O que é um inversor de tensão, como funciona, o uso de um inversor

Fontes de alimentação eletrônicas especiais chamadas inversores são usadas para converter corrente contínua em corrente alternada. Na maioria das vezes, um inversor converte uma tensão CC de uma magnitude em uma tensão CA de outra magnitude.

Portanto, o inversor é um gerador de tensão que muda periodicamente, enquanto a forma de onda da tensão pode ser senoidal, quase senoidal ou pulsada... Os inversores são usados ​​como dispositivos independentes e como parte de sistemas de alimentação ininterrupta (UPS).

Como parte das fontes de energia ininterrupta (UPS), os inversores permitem, por exemplo, receber energia contínua para sistemas de computador e, se a tensão desaparecer repentinamente na rede, o inversor começará imediatamente a fornecer ao computador a energia obtida da bateria de reserva. Pelo menos o usuário terá tempo de desligar e desligar o computador.

Fontes de alimentação ininterruptas maiores usam inversores mais potentes com baterias de grande capacidade que podem alimentar os consumidores de forma autônoma por horas, independentemente da rede, e quando a rede voltar ao normal, o no-break mudará automaticamente os consumidores diretamente para a rede elétrica e as baterias começarão a carregar.

O lado técnico

Nas modernas tecnologias de conversão de eletricidade, o inversor pode atuar apenas como uma unidade intermediária, onde sua função é converter a tensão por meio de uma transformação de alta frequência (dezenas e centenas de kilohertz). Felizmente, hoje esse problema pode ser facilmente resolvido, pois para o desenvolvimento e projeto de inversores, estão disponíveis chaves semicondutoras capazes de suportar correntes de centenas de amperes, núcleos magnéticos com os parâmetros necessários e microcontroladores eletrônicos especialmente projetados para inversores (incluindo ressonantes).

Os requisitos para inversores, bem como para outros dispositivos de energia, incluem: alta eficiência, confiabilidade, as menores dimensões e peso possíveis. Também é necessário que o inversor suporte o nível permitido de harmônicos mais altos na tensão de entrada e não crie ruído de impulso inaceitavelmente alto para os usuários.

Em sistemas com fontes “verdes” de eletricidade (painéis solares, aerogeradores) para fornecer eletricidade diretamente à rede geral, são utilizados inversores Grid-tie, que podem funcionar em sincronia com a rede industrial.

Durante a operação do inversor de tensão, a fonte de tensão constante é periodicamente conectada ao circuito de carga com polaridade variável, enquanto a frequência das conexões e sua duração são formadas por um sinal de controle que vem do controlador.

O controlador no inversor geralmente executa várias funções: regular a tensão de saída, sincronizar a operação das chaves semicondutoras, proteger o circuito contra sobrecarga. Em geral, os inversores são divididos em: inversores autônomos (inversores de corrente e tensão) e inversores dependentes (acionados pela rede, acionados pela rede, etc.)

circuito inversor

As chaves semicondutoras do inversor são controladas pelo controlador e possuem diodos de derivação reversa. A tensão de saída do inversor, dependendo da potência atual da carga, é ajustada alterando automaticamente a largura de pulso no conversor de alta frequência, no caso mais simples PWM (modulação por largura de pulso).

As meias ondas da tensão de baixa frequência de saída devem ser simétricas para que os circuitos de carga não recebam em nenhum caso um componente constante significativo (para transformadores isso é especialmente perigoso), para isso a largura de pulso do bloco LF (no caso mais simples) torna-se constante.

No controle das chaves de saída do inversor, é utilizado um algoritmo que garante uma mudança sequencial nas estruturas do circuito de potência: direto, curto-circuito, reverso.

De uma forma ou de outra, o valor instantâneo da potência de carga na saída do inversor tem o caráter de ondas de dupla frequência; portanto, a fonte primária deve permitir esse modo de operação quando correntes onduladas fluem através dela e suportar um nível correspondente de interferência (na entrada do inversor).

Se os primeiros inversores eram exclusivamente mecânicos, hoje existem muitas opções de circuitos inversores semicondutores e existem apenas três esquemas típicos: uma ponte sem transformador, um push com o terminal zero do transformador, uma ponte com transformador.

O circuito de ponte sem transformador é encontrado em fontes de alimentação ininterruptas de 500 VA e inversores automotivos. O circuito deslizante com o terminal neutro do transformador é utilizado em UPS de baixa potência (para computadores) com capacidade de até 500 VA, onde a tensão da bateria de backup é de 12 ou 24 volts. O circuito ponte com transformador é utilizado em fontes potentes de alimentação ininterrupta (para unidades e dezenas de kVA).

Forma de onda da tensão de saída

Em inversores de tensão retangular, um grupo de interruptores de diodo reverso é comutado na saída para produzir uma tensão alternada na carga e fornecer um modo de circulação controlada no circuito energia reativa.

Os seguintes são responsáveis ​​pela proporcionalidade da tensão de saída: a duração relativa dos pulsos de controle ou a mudança de fase entre os sinais de controle dos grupos de chaves. No modo de circulação de potência reativa não controlada, o usuário influencia a forma e a magnitude da tensão de saída do inversor.

Em inversores de tensão com saída em degrau, o pré-conversor de alta frequência forma uma curva de degrau de tensão unipolar, aproximadamente em forma de onda senoidal cujo período é metade do período da tensão de saída. O circuito de ponte LF então converte a curva de passo unipolar em duas metades de uma curva bipolar que se assemelha a uma onda senoidal.

Em inversores de tensão com forma senoidal (ou quase senoidal) da saída, o pré-conversor de alta frequência gera uma tensão constante próxima em amplitude à futura saída senoidal.

O circuito da ponte então forma uma variável de baixa frequência a partir de uma tensão constante, por meio de múltiplos PWMs, quando cada par de transistores em cada meio ciclo de formação da onda senoidal de saída é aberto várias vezes por um tempo variando de acordo com a lei harmônica . Um filtro passa-baixa então extrai um seno da forma de onda resultante.

Circuitos de pré-conversão HF em inversores

Os circuitos de pré-conversão de alta frequência mais simples em inversores são autogerados. São bastante simples em termos de implementação técnica e bastante eficientes em baixas potências (até 10-20 W) para alimentar cargas não críticas ao processo de alimentação. A frequência dos osciladores não é superior a 10 kHz.

O feedback positivo em tais dispositivos é obtido pela saturação do circuito magnético do transformador. Porém, para inversores potentes, esses esquemas não são aceitáveis, pois as perdas nos interruptores aumentam e a eficiência acaba sendo baixa.Além disso, qualquer curto-circuito na saída interrompe as auto-oscilações.

Os melhores circuitos dos conversores preliminares de alta frequência são flyback (até 150 W), push-pull (até 500 W), meia ponte e ponte (mais de 500 W) dos controladores PWM, onde a frequência de conversão chega a centenas de quilohertz.

Tipos de inversores, modos de operação

Os inversores de tensão monofásicos são divididos em dois grupos: com uma onda senoidal pura na saída e com uma onda senoidal modificada.A maioria dos dispositivos modernos permite uma forma simplificada do sinal de rede (onda senoidal modificada).

Uma onda senoidal pura é importante para dispositivos que possuem um motor elétrico ou transformador na entrada, ou se for um dispositivo especial que só funciona com uma onda senoidal pura na entrada.

Os inversores trifásicos são geralmente usados ​​para gerar corrente trifásica para motores elétricos, por exemplo, para fornecimento de energia motor assíncrono trifásico… Neste caso, os enrolamentos do motor são conectados diretamente à saída do inversor. Em termos de potência, o inversor é selecionado com base em seu valor de pico para o usuário.

Em geral, existem três modos de operação do inversor: partida, contínuo e sobrecarga. No modo de inicialização (carregando a capacidade, ligando a geladeira) a potência pode dobrar a classificação do inversor em uma fração de segundo, isso é aceitável para a maioria dos modelos. Modo Contínuo - correspondente ao valor nominal do inversor. Modo de sobrecarga — quando a potência do usuário é 1,3 vez a nominal — neste modo, o inversor médio pode trabalhar por cerca de meia hora.