cycle
funcionamento e testes
Ano: 2020
Comentário: neste vídeo, você poderá entender com mais
detalhes o que é, como funciona e onde é aplicada uma
modulação por largura de pulso, a chamada PWM, bem
como o entendimento quanto às formas de onda com os
Duty Cycle. Importante destacar que são apresentados
exemplos práticos da PWM, facilitando o entendimento
desse tipo de sistema utilizados em motores elétricos.
Também é demonstrada uma comparação de acionamento
convencional de uma ventoinha de um radiador automotivo
com o acionamento por meio de um PWM.    
Para conhecer mais, acesse o vídeo disponível em:
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ACESSAR
L I V R O
Estudo de interferências na
alimentação elétrica de motores de
indução por inversores de frequência
Autor(es): André Oliveira Sousa, Marcos Morais da Silva,
Igor Amariz Pires
Editora: Revista E-Xacta
Capítulo: 2
Ano: 2012
ISSN: 1984-3151
Comentário: neste artigo, os autores apresentam os
fatores submetidos pelo acionamento de motores elétricos
de indução com inversores de frequência, abordando
aspectos técnicos nos motores do tipo gaiola. No capítulo
indicado são detalhados os fundamentos que in�uenciam
o inversor de frequência sobre determinado sistema, assim
como a descrição sobre ruídos, pulsação de tensão e a
largura de pulsos.
Disponível em:
ACESSAR
https://www.youtube.com/watch?v=QkYsGIosStY
https://revistas.unibh.br/dcet/article/view/721/451
15/05/2023, 15:26 E-book
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Conclusão
Prezado(a) estudante, com o avanço da tecnologia e da necessidade de ressaltar a
eletrônica de potência, o trabalho com máquinas elétricas, principalmente os
motores elétricos de indução trifásicos, tem muitas formas e métodos de
acionamento para o regime de operação que necessitam realizar. A utilização de
dispositivos para o controle de velocidade dos motores direciona fortemente aos
inversores de frequência e a uma suavização no processo de partida. Sua
aplicação quanto ao funcionamento nas máquinas elétricas possibilita expressiva
e�ciência no sistema elétrico e operacional em uma indústria, ainda mais
aplicando os conceitos de modulação Pulse Width Modulation (PWM).
Até a próxima!
Referên
cias
ARRABAÇA, D. A.; GIMENEZ,
S. P. Eletrônica de potência:
conversores de energia
CA/CC: teoria, prática e
simulação. 2. ed. São Paulo:
Érica, 2016.
15/05/2023, 15:26 E-book
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AULA sinal pwm duty cicle funcionamento e testes. [S.l.: s.n.], 2019. 1 vídeo (26
min). Publicado pelo canal Mecânica Avançada. Disponível em:
https://www.youtube.com/watch?v=QkYsGIosStY. Acesso em: 3 mar. 2023.
FRANCHI, C. M. Acionamentos elétricos. São Paulo: Érica, 2013.
FRANCHI, C. M. Acionamentos elétricos. São Paulo: Érica, 2013.
FRANCHI, C. M. Inversores de frequência: teoria e aplicação. 2. ed. São Paulo:
Érica, 2009.
MIYAMOTO, R. K. Acionamento de máquinas elétricas. Londrina: Editora e
Distribuidora Educacional S.A., 2020.
MOHAN, N. Máquinas elétricas e acionamentos: curso introdutório. Rio de Janeiro:
LTC, 2015. (Disponível na Minha Biblioteca).
PETRUZELLA, F. D. Motores elétricos e acionamentos. Porto Alegre: Bookman,
2013.
SOUSA, A. O.; SILVA, M. M. da; PIRES, I. A. Estudo de interferências na alimentação
elétrica de motores de indução por inversores de frequência. E-Xacta, Belo
Horizonte, v. 5, n. 1, p. 159-173, 2012. Disponível em:
https://revistas.unibh.br/dcet/article/view/721/451.Acesso em: 18 fev. 2023.
https://www.youtube.com/watch?v=QkYsGIosStY
https://revistas.unibh.br/dcet/article/view/721/451