Os conversores de frequência são equipamentos muito estabelecidos nas indústrias em geral, tendo se popularizado rapidamente por conta da extensa lista de benefícios trazidos pelo seu emprego. Apesar disso, o entendimento do seu funcionamento e as consequências de se escolher determinadas configurações ainda são muito abstratas.
Para variar a frequência da saída, é utilizado um método de chaveamento extremamente rápido que, através de pulsos, simula uma onda de tensão senoidal. São pulsos com a mesma amplitude, mas que permanecem ativos por um tempo diferente, com o objetivo de variar a tensão eficaz e formar uma espécie de senóide. Para o motor, é quase como receber a tensão senoidal da rede, mas na prática algumas coisas mudam.
A frequência de chaveamento não deve ser confundida com a frequência da senóide que é simulada. A frequência de chaveamento interfere em alguns quesitos, mas não na velocidade do motor. Quem irá possibilitar a variação da velocidade do motor é a frequência da senóide, que geralmente não passa de uma centena de hertz, enquanto que a frequência de chaveamento costuma ser de alguns quilohertz.
Esse método de chaveamento é conhecido como PWM (Pulse Width Modulation), e significa “modulação por largura de pulso”. É possível configurar a frequência que ocorrerão os pulsos, e isso pode ser usado para otimizar o processo como um todo. Mas como quase tudo costuma ser, existem alguns efeitos colaterais, tanto para frequências mais altas, como para as mais baixas.
Ao optar pelas frequências mais altas, um dos efeitos que pode ser notado é a melhora imediata na qualidade da tensão de saída. Com um maior número de pulsos por segundo, o desenho da senóide simulada fica bem mais próximo do desenho de uma senóide pura, e isso acaba favorecendo o motor.
Um dos efeitos de se ter uma tensão de saída mais parecida com a senóide pura é a menor geração de calor dentro do motor. As frequências mais baixas, ao contrário, fazem com que a qualidade da tensão de saída diminua e isso causa uma maior geração de calor dentro do motor, o que não é desejável por diversos motivos.
Por outro lado, a geração de calor no inversor é diretamente proporcional à frequência do PWM. Quanto menor for a frequência, menor será a sua temperatura. Da mesma maneira, não é desejável que se tenha uma alta temperatura no conversor, pois isso pode causar a diminuição da sua potência ou mesmo a redução da sua vida útil.
Trabalhar com frequências mais baixas pode gerar um problema bastante incômodo, percebido por todos de maneira imediata: o excesso de barulho. O ruído emitido pelo motor muda drasticamente com a variação da frequência, e quase some a partir de cerca de 3 kHz. Esse valor pode variar bastante, e por isso o ideal é sempre analisar na prática.
Se para o problema do barulho é melhor trabalhar com a frequência do PWM mais alta, para o problema da fuga de corrente nos rolamentos do motor é recomendável trabalhar com frequências mais baixas. O estator induz uma tensão no rotor, que tende a procurar o aterramento da carcaça. Quem separa o rotor da carcaça é o rolamento, e por isso ele acaba sendo o caminho para a corrente de fuga. Quanto maior a frequência do PWM, maior será a intensidade dessa corrente e consequentemente maior será o dano causado.
E os efeitos colaterais da frequência de chaveamento não se limitam ao inversor e ao motor. Uma consequência importante de trabalhar com frequências altas é o aumento do ruído harmônico na rede. Quanto maior for a frequência, maior será a taxa de distorção harmônica, que pode gerar problemas à diversos outros equipamentos conectados na mesma rede, muitas vezes impondo a necessidade de usar filtros.
Em resumo, para determinar a velocidade do chaveamento é necessário conhecer o processo. Normalmente se trabalha com frequências que não ultrapassam os 5 ou 6 kHz, e nesse patamar os efeitos colaterais dos valores mais extremos costumam aparecer menos, provando se tratar de uma escolha acertada. Mas a depender de características como ruído harmônico na rede, temperatura do inversor, temperatura do motor, seu ruído ou fuga de corrente nos seus rolamentos, pode ser vantajoso trabalhar com valores menores ou maiores.
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