Controle escalar de frequência

O principal objetivo do controle de velocidade do motor é acionar e controlar a máquina durante o seu funcionamento sem que haja picos de velocidade, de corrente, de sobretensão e outros. Ou seja, ele deve evitar que haja sobressaltos no seu funcionamento de tal modo que a carga movida pelo motor não sinta interferências ou que variações externas não afetem o seu modo de operar.

Assim, quando utilizamos um inversor de frequência para acionar um motor elétrico, fazemos o controle das chaves para definirmos o valor da tensão aplicada e também a sua frequência. Essa flexibilidade permite que sejam empregadas diversas técnicas de controle, sendo uma das mais simples, o controle escalar de velocidade V/F constante, que é bastante utilizado para acionar o motor elétrico de indução. Logo, ele funciona tentando manter o torque no motor sempre igual ao nominal, para qualquer velocidade de rotação.

Dessa forma, para entendermos como isso ocorre, partimos da impedância do motor. A impedância de um componente elétrico é a medida de oposição ao fluxo de energia por meio dele. Assim, ela é definida pela letra Z e depende da frequência que é imposta ao componente (como pode ser observado na equação 1) para uma carga indutiva, que é o caso do motor de indução.

$$ Z = 2 . \pi . f . L \ \ \ \ \ (1) $$

Em que $\pi$ é a constante pi, $f$ a frequência do sinal que circula no componente e $L$ a indutância. Desses parâmetros, apenas a frequência f pode variar, já que p é uma constante que vale aproximadamente 3,14 e L depende das características físicas do material utilizado.

De uma forma simples, podemos escrever o torque da máquina de indução como sendo:

$$ T = K . \varphi . I \ \ \ \ \ (2) $$

Em que $K$ é uma constante que depende dos aspectos construtivos da máquina, logo, $\varphi$ é o fluxo do campo girante do estator e $I$ a corrente. Sabemos ainda que a relação de tensão (V), impedância (Z) e corrente (I) é dada por:

$$ \frac{V}{Z} \ \ \ \ \ \ (3) $$

Assim, substituindo l pela Equação 3, na Equação 2 temos:

$$ T = K . \varphi . \frac{V}{Z} \ \ \ \ \ \ (4) $$

E agora, substituindo Z pela Equação 1, na Equação 4 surge:

$$ T = K . \varphi . \frac{V}{2 . \pi . f . L} \ \ \ \ \ (5) $$

Ao acionarmos um motor de indução com um inversor, podemos controlar o valor da tensão e a frequência imposta ao motor. Para variar a velocidade, por exemplo, quando estamos ligando a máquina, momento que ela vai da velocidade zero até a nominal, o que é feito é variar a frequência da tensão aplicada. No entanto, essa variação altera o torque como mostra a equação 5. Mas se temos o interesse em manter o torque constante, para um aumento na frequência, a tensão deve aumentar na mesma proporção, ou seja, o resultado da divisão V/F deve ser sempre o mesmo, constante.