O cerne do controle de velocidade de um motor CA reside no ajuste dos principais parâmetros de entrada do motor, como tensão, frequência, corrente ou campo magnético, com base no tipo de motor (motor assíncrono/motor síncrono) e nos cenários de aplicação (por exemplo, precisão da regulação de velocidade, custo, consumo de energia). Abaixo, uma análise detalhada dos principais métodos de controle, categorizados por maturidade técnica e escopo de aplicação:

I. Regulação de Velocidade Baseada na “Coordenação Tensão-Frequência” (Domínio de Motores Assíncronos)

1. Regulação de Frequência Variável (VVVF, Variable Voltage Variable Frequency)

• Princípio: Converta a energia CA de frequência industrial (por exemplo, 220 V/50 Hz, 380 V/50 Hz) em energia CA com “tensão e frequência ajustáveis” por meio de um “conversor de frequência” para atender aos requisitos do motor para diferentes velocidades (um aumento na frequência leva a um aumento na velocidade e vice-versa).
• Lógica Chave: Quando a impedância do estator do motor é fixa, a relação U/f deve permanecer constante. Caso contrário, ocorrerá saturação ou insuficiência do fluxo magnético, resultando em queima do motor ou redução do torque. Portanto, o conversor de frequência precisa coordenar a tensão e a frequência em tempo real.
• Classificação:
  • Controle Escalar: Controla apenas a amplitude da tensão e da frequência. Possui estrutura simples e baixo custo, sendo adequado para cenários com baixa exigência de precisão na regulação de velocidade, como ventiladores, bombas d'água (por exemplo, unidades externas de aparelhos de ar-condicionado residenciais).
  • Controle de vetores: Decompõe a corrente do motor em “corrente de excitação” e “corrente de torque” e as controla com precisão, respectivamente, para obter alta resposta dinâmica semelhante à dos motores CC (por exemplo, máquinas-ferramentas CNC, máquinas de tração de elevadores).
  • Controle de Torque Direto (DTC): Ignora a decomposição da corrente e controla diretamente o torque do motor e a ligação do fluxo. Possui uma velocidade de resposta mais rápida e é adequado para cenários altamente dinâmicos, como laminadores e servossistemas.
• Vantagens: Ampla faixa de regulagem de velocidade (0 à velocidade nominal, até mesmo excedendo a velocidade nominal), alta eficiência (próxima à eficiência nominal) e torque estável.
• Desvantagens: Alto custo do conversor de frequência; pode ocorrer interferência harmônica em altas frequências (é necessário adicionar um filtro).

2. Regulação de velocidade do soft starter (regulação de velocidade auxiliar, regulação de velocidade descontínua)

• Princípio: Aumente gradualmente a tensão do estator do motor através de um tiristor (SCR) para obter uma "partida suave" e evitar um grande impacto de corrente durante a partida. Alguns soft starters suportam "regulação de velocidade do tipo regulação de tensão" (reduzem a taxa de escorregamento diminuindo a tensão para reduzir indiretamente a velocidade).
• Aplicativo: Aplicável somente à "fase de partida" ou "redução de velocidade de curto prazo e baixa precisão" (por exemplo, regulação de velocidade de correias transportadoras com carga leve). Não é possível obter regulação de velocidade contínua de ampla faixa (tensão excessivamente baixa causará superaquecimento do motor).
• Vantagens: Menor custo que conversores de frequência; funções de proteção completas (sobrecorrente, sobrecarga).
• Desvantagens: Faixa estreita de regulagem de velocidade (geralmente só pode ser reduzida para 70% da velocidade nominal); baixo fator de potência em baixas velocidades.

II. Regulação de Velocidade Baseada em “Ajuste de Par de Pólos” (Regulação de Velocidade de Pólo Variável)

• Princípio:De acordo com a fórmula de velocidade do motor assíncrono n = 60f(1-s)/p, a velocidade síncrona do motor é alterada diretamente pela alteração do "número de pares de polos p" do enrolamento do estator do motor (por exemplo, 2 polos → 4 polos). A 50 Hz, a velocidade síncrona de um motor de 2 polos é de 3.000 rpm, e a de um motor de 4 polos é de 1.500 rpm.
• Método de Implementação: Alterar a direção da corrente do enrolamento por meio de uma “chave de comutação” (por exemplo, comutação estrela-triângulo, comutação estrela dupla) do enrolamento do motor, alterando assim o número de pares de pólos.
• Aplicativo: Aplicável somente a cenários de "regulação de velocidade escalonada" (por exemplo, puncionadeiras, compressores, ventiladores). O motor deve ser projetado para suportar múltiplos pares de polos (por exemplo, motores de duas velocidades de 2/4 polos e 4/6 polos).
• Vantagens: Estrutura simples, baixo custo, operação confiável e sem perda de eficiência durante a regulação de velocidade.
• Desvantagens: Somente a regulação de velocidade de “engrenagem fixa” pode ser alcançada (por exemplo, 2 marchas, 3 marchas); a regulação de velocidade contínua e suave não é possível.

III. Regulação de velocidade com base no “Ajuste da taxa de deslizamento” (Cenários de baixa precisão e baixa potência)

1. Regulação da tensão do estator Regulação da velocidade

• Princípio: Reduza a tensão do estator U através de um regulador de tensão (por exemplo, autotransformador, circuito de regulação de tensão do tiristor), o que reduz o torque do motor T (T é proporcional a U²). Quando o torque da carga permanece inalterado, a taxa de escorregamento s aumenta e a velocidade real diminui.
• Vantagens: Circuito simples e de custo extremamente baixo.
• Desvantagens: Faixa estreita de regulação de velocidade (apenas 10% – 30% de redução de velocidade pode ser alcançada); aquecimento severo do motor em baixas velocidades (grande perda de potência por escorregamento) e torque insuficiente.

2. Regulação de velocidade de resistência em série de rotores (aplicável somente a motores assíncronos de rotor bobinado)

• Princípio: O enrolamento do rotor de um motor assíncrono de rotor bobinado pode ser conectado a um resistor externo. Ao aumentar a resistência do circuito do rotor, R2, a razão de escorregamento s aumenta (s é proporcional a R2), reduzindo assim a velocidade real (a velocidade síncrona permanece inalterada e um aumento no escorregamento leva a uma diminuição da velocidade real).
• Aplicativo: Adequado para cenários de "regulação de velocidade de curto prazo" ou "regulação de velocidade de partida" (por exemplo, guindastes, guinchos). Deve ser combinado com um "reostato de rotor" para ajustar o valor da resistência manualmente ou automaticamente.
• Vantagens: Estrutura simples, baixo custo e torque estável durante a regulação de velocidade (grande torque de partida).
• Desvantagens: Grande perda de resistência do rotor em baixas velocidades (energia elétrica é convertida em energia térmica), baixa eficiência e baixa precisão de regulação de velocidade (engrenagens de resistência limitada).