Inversores de Frequência

Prévia do material em texto

Respostas dos Exercícios 1 
 
 
 
 
 
Claiton Moro Franchi 
 
 
 
 
 
 
 
Respostas dos Exercícios 
 
 
 
 
 
1ª Edição 
 
2008 - Editora Érica Ltda. 
 
Inversores de Freqüência 
Teoria e Aplicações 
2 Inversores de Freqüência - Teoria e Aplicações 
Capítulo 1 
1. Os inversores de freqüência são utilizados em conjunto com motores elétricos 
com as seguintes finalidades: 
O Ajuste da velocidade de um motor elétrico visando à rapidez do processo; 
O Ajuste do torque de um conjunto de acordo com as necessidades do processo; 
O Redução do consumo de energia e aumento de eficiência. 
2. O motor CA possui as seguintes vantagens em relação ao motor CC: 
O Custo mais reduzido; 
O O motor CA oferece melhor rendimento que o motor CC, proporcionando 
redução no consumo de energia e menor aquecimento do motor; 
O Redução no custo de manutenção, devido ao fato de o motor CA ter menos 
componentes na sua fabricação; 
O Outro fator é o rebobinamento de um motor CC, que traz resultado inferior 
ao do motor CA, bem como o número de empresas capacitadas e habili-
tadas a trabalharem com motores CA, ao passo que em motores CC a oferta 
de oficinas especializadas em rebobinamento é bem menor; 
O Grande disponibilidade de fornecedores de motores CA em relação ao 
motor CC; 
O O motor CA é bem menor que um motor CC com a mesma potência; 
O Existe uma padronização de tamanhos, potências e características técnicas 
dos motores CA; 
O Utilização de chaves de partida convencionais (direta, estrela-triângulo, 
compensadora, soft-start, inversor de freqüência), enquanto o motor CC só 
pode ser acionado por técnicas especiais; 
O Para controle de velocidade, o sistema CA (inversor de freqüência) é bem 
mais simples e permite economizar energia, produz menos harmônicos 
(quando com filtro embutido), tem mais recursos de automação, permitindo 
operar a máquina de diversas maneiras; 
O Possibilidade de integração via redes industriais de comunicação; 
O O motor CA e o inversor de freqüência podem trabalhar com uma sobre-
velocidade de até 20% com manutenção do torque necessário para acionar a 
máquina, por meio da programação do inversor; 
O Melhor controle, pois o inversor de freqüência com controle vetorial permite 
estabilidade de operação do motor CA, sem o uso de um tacogerador digital 
(encoder). 
O Utilização de recursos de um inversor de freqüência para motores CA que 
não estão disponíveis em conversores CC. 
Respostas dos Exercícios 3 
3. Podemos dividir construtivamente o motor em duas partes: 
O Estator: composto de chapas ferromagnéticas empilhadas e isoladas entre 
si, em que fica a carcaça que é a estrutura que também tem a função de 
suporte do conjunto. Possui uma construção robusta em ferro fundido, aço 
ou alumínio injetado, resistente à corrosão e com aletas para a refrigeração. 
O estator é composto de carcaça, núcleo de chapas e enrolamento trifásico. 
O Rotor: formado por um núcleo ferromagnético, também laminado, sobre o 
qual se encontra um enrolamento ou um conjunto de condutores paralelos, 
nos quais são induzidas correntes provocadas pela corrente alternada das 
bobinas do estator. O rotor é composto de eixo, núcleo de chapas, barras e 
anéis de curto-circuito. 
 Outras partes: tampa, ventilador, tampa defletora, caixa de ligação, terminais e 
rolamentos. 
4. Lei de Faraday: a corrente induzida em uma espira por meio de uma variação de 
fluxo produzida por uma força eletromotriz (fem) induzida Ve é proporcional ao 
negativo da variação do fluxo magnético com o tempo, como mostra a relação 
seguinte: 
Ve = − dΦB / dt 
Lei de Lenz: essa lei diz que a corrente induzida ocorre sempre de forma a 
contrariar a variação da grandeza que a produziu. 
5. O sentido da corrente pode ser determinado pela regra da mão esquerda para o 
caso do gerador e da mão direita para o caso do motor, como indica a figura a se-
guir, em que I (corrente), B (indução magnética) e F (força) estão representados. 
 
Figura 1.1 - Regras da mão esquerda e da mão direita, usadas para 
determinar o sentido da corrente no gerador e no motor respectivamente. 
6. É a relação entre a potência ativa fornecida pelo motor e a potência ativa 
solicitada pelo motor à rede. 
7. A diferença entre a velocidade do motor e a velocidade síncrona ns chama-se 
escorregamento s, que pode ser expresso em rpm, como fração da velocidade 
síncrona ou como porcentagem desta: 
4 Inversores de Freqüência - Teoria e Aplicações 
S(rpm) = ns - n 
S(%) = 100* (ns − n)/ns 
8. Curva que relaciona percentual do conjugado (C) com a variação da velocidade. 
De acordo com a norma NBR 7094 existem as seguintes categorias: 
O Categoria N: conjugado de partida normal, corrente de partida normal e 
baixo escorregamento. A maior parte dos motores encontrados no mercado 
enquadra-se nessa categoria. Utilizado para acionamento de cargas normais 
com baixo conjugado de partida, como bombas, máquinas operatrizes etc. 
O Categoria NY: possui as mesmas características anteriores, mas tem a 
previsão de uma partida estrela-triângulo. 
O Categoria H: conjugado de partida alto, corrente de partida normal e baixo 
escorregamento. Utilizado para cargas que exigem maior conjugado de 
partida, como transportadores carregados, moinhos etc. 
O Categoria HY: possui as mesmas características anteriores, porém tem a 
previsão de uma partida estrela-triângulo. 
O Categoria D: conjugado de partida alto, corrente de partida normal e alto 
escorregamento (s > 5%). Utilizado em prensas e máquinas semelhantes, 
em que a carga apresenta picos periódicos, e em elevadores nos quais a 
carga necessita de alto conjugado de partida. 
9. Motor aberto: nesse tipo de ventilação o ar ambiente circula no interior do 
motor, retirando calor das partes aquecidas da máquina. 
 Motor totalmente fechado: nele não há troca entre o meio interno ao motor e o 
exterior. No motor existem folgas nas gaxetas que permitem a saída do meio 
refrigerante interno quando ele entra em operação, aquecendo-se. Essas folgas 
também permitem a penetração do meio refrigerante externo quando é desligado 
e inicia o seu processo de resfriamento. A troca de calor desses motores é feita 
por transferência de calor através de aletas colocadas na sua carcaça. 
10. O regime de serviço é definido como a regularidade de carga a que o motor é 
submetido. 
11. Fator de serviço é uma capacidade de sobrecarga contínua, isto é, uma reserva de 
potência que dá ao motor condições de funcionamento em situações desfa-
voráveis, sendo fundamental o seu conhecimento para parametrização dos dispo-
sitivos de proteção contra sobrecorrentes e aplicação do motor no acionamento 
das cargas mecânicas. 
12. O número de rotações de um motor de indução trifásico depende de três parâ-
metros: freqüência da rede, número de pólos e escorregamento. 
13. Pela inversão de duas fases quaisquer do motor. 
Respostas dos Exercícios 5 
14. Os motores de indução em CA são projetados para operar em determinadas 
condições ambientais de temperatura, ambiente e altitude. Quando a temperatura 
ambiente é excessivamente alta, tabelas de redução de corrente são fornecidas 
pelos fabricantes. Em grandes altitudes, onde a pressão atmosférica é reduzida, o 
resfriamento de um equipamento elétrico é reduzido pela diminuição da capa-
cidade do ar de remoção do calor do motor. Quando a pressão atmosférica cai 
com o aumento da altitude, a densidade do ar cai e, como conseqüência, a capa-
cidade térmica do ar é reduzida. 
15. O grau de proteção (IP) indica a proteção do motor para o ambiente em que 
ele é instalado. É composto de dois dígitos; o primeiro representa a proteção 
contra sólidos e o segundo, contra líquidos. 
16. O motor deve ser selecionado de acordo comos seguintes aspectos: 
O Necessidade e tipo de torque da carga 
O Tipo de partida 
O Tempo de aceleração 
O Tipo construtivo do motor 
O Condições ambientais 
O Grau de proteção do motor 
O Classe de isolação 
O Proteção do motor 
O Tipo de ventilação 
O Tipo de montagem 
O Cabos de conexão 
O Direção de rotação 
O Regime de trabalho 
O Controle de velocidade 
17. O motor com rotor bobinado é geralmente escolhido quando: 
O a carga necessita de um torque elevado de partida; 
O o tempo de aceleração é longo devido à grande inércia da carga, como, por 
exemplo, um ventilador; 
O a carga necessita de partida freqüente, sofre avanço lento ou obstrução. 
6 Inversores de Freqüência - Teoria e Aplicações 
Capítulo 2 
1. 
a) O movimento ocorre na direção em que a resultante das forças é aplicada. 
Desta forma, força é uma combinação de intensidade e direção. A unidade do 
SI de força é Newton (N). 
b) Velocidade é a medida da distância que um objeto pode atingir em uma 
determinada unidade de tempo. Geralmente a unidade utilizada é metro por 
segundo (m/seg). 
c) Velocidade angular é o resultado da aplicação do torque e rotação angular. É 
geralmente medida como revoluções por minuto (rpm). 
d) Torque é o produto da força tangencial F, da circunferência de uma roda, e 
o raio do centro dessa roda. A unidade de torque mais usualmente utilizada é 
Newton.metro (N.m). 
e) É a taxa de variação da velocidade linear, geralmente apresentada em metros 
por segundo ao quadrado (m/seg2). 
tempodeiaçãovar
velocidadedeiaçãovar
al = (m/seg2) 
f) É a taxa de variação da velocidade angular geralmente em radianos por 
segundo ao quadrado (rad/sec2). 
tempodeiaçãovar
angularvelocidadedeiaçãovar
ar = (rad/sec2) 
g) É a taxa na qual o trabalho é realizado por uma máquina. A unidade de po-
tência mais utilizada é watts (W). 
h) É o produto da potência pelo tempo e representa a quantidade de trabalho 
realizado em um período de tempo. Geralmente é expresso em quilowatt- 
-hora (kWh). 
i) É a propriedade que uma máquina rotativa possui de resistir a uma mudança 
da velocidade de rotação seja por aceleração ou desaceleração. A unidade 
para o momento de inércia é o SI é Kgm2. 
2. A tensão aplicada na bobina de um estator é dada por: 
m111 NF44,4U ϕ⋅⋅⋅= 
Sendo: 
T = torque do motor (N.m) φm = fluxo de magnetização (Wb) 
I2 = corrente no rotor (A) U1 = tensão no estator (V) 
F1 = freqüência da rede (Hz) N1 = número de espiras 
Respostas dos Exercícios 7 
 O fluxo alternado φ1, resultante da tensão no estator U1, induz no estator uma 
f.e.m. no rotor (U2), a qual produz um fluxo φ2 proporcional à tensão U2 e 
inversamente proporcional à freqüência. Portanto, temos: 
φ2 = U2/f 
 Desta forma, para possibilitar a operação do motor com torque constante para 
diferentes velocidades, deve-se variar a tensão U1 proporcionalmente com a 
variação da freqüência f1, mantendo, desta forma, o fluxo constante. 
3. A CPU é o bloco em que todas as informações (parâmetros e dados do sistema) 
estão armazenadas, visto que também uma memória está integrada a esse con-
junto. A CPU não apenas armazena os dados e parâmetros relativos ao equi-
pamento, como também executa a função mais vital para o funcionamento do 
inversor: geração dos pulsos de disparo, por meio de uma lógica de controle coe-
rente, para os IGBTs. 
4. Interface homem/máquina. Com esse dispositivo podemos visualizar o que está 
ocorrendo no inversor (display) e parametrizá-lo de acordo com a aplicação 
(teclas). Também é possível visualizar diferentes grandezas do motor, como: 
tensão, corrente, freqüência, status de alarme, entre outras funções, e ainda 
visualizar o sentido de giro, verificar o modo de operação (local ou remoto), ligar 
ou desligar o inversor, variar a velocidade, alterar parâmetros e outras funções. 
5. A etapa de potência é constituída por um circuito retificador, que alimenta 
(através de um circuito intermediário denominado "barramento CC") o circuito 
de saída inversor (módulo IGBT). 
O Retificador: conversor que tem a função de transformar CA em CC. 
 
Figura 2.1 - Conversor do tipo retificador. 
O Inversor: é um tipo especial de conversor que converte CC em CA . 
 
Figura 2.2 - Conversor do tipo inversor. 
 Em conversores de freqüência é comum o uso de um circuito intermediário, 
chamado de link CC com filtro, para tornar a forma de onda senoidal. 
8 Inversores de Freqüência - Teoria e Aplicações 
 
Figura 2.3 - Conversores de freqüência. 
 Com a união desses três módulos temos um conversor de freqüência que pode ser 
aplicado em um motor de indução trifásico. 
 
Figura 2.4 - Conversor de freqüência aplicado a um motor trifásico. 
6. A figura seguinte exibe as formas de ondas relativas às etapas de funcionamento 
de um inversor de freqüência. 
 
Figura 2.5 - Etapas de funcionamento de um inversor de freqüência. 
7. A figura seguinte apresenta um inversor trifásico com uma lógica de controle 
para os pulsos de disparos de seis IGBTs, de maneira a gerar uma tensão de saída 
alternada e defasada de 120° uma da outra. 
 Como temos seis transistores e devemos 
ligá-los três a três, temos oito combina-
ções possíveis, porém apenas seis serão 
válidas. 
 
 
Figura 2.6 - Representação de um inversor de 
freqüência para um circuito trifásico. 
Respostas dos Exercícios 9 
 Por meio da lógica de controle são feitas as combinações representadas na tabela 
seguinte para ativar os IGBTs: 
1o tempo 2o tempo 3o tempo 4o tempo 5o tempo 6o tempo 
Tl, T2, T3 T2, T3, T4 T3, T4, T5 T4, T5, T6 T5, T6, T1 T6, T1, T2 
Tabela 2.1 - Combinações para acionamento dos IGBTs de um inversor de freqüência trifásico. 
 Para melhor compreender o funcionamento, acompanhe a análise de uma das 
condições; as restantes seguem o mesmo raciocínio. 
 No 1o tempo temos os transistores T1, T2 e T3 ligados, e os restantes desligados. 
Desta forma, o barramento CC possui uma referência central (terra), pois teremos 
+V/2 e –V/2 como tensão CC. Como o motor é trifásico, é necessário que as 
tensões de linha Vrs, Vst e Vtr estejam defasadas de 120°. Para esse primeiro 
tempo de chaveamento, temos: 
Vrs = +V/2 –V/2 = 0 
Vst = +V/2  (  V /2) = +V 
Vtr =  V/2  V/2 =  V 
 A tensão Vrs representa a diferença de potencial entre as fases R e S. Usando as 
condições para os demais instantes de tempo, temos as tensões aplicadas ao 
motor ilustradas na próxima tabela. 
 Vrs Vst Vtr 
Tl, T2, T3 0 +V  V 1o tempo 
T2, T3, T4  V +V 0 2o tempo 
T3, T4, T5  V 0 +V 3o tempo 
T4, T5, T6 0  V +V 4o tempo 
T5, T6, T1 +V  V 0 5o tempo 
T6, T1, T2 +V 0  V 6o tempo 
Tabela 2.2 - Tensões aplicadas ao motor nos respectivos instantes de tempo. 
 Colocando as três fases em um diagrama de tempo, as três fases ficam defasadas 
em 120° elétricos, como é esperada a tensão para acionar um motor de indução 
trifásico. 
10 Inversores de Freqüência - Teoria e Aplicações 
 
Figura 2.7 - Três fases resultantes na saída do bloco inversor. 
8. Como os transistores trabalham como chaves "liga ou desliga", a forma de onda 
de tensão de saída do inversor de freqüência é sempre quadrada. Para obter uma 
tensão de saída mais próxima da senoidal, os transistores chaveiam modulando 
sua largura de pulso através de uma técnica chamada PWM (Pulse-Width 
Modulation). 
9. Com o uso do microprocessador as funções de controle do PWM são efeti-
vamente realizadas pela combinação de uma onda triangular e uma senoidal que 
produz a forma de onda da tensão de saída, como ilustra a figura seguinte. 
 
Figura 2.8 - Geração do PWM pela combinação de uma onda triangular e uma senoidal. 
 O sinal triangular é a freqüência de chaveamento do inversor. O gerador de ondasenoidal produz um sinal que determina a largura dos pulsos e, portanto, a tensão 
rms de saída do inversor. 
Respostas dos Exercícios 11 
 
Figura 2.9 - Sinal de saída do gerador de PWM. 
 O IGBT é chaveado por um curto período de tempo, permitindo que somente 
uma pequena parcela de corrente chegue até o motor. O IGBT é então ligado por 
períodos de tempo maiores, permitindo correntes maiores no motor até que se 
atinja a corrente nominal do motor. Após isso, o IGBT é ligado por períodos de 
tempo menores progressivamente, diminuindo a corrente aplicada ao motor. 
10. Quanto maior for a freqüência de chaveamento, mais senoidal será a forma de 
onda resultante, embora o ruído seja aumentado significativamente, pois ele é 
proporcional à freqüência de chaveamento. 
Capítulo 3 
1. Este controle é chamado de volts/hertz. Baseia-se no conceito original do 
conversor de freqüência. Impõe ao motor uma determinada tensão/freqüência, 
visando manter a relação V/F constante, ou seja, o motor trabalha com fluxo 
aproximadamente constante. 
2. O circuito de medição de corrente realiza as seguintes tarefas: 
O Medição da corrente atual contra sobrecarga para proteção do motor. 
O Fornecimento de proteção para os componentes de eletrônica. 
O Fornecimento de um limite de corrente. O sistema de controle reduz a 
freqüência de comando quando a corrente excede um valor predeterminado. 
Geralmente, o limite de corrente é ajustado para 150% da corrente nominal 
do motor. 
3. A função do bloco de compensação de escorregamento é melhorar o controle de 
velocidade. Esse bloco altera a referência de freqüência quando a carga varia 
para manter a velocidade próxima da desejada. 
4. Com a elevação da freqüência do sinal imposto à armadura do motor e a manu-
tenção do valor da tensão, a corrente de magnetização da máquina cai propor-
cionalmente e, com ela, o fluxo magnético estabelecido no entreferro. Conse-
qüentemente, caindo o fluxo magnético, cai o conjugado disponibilizado por ela. 
É a operação com enfraquecimento de campo. O conjugado eletromagnético da 
máquina enfraquece e, com isso, determinamos uma área acima da freqüência 
12 Inversores de Freqüência - Teoria e Aplicações 
nominal (60 Hz) que chamamos de região de enfraquecimento de campo, em que 
o fluxo começa a decrescer, portanto o torque começa a diminuir. 
5. É preciso tomar cuidado especial na aplicação de inversores para acionamento de 
motores em baixa rotação, pois os motores fechados com ventilação externa são 
autoventilados. Em baixas rotações, tipicamente abaixo de 50% da rotação 
nominal, o fluxo de ar pela carcaça é deficiente. A retirada de calor é prejudicada 
e a potência fornecida pelo motor deve ser reduzida para não ocorrer a queima 
dos materiais isolantes de seu enrolamento da armadura. 
6. O controle escalar aplicado aos inversores de freqüência possui as seguintes 
características: 
O Custo menor em relação ao vetorial. 
O É utilizado em aplicações normais que não requerem elevada dinâmica 
(grandes acelerações e frenagens), elevada precisão nem controle de torque. 
O 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. 
O Esse controle é realizado em malha aberta, ou seja, sem a leitura da 
velocidade do motor através de um sensor, e a precisão da velocidade é 
função do escorregamento do motor, que varia em função da carga. 
7. Esses controles não são indicados 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 significativamente a magnitude da corrente de 
produção de fluxo. O controle escalar é largamente utilizado devido à sua 
simplicidade e também porque a maioria das aplicações não requer alta precisão 
e/ou rapidez no controle da velocidade. 
8. A idéia do controle vetorial é usar modelagem e o controle de um motor de 
indução em corrente alternada como se fosse de corrente contínua. 
9. A velocidade do motor CC é diretamente proporcional à tensão da armadura e 
indiretamente proporcional ao fluxo de campo Φ, que depende da corrente de 
excitação do rotor If. A velocidade de rotação do motor pode ser controlada pelo 
ajuste da tensão da armadura que controla VE, ou da corrente de campo que 
controla o fluxo Φ. 
10. No controle da malha aberta (sensorless) não existe nenhum sensor que mede a 
velocidade no eixo do motor, desta forma a velocidade enviada pelo inversor não 
é a mesma que o motor roda devido ao escorregamento. 
 No controle em malha fechada é utilizado um sensor para a medição de 
velocidade conectado ao inversor. Caso a velocidade do motor esteja abaixo ou 
acima da velocidade enviada pelo inversor, é feita uma autocorreção para manter 
o motor na velocidade desejada. 
Respostas dos Exercícios 13 
11. O modelo ativo do motor continuamente modela as condições internas do motor 
e realiza as seguintes operações: 
O Calcula continuamente, em tempo real, a corrente de produção de torque 
pelos seguintes processos: 
X Armazena as constantes do motor em sua memória para serem usadas 
como parte do cálculo. 
X Mede a corrente do estator e a tensão em cada fase. 
X Mede a velocidade (encoder) ou calcula a velocidade (sem encoder). 
O Calcula continuamente, em tempo real, a corrente de produção de fluxo. 
O Implementa uma malha de controle de velocidade pela comparação da 
velocidade medida com um valor de velocidade desejado, fornecendo uma 
saída para atuar no controle de torque do motor. 
O Implementa uma malha de controle pela comparação do torque atual, 
calculado a partir da medição da corrente e da velocidade, enviando um 
sinal de saída para o circuito de controle da lógica do PWM. 
O Constantemente atualiza essas informações e mantém um controle robusto 
sobre o processo. 
 Para decomposição e cálculo dessas correntes é necessário modelar o comporta-
mento do motor de indução por meio de um modelo matemático. 
12. O torque em velocidade zero é a capacidade que o motor tem de "segurar uma 
carga" pelo controle de torque, tendo como exemplo de aplicação típica a ponte 
rolante. 
13. 
 
Inversor escalar
malha fechada 
Inversor 
vetorial 
Conversor CC 
com tacômetro 
Realimentação Malha fechada Malha aberta 
Torque em 
velocidade 
zero 
Impossível Possível Impossível 
Possível, sendo restrito ao 
desempenho do motor 
Regulação de 
velocidade 
Depende do 
escorregamento 
0,01% 0,2% 0,2% 
Controle de 
torque Muito baixo Alto 
Somente no 
limite 
Alto 
14. As desvantagens de um inversor com controle vetorial em relação a um motor 
CC são as seguintes: 
O O controle vetorial é muito mais complexo e caro quando comparado a um 
simples controle que utiliza um conversor CA/CC. 
O Um encoder para a leitura de velocidade é geralmente necessário para obter 
a velocidade atual do eixo do motor. A colocação desses encoders em um 
14 Inversores de Freqüência - Teoria e Aplicações 
motor padrão de gaiola de esquilo é geralmente dificultosa e torna o motor 
mais caro. Recentemente, o controle vetorial desenvolveu o controle 
sensorless, em que o encoder não é necessário. A velocidade aproximada é 
calculada pelo processador a partir de outras informações disponíveis, 
como tensão e corrente. Entretanto, a precisão da velocidade e a resposta 
dinâmica desses conversores são inferiores àqueles com encoders. 
O A natureza do inversor geralmente necessita que o motor opere com 
elevados torques em baixas velocidades. O motor padrão em gaiola de 
esquilo necessita de uma ventilação externa separada com essa finalidade. 
O A frenagem regenerativa é mais difícil de ser implementada em um 
inversor de freqüência do que em um dispositivo de partida para um motorCC. A frenagem resistiva é a mais utilizada em inversores de freqüência. 
Capítulo 4 
1. Os parâmetros são agrupados de acordo com as suas características e particu-
laridades, conforme apresentado em seguida: 
O Parâmetros de leitura: variáveis que podem ser visualizadas no display, 
mas não podem ser alteradas pelo usuário, como, por exemplo, tensão %, 
corrente %, potência ativa etc. 
O Parâmetros de regulação: são os valores ajustáveis a serem utilizados 
pelas funções do inversor de freqüência, como, por exemplo, tensão inicial, 
tempo de rampa de aceleração, tempo de rampa de desaceleração etc. 
O Parâmetros de configuração: definem as características do inversor de 
freqüência, as funções a serem executadas, bem como as entradas e saídas, 
como, por exemplo, parâmetros dos relés de saída e das entradas do 
inversor de freqüência. 
O Parâmetros do motor: indicam as características nominais do motor, 
como, por exemplo, ajuste da corrente do motor e fator de serviço. 
2. Para os inversores de freqüência temos as seguintes interfaces de entrada e de saída: 
O Interface homem/máquina (IHM): é um dispositivo de entrada/saída de 
dados, em que o operador pode entrar com os valores dos parâmetros de 
operação do conversor. 
O Entradas e saídas analógicas: são os meios de controlar/monitorar o 
conversor através de sinais eletrônicos analógicos, isto é, sinais em tensão 
(0...10 Vcc) ou em corrente (0...20 mA, 4...20 mA) e que permitem basica-
mente fazer o controle de velocidade (entrada) e leituras de corrente ou 
velocidade (saída). 
O Entradas e saídas digitais: são os meios de controlar/monitorar o con-
versor através de sinais digitais discretos, como chaves liga/desliga. 
Respostas dos Exercícios 15 
O Interface de comunicação serial: esse meio de comunicação permite que 
o conversor seja controlado/monitorado a distância por um computador 
central. Essa comunicação é executada por pares de fios, podendo ser 
conectados vários conversores a um computador central ou operado por 
CLP, com redes de campo. 
3. Acionamento via IHM, entradas digitais, função multispeed, potenciômetro ele-
trônico ou entradas analógicas (potenciômetro ou fonte de tensão ou corrente 
externas). 
4. Por meio das saídas digitais dos relés do inversor de freqüência podemos verificar o 
status do inversor, bem como algumas condições de alarme, por exemplo, se o 
inversor está rodando, se a rampa de aceleração foi concluída, se a velocidade ou a 
corrente atingiu determinado limite, entre outras. 
5. Quando o acionamento e a leitura de variáveis são feitos via entradas digitais e 
analógicas, à medida que a quantidade de informação aumenta, o número de cabos 
necessários aumenta na mesma proporção, tornando-se um problema do ponto de 
vista de custo e instalação. A comunicação que utiliza redes industriais acaba com 
este problema e permite a conexão dos inversores de freqüência com os sistemas de 
automação, como, por exemplo, CLP com um mínimo de cabeamento. 
6. Setpoint: valor desejado da variável de processo. 
 Controlador: compara o valor desejado de velocidade ou posição, chamado de 
setpoint (SP), com o valor medido, chamado de variável de processo (PV), e 
fornece uma saída de controle que ajusta a velocidade e o torque para reduzir o 
erro (SP - PV) a zero. Esse controle pode ser feito em um controlador externo, 
como, por exemplo, um CLP, ou nos inversores de freqüência mais modernos 
como uma função do próprio inversor. 
 Variável do processo: variável que se deseja controlar. 
 Transdutor: utilizado para medição da quantidade de carga que deve ser con-
trolada. Para tanto, utiliza um sinal de realimentação (feedback) para controlar o 
sistema. Quando a velocidade for a variável que se deseja controlar, o transdutor 
pode ser um tacômetro (sistema analógico) ou um encoder (sistema digital). 
Quando a posição for a variável a ser controlada, o transdutor será um resolver 
(sistemas analógicos) ou um encoder absoluto (sistemas digitais). 
7. Uma aplicação típica de economia de energia elétrica é utilizada na indústria nas 
situações em que os motores não operam à plena carga em grande parte do 
tempo, como, por exemplo, ventiladores, bombas, compressores, entre outros. 
8. Quando a carga no motor aumenta, a sua corrente também aumenta. Dependendo 
da magnitude do aumento da corrente, a proteção de sobrecorrente pode ser 
acionada. Com a função da corrente máxima de saída, se a corrente tentar 
ultrapassar o valor ajustado nesse parâmetro, a rotação do motor será reduzida, 
16 Inversores de Freqüência - Teoria e Aplicações 
seguindo a rampa de desaceleração até que a corrente fique abaixo do valor 
ajustado. Quando a sobrecarga desaparecer, a rotação voltará ao normal. 
9. A seleção da freqüência de chaveamento resulta um compromisso entre o ruído 
acústico no motor e as perdas nos IGBTs do inversor (aquecimento). As 
freqüências de chaveamento altas implicam em menor ruído acústico no motor, 
porém aumentam as perdas nos IGBTs, elevando a temperatura nos componentes 
e reduzindo sua vida útil. 
 A redução da freqüência de chaveamento colabora com a diminuição dos proble-
mas de instabilidade e ressonâncias que ocorrem em determinadas condições de 
aplicação, bem como da emissão de energia eletromagnética pelo inversor. 
Valores típicos de freqüência de chaveamento de inversores de freqüência variam 
de 2,5 kHz a 15 kHz. 
10. Frenagem por injeção de corrente contínua: permite a parada do motor pela 
aplicação de corrente contínua. O princípio básico da frenagem por CC é injetar 
corrente CC no estator do motor para causar um campo magnético estacionário 
no motor. Isso é obtido pela conexão de duas fases do motor de indução a uma 
fonte CC. A corrente injetada deve ser pelo menos igual à corrente de excitação 
do motor ou à corrente a vazio do motor. 
 A frenagem reostática consiste em conectar um resistor externo ao inversor 
através do link CC, como indica a figura seguinte. Assim, a energia que seria 
devolvida ao link é dissipada na forma de calor, sendo uma solução simples para 
o problema de sobretensão no link CC. 
 
Figura 4.1 - Frenagem reostática. 
 Frenagem regenerativa: nessa frenagem a energia produzida pela inércia do 
motor é absorvida e reaproveitada na rede elétrica. 
11. Para freqüências abaixo de 30 Hz o termo correspondente à resistência R do 
estator começa a ter influência no cálculo da corrente. Para que não haja perda de 
torque, utiliza-se a função boost de tensão, em que a tensão do estator em baixas 
freqüências deve ser aumentada. 
12. Define a curva V/F utilizada no controle escalar. Esse parâmetro pode ser usado 
em aplicações especiais nas quais os motores utilizados necessitam de tensão 
e/ou freqüência nominal diferentes do padrão. Exemplos: motor de 220 V/300 Hz 
e motor de 200 V/60 Hz, também utilizados em aplicações nas quais a tensão 
nominal do motor é diferente da tensão de alimentação do inversor. 
Respostas dos Exercícios 17 
Capítulo 5 
1. As proteções mais usuais para os inversores de freqüência são: 
O Curtos-circuitos entre fases e entre fase e terra; 
O Sobretensões e subtensões; 
O Desbalanceamento de fases; 
O Falta de fase. 
2. A coordenação do tipo 2, segundo a norma IEC 60947, deve ter as seguintes ca-
racterísticas: 
O Sem riscos para as pessoas e instalações, ou seja, desligamento seguro da 
corrente de curto-circuito. 
O Após uma falta, não deve ocorrer a perda de ajustes dos equipamentos. 
O A isolação não deve ser danificada em caso de falta. 
O Os elementos (disjuntor, inversor e contator) devem poder operar assim que 
a causa do curto-circuito for eliminada. 
O É permitida uma soldagem superficial dos contatos do contator, sendo pos-
sível a sua separação manual. 
3. Caso ocorra subtensão no barramento CC, pode haver osseguintes problemas: 
O Os relés de carga do barramento CC podem desligar-se. 
O Os microcontroladores ou DSPs podem entrar em um estado indeterminado. 
O Os circuitos de disparo não terão tensão e corrente suficientes para ligar e 
desligar os dispositivos de chaveamento. 
O Se não houver corrente suficiente para o ligamento, um dispositivo de 
potência pode entrar em saturação, aumentando as perdas. 
O Se a polarização reversa for insuficiente, o dispositivo de potência vai des-
ligar muito lentamente, ou não desligar, ou seja, os dispositivos de chavea-
mento vão falhar. 
4. Nos inversores de freqüência, os seguintes fatores podem causar sobretensão no 
barramento CC: 
O Alta tensão na fonte de alimentação; 
O Alta tensão gerada pela conexão de um motor que se comporta como um 
gerador, quando está tentando reduzir a velocidade de uma carga com 
grande inércia. 
5. A proteção contra fugas a terra foi concebida para detectar curtos-circuitos entre 
fase e terra na saída do inversor e imediatamente desligar o inversor. A proteção 
de fuga a terra é geralmente implementada através de um transformador toroidal 
18 Inversores de Freqüência - Teoria e Aplicações 
diferencial, construído a partir de um núcleo toroidal magnético pelo qual os cabos 
do barramento ou os cabos de alimentação do motor passam. Uma baixa corrente 
no enrolamento secundário obtida do toróide é conectada ao circuito de proteção. 
Se a soma vetorial de todas as correntes que passam no núcleo for zero, o fluxo no 
núcleo será zero. Se for registrado o valor zero, o inversor está em operação 
normal; caso a corrente não seja zero, terá ocorrido uma falta a terra. 
6. A proteção de sobretemperatura é projetada para prevenir sobreaquecimento nos 
componentes do inversor, particularmente na junção dos semicondutores que é 
limitada a 150°C. Para assegurar que esse limite não seja atingido, as tempe-
raturas dos dissipadores de calor são usualmente mantidas entre 80°C e 90°C, 
dependendo do projeto. A maioria dos dissipadores é projetada com sensores de 
temperatura ou chaves para detectar se a máxima temperatura é atingida. 
7. O método mais comum utilizado para proteção contra sobrecarga térmica do 
motor em inversores de freqüência é a medição indireta através da corrente do 
motor. É feito um modelo de proteção do motor como parte de um programa de 
controle em um microprocessador. Também pode ser empregada a medição direta 
através de sensores específicos colocados no motor, como, por exemplo, termos-
tatos, termistores, termopares e termorresistências, que medem em tempo real a 
temperatura atual nos enrolamentos do motor e acionam a proteção de sobrecarga 
quando o valor de temperatura nominal é ultrapassado. 
8. As principais causas de falhas mecânicas são: 
O Sobrecarga no motor em que a corrente excede a nominal por um período 
do tempo; 
O Partidas freqüentes, reversão à plena carga proporcionando altas correntes; 
O Única fase ou fonte de alimentação desbalanceada acarretando altas correntes; 
O Rotor bloqueado, altas correntes; 
O Alta temperatura ambiente; 
O Perda de resfriamento. 
10. São utilizados relés de proteção contra sobrecorrentes, que podem ser do tipo 
indireto por meio do aquecimento de um elemento bimetálico, ou do tipo eletrô-
nico, que monitora a corrente no estator do motor CA e usa essa informação para 
determinar se o motor entrou em sobrecarga. 
11. Termostato: lâmina bimetálica com contatos NA ou NF que comutam de acordo 
com um determinada temperatura calibrada. 
 PTC: resistência variável que aumenta linearmente com o aumento da temperatura. 
 Termopar: dispositivo que varia a tensão de saída diretamente proporcional ao 
aumento da temperatura. 
Respostas dos Exercícios 19 
 Termorresistência: dispositivo que varia a resistência elétrica diretamente pro-
porcional ao aumento da temperatura. 
12. Alarme: tem por função chamar a atenção do operador para condições de alta 
temperatura. Para alcançar este objetivo usa alarme sonoro e/ou visual sem des-
igar o motor. 
 Trip: tem por objetivo parar o motor pelo desligamento da fonte de alimentação. 
13. Para o correto dimensionamento do inversor de freqüência devem ser levados em 
consideração os seguintes aspectos: 
O A necessidade de utilizar uma margem de segurança no procedimento de 
seleção; 
O A necessidade de manter um custo mínimo inicial pela seleção do tamanho 
do motor e do conversor correto para cada aplicação; 
O Necessidade de torque de partida; 
O A faixa de velocidade (valores máximos e mínimos); 
O Compatibilidade com a tensão da rede de alimentação; 
O Condições ambientais onde o motor e o inversor estão instalados: tempera-
tura ambiente, altitude, umidade, poeira etc.; 
O Ventilação para o inversor e o motor; 
O Precisão requerida para o controle de velocidade; 
O Resposta dinâmica (necessidades de resposta de torque e de velocidade); 
O O regime de serviço, incluindo o número de partidas e paradas por hora; 
O Método de controle: manual, automático; 
O Recursos de proteção do inversor de freqüência; 
O Necessidades de cabeamento para controle e alimentação; 
O Manutenção e peças de reposição; 
O Tipo de carga a ser acionado; 
O Tipos de comando; 
O Tipo de referência de velocidade; 
O Tipo de paragem; 
O Tipo de comunicação disponível; 
O Emissão de ruídos eletromagnéticos; 
O Existência de harmônicos. 
13. Os erros humanos que ocorrem com maior freqüência no dimensionamento do 
inversor-motor são os seguintes: 
20 Inversores de Freqüência - Teoria e Aplicações 
O Seleção incorreta do motor elétrico; 
O Seleção incorreta do inversor de freqüência; 
O Ajuste incorreto dos parâmetros do inversor. 
14. Devem ser levados em consideração os seguintes critérios: 
O Tensão e freqüência da fonte de alimentação; 
O O torque de partida (N.m); 
O O torque de carga e sua dependência com a velocidade; 
O A faixa de velocidade (rpm); 
O Tempo de aceleração; 
O Os momentos de inércia do motor e da carga. 
15. Em todas as faixas de velocidade: a capacidade de torque do motor é reduzida 
como resultado de aquecimentos adicionais causados por correntes harmônicas. 
Isso ocorre porque a forma de corrente no inversor não é perfeitamente senoidal. 
 Em velocidades abaixo da nominal: entre 0 e 60 Hz, a capacidade de torque 
contínua do motor é reduzida por causa da redução de ventilação no estator e no 
rotor. 
 Em velocidades acima da nominal: a capacidade de torque de saída do motor é 
reduzida devido ao enfraquecimento de campo. O torque de saída é reduzido em 
proporção direta com a velocidade do motor acima de 60 Hz. 
16. Na região entre a freqüência 0 e a freqüência de base a razão V/F é constante 
para produzir um fluxo constante na região entre a velocidade zero e a base (60 
Hz), o que produz uma característica de torque constante nessa região. 
 Na região acima da freqüência de base a relação V/F cai em uma proporção 
inversa à freqüência do inversor e o torque de saída do motor cai na mesma 
proporção da queda do fluxo. Nessa região, embora haja uma redução de torque, 
a potência de saída permanece constante, sendo conhecida como região de potên-
cia constante, ou região de enfraquecimento de campo. A potência permanece 
constante devido ao fato de a potência ser o produto do torque e da velocidade. 
17. O torque de saída de um motor CA deve ser suficiente para: 
O Vencer o torque resistente de uma carga a ser acionada. 
O Acelerar a carga desde a sua velocidade zero até a velocidade desejada com 
o tempo de aceleração requerido pelo processo. 
O Possuir um torque de carga maior que o da carga por uma margem 
adequada durante a operação contínua em qualquer velocidade na faixa de 
velocidades possíveis sobre quaisquer condições.Respostas dos Exercícios 21 
O A corrente do motor não exceder as especificações térmicas dos compo-
nentes elétricos e permanecer abaixo da curva de carga durante a operação 
contínua. 
18. É necessário conhecer as seguintes características da carga da máquina: 
O O torque de carga, tipo, magnitude e características do torque da carga co-
nectada ao eixo do motor; 
O A faixa de velocidade, as velocidades máxima e mínima da carga; 
O A inércia do motor e da carga conectada ao eixo do motor. 
19. Cargas com torque variável: são aquelas que exibem um torque variável em sua 
completa faixa de velocidade, como, por exemplo, bombas centrífugas e 
ventiladores. 
 Máquinas com torque constante: possuem um torque constante em toda a faixa 
de velocidade, como, por exemplo, esteiras transportadoras, bombas de 
deslocamento positivo. 
20. Os inversores de freqüência possuem grandes capacitores no barramento CC. 
Após o inversor ter sido desligado, deve-se aguardar um período de alguns mi-
nutos. Este é o tempo necessário para permitir a completa descarga desses capa-
citores internos. 
Capítulo 6 
1. A instalação das reatâncias de rede tem como função minimizar sobretensões 
transitórias na rede de alimentação, reduzir harmônicas, melhorar o fator de 
potência, diminuir a distorção da tensão na rede de alimentação e, desta forma, 
aumentar a vida útil dos capacitores do circuito intermediário. 
2. Devem ser tomados os seguintes cuidados com o cabeamento dos inversores de 
freqüência: 
O Fazer separação dos cabos de alimentação do inversor dos cabos de sinal e 
controle. 
O Os cabos blindados devem ser aterrados ou o eletroduto metálico aterrado. 
O Se for necessário fazer cruzamento de cabos, estes devem ser feitos a 90º. 
O Se no mesmo leito ou calha estiverem presentes cabos de força e de 
comando, deve ser prevista uma isolação com um separador metálico 
aterrado. 
O Colocar os equipamentos sensíveis à interferência eletromagnética (CLP, 
controladores etc.) a uma distância dos conversores, reatâncias, filtros e 
cabos do motor de, no mínimo, 250 mm. 
22 Inversores de Freqüência - Teoria e Aplicações 
3. O uso de relés térmicos é indicado quando mais de um motor é acionado pelo 
mesmo inversor, em que é necessário colocar um relé térmico de proteção em 
cada motor. 
4. Utiliza-se a reatância de saída entre o inversor e o motor para reduzir a corrente 
de fuga por efeito capacitivo devido à elevada freqüência de chaveamento no 
inversor de freqüência. 
5. Se o inversor de freqüência for instalado em um local onde a temperatura esteja 
acima dos 40°C, ambos, motor e inversor, terão uma redução de corrente, o que 
significa que somente podem rodar com cargas menores que aquelas que estavam 
previstas para até 40°C a fim de evitar danos no motor e no inversor de 
freqüência. 
6. Em grandes altitudes, o resfriamento de equipamentos elétricos é reduzido porque 
o ar torna-se mais rarefeito, reduzindo o nível de oxigênio. De acordo com as 
normas, os conversores são projetados para altitudes até 1.000 metros do nível do 
mar. Assim, caso os inversores sejam instalados em ambientes com altitudes 
maiores do que 1.000 metros, haverá redução da corrente de saída do inversor de 
freqüência. 
7. Sim. Podem ser ligados diversos motores simultaneamente, no entanto é preciso 
que, nessa ligação, a corrente nominal do inversor seja superior ou igual à soma 
das correntes dos motores a comandar. 
8. Ao colocar o inversor na ligação triângulo do motor, é possível utilizar um 
inversor de potência menor para acionar o motor. Desta forma, a corrente no 
inversor será a corrente nominal/1,73. 
9. A freqüência fundamental de um sistema de distribuição de corrente alternada no 
Brasil é de 60 Hz. Uma freqüência harmônica é a senoidal que é múltipla de uma 
freqüência fundamental. As freqüências harmônicas podem ser múltiplos pares 
ou ímpares da freqüência fundamental. 
10. THD (Total Harmonic Distortion) é chamada de taxa de distorção harmônica 
global. É uma notação largamente utilizada para descrever o impacto do 
conteúdo harmônico de um sinal alternado. A THD em tensão caracteriza a 
deformação da onda de tensão. 
 Assim, pode-se conceituar a THD como a relação entre o valor da freqüência 
fundamental medida na saída de um sistema de transmissão e o valor de todas as 
harmônicas, por meio da seguinte equação: 
%100
a
a...aaa
THD
2
1
2
N
2
4
2
3
2
2 ×++++= 
Respostas dos Exercícios 23 
 sendo a2, a3, a4, aN os coeficientes do conteúdo harmônico e a1 o coeficiente da 
freqüência fundamental. 
11. As harmônicas afetam a performance de outros equipamentos e produzem perdas 
adicionais e aquecimento. Bancos de capacitores (usados para correção do fator 
de potência) são elementos muito vulneráveis ao efeito das harmônicas. 
 Transformadores, motores, cabos, barramentos, entre outros devem ser 
superdimensionados para acomodar as correntes harmônicas adicionais e as 
perdas extras associadas com as freqüências harmônicas. 
12. Altas taxas de dv/dt podem ocasionar: 
O Grande estresse elétrico dos cabos e da isolação do motor devido à alta taxa de 
crescimento de tensão (alto dv/dt) e reflexões de sinal no fim do cabo do motor. 
O Alto campo elétrico radiante, devido ao alto dv/dt, pode exceder os padrões 
de EMI implementados na Europa e nos EUA. 
O Altos dv/dt através da capacitância dos cabos resultam em correntes de fuga 
no cabo blindado (se ele for colocado) ou por meio de outros caminhos 
condutivos para a terra. 
13. Um reator de saída pode ser instalado no lado de saída do inversor para aumentar 
a indutância do circuito. Isso faz com que seja introduzida uma pequena redução 
de tensão no motor, e também vai reduzir a alta taxa de crescimento de tensão 
que efetivamente limita a amplitude do sinal refletido e aumenta o comprimento 
permissível do cabo do motor. O reator de saída colocado na saída do conversor 
tem a vantagem adicional de reduzir a corrente de fuga devido à capacitância do 
cabo, e reduzir as perdas no inversor. 
 Filtros de saída no motor podem ser usados de maneira similar ao reator de saída 
descrito anteriormente para proteger os cabos e o motor. O filtro também pode 
ser projetado para reduzir EMI no cabo do motor. 
 Os terminadores têm por função a atenuação de tensões refletidas através de sua 
conexão no final do cabo. Em comparação com reatores de saída e filtros, os 
terminadores ocupam um pequeno espaço, dissipam pouca potência e custam 
menos de 10% do valor de um filtro. 
14. Inversores de freqüência são largamente utilizados em processos de ventilação, 
pois apresentam as seguintes vantagens: 
O Proteção térmica do inversor e do motor; 
O Religamento automático com retomada de velocidade; 
O Operação forçada em emergência (exemplo: extração de fumaça de túnel); 
O Configuração dos tipos de parada em caso de falha; 
O Velocidade mantida na perda do sinal 4-20 mA.