¿Qué es un inversor de voltaje, cómo funciona, el uso de un inversor?
Se utilizan fuentes de alimentación electrónicas especiales llamadas inversores para convertir la corriente continua en corriente alterna. Muy a menudo, un inversor convierte un voltaje de CC de una magnitud en un voltaje de CA de otra magnitud.
Por lo tanto, el inversor es un generador de voltaje que cambia periódicamente, mientras que la forma de onda del voltaje puede ser sinusoidal, casi sinusoidal o pulsada... Los inversores se utilizan como dispositivos independientes y como parte de los sistemas de alimentación ininterrumpida (SAI).
Como parte de las fuentes de alimentación ininterrumpida (UPS), los inversores permiten, por ejemplo, recibir energía continua a los sistemas informáticos, y si el voltaje desaparece repentinamente en la red, el inversor comenzará a suministrar inmediatamente a la computadora la energía obtenida de la batería de respaldo. Al menos el usuario tendrá tiempo para apagar y apagar la computadora.
Los sistemas de alimentación ininterrumpida más grandes utilizan inversores más potentes con baterías de gran capacidad que pueden alimentar a los consumidores de forma autónoma durante horas, independientemente de la red, y cuando la red vuelve a la normalidad, el SAI cambiará automáticamente a los consumidores directamente a la red eléctrica y las baterías comenzarán a cargarse.
El lado técnico
En las tecnologías modernas de conversión de electricidad, el inversor solo puede actuar como una unidad intermedia, donde su función es convertir el voltaje a través de una transformación de alta frecuencia (decenas y centenas de kilohercios). Afortunadamente, hoy en día este problema puede resolverse fácilmente, ya que para el desarrollo y diseño de inversores, se dispone tanto de interruptores semiconductores capaces de soportar corrientes de cientos de amperios, núcleos magnéticos con los parámetros necesarios y microcontroladores electrónicos especialmente diseñados para inversores (incluidos los resonantes).
Los requisitos para los inversores, así como para otros dispositivos de potencia, incluyen: alta eficiencia, confiabilidad, las dimensiones y el peso más pequeños posibles. También es necesario que el inversor resista el nivel permisible de armónicos más altos en el voltaje de entrada y no cree un ruido de impulso inaceptablemente alto para los usuarios.
En los sistemas con fuentes de electricidad "verdes" (paneles solares, molinos de viento) para suministrar electricidad directamente a la red general, se utilizan inversores Grid-tie, que pueden trabajar de forma síncrona con la red industrial.
Durante el funcionamiento del inversor de tensión, la fuente de tensión constante se conecta periódicamente al circuito de carga con polaridad variable, mientras que la frecuencia de las conexiones y su duración están formadas por una señal de control que proviene del controlador.
El controlador en el inversor generalmente realiza varias funciones: regular el voltaje de salida, sincronizar el funcionamiento de los interruptores de semiconductores y proteger el circuito contra sobrecargas. En general, los inversores se dividen en: inversores autónomos (inversores de corriente y tensión) e inversores dependientes (grid-driven, grid-driven, etc.)
circuito inversor
Los interruptores semiconductores del inversor están controlados por el controlador y tienen diodos de derivación inversa. El voltaje de salida del inversor, dependiendo de la potencia actual de la carga, se ajusta cambiando automáticamente el ancho de pulso en el convertidor de alta frecuencia, en el caso más simple PWM (modulación de ancho de pulso).
Las semiondas de la tensión de baja frecuencia de salida deben ser simétricas para que los circuitos de carga no reciban en ningún caso una componente constante significativa (para transformadores esto es especialmente peligroso), para ello el ancho de pulso del bloque LF (en el caso más simple) se hace constante.
En el control de los interruptores de salida del inversor, se utiliza un algoritmo que asegura un cambio secuencial en las estructuras del circuito de potencia: directo, cortocircuito, inverso.
De una forma u otra, el valor de la potencia de carga instantánea a la salida del inversor tiene el carácter de ondas de doble frecuencia, por lo tanto, la fuente primaria debe permitir tal modo de operación cuando las corrientes de ondulación fluyen a través de ella y soportar un nivel de interferencia correspondiente. (en la entrada del inversor).
Si los primeros inversores eran exclusivamente mecánicos, hoy en día hay muchas opciones de circuitos inversores semiconductores y solo hay tres esquemas típicos: un puente sin transformador, un pulsador con el terminal cero del transformador, un puente con un transformador.
El circuito de puente sin transformador se encuentra en fuentes de alimentación ininterrumpida de 500 VA e inversores automotrices. El circuito deslizante con borne neutro del transformador se utiliza en SAI de baja potencia (para ordenadores) con capacidad de hasta 500 VA, donde la tensión de la batería de respaldo es de 12 o 24 voltios. El circuito puente con transformador se utiliza en fuentes potentes de alimentación ininterrumpida (para unidades y decenas de kVA).
Forma de onda de voltaje de salida
En los inversores de voltaje rectangulares, un grupo de interruptores de diodo inverso se conmuta en la salida para producir un voltaje alterno a través de la carga y proporcionar un modo de circulación controlado en el circuito. energía reactiva.
Los siguientes son responsables de la proporcionalidad del voltaje de salida: la duración relativa de los pulsos de control o el cambio de fase entre las señales de control de los grupos clave. En el modo de circulación de potencia reactiva no controlada, el usuario influye en la forma y magnitud de la tensión de salida del inversor.
En los inversores de tensión con una salida en forma de escalón, el preconvertidor de alta frecuencia forma una curva de tensión de escalón unipolar, cuya forma se aproxima aproximadamente a una onda sinusoidal cuyo período es la mitad del período de la tensión de salida. El circuito puente LF luego convierte la curva escalonada unipolar en dos mitades de una curva bipolar que se parece más o menos a una onda sinusoidal.
En los inversores de voltaje con una forma sinusoidal (o casi sinusoidal) de salida, el preconvertidor de alta frecuencia genera un voltaje constante cercano en amplitud a la futura salida sinusoidal.
Luego, el circuito puente forma una variable de baja frecuencia a partir de un voltaje constante, por medio de múltiples PWM, cuando cada par de transistores en cada medio ciclo de formación de la onda sinusoidal de salida se abre varias veces durante un tiempo que varía según la ley armónica. . Luego, un filtro de paso bajo extrae un seno de la forma de onda resultante.
Circuitos de preconversión HF en inversores
Los circuitos de preconversión de alta frecuencia más simples en los inversores son autogenerados. Son bastante simples en términos de implementación técnica y bastante eficientes a bajas potencias (hasta 10-20 W) para alimentar cargas que no son críticas para el proceso de suministro de energía. La frecuencia de los osciladores no supera los 10 kHz.
La retroalimentación positiva en tales dispositivos se obtiene saturando el circuito magnético del transformador. Pero para inversores potentes, tales esquemas no son aceptables, ya que las pérdidas en los interruptores aumentan y, en última instancia, la eficiencia es baja.Además, cualquier cortocircuito en la salida interrumpe las auto-oscilaciones.
Los mejores circuitos de los convertidores de alta frecuencia preliminares son flyback (hasta 150 W), push-pull (hasta 500 W), medio puente y puente (más de 500 W) de controladores PWM, donde la frecuencia de conversión alcanza cientos de kilohercios.
Tipos de inversores, modos de operación.
Los inversores de voltaje monofásicos se dividen en dos grupos: con una onda sinusoidal pura en la salida y con una onda sinusoidal modificada.La mayoría de los dispositivos modernos permiten una forma simplificada de la señal de red (onda sinusoidal modificada).
Una onda sinusoidal pura es importante para los dispositivos que tienen un motor eléctrico o un transformador en la entrada, o si es un dispositivo especial que solo funciona con una onda sinusoidal pura en la entrada.
Los inversores trifásicos se utilizan generalmente para generar corriente trifásica para motores eléctricos, por ejemplo, para suministro de energía. motor asíncrono trifásico… En este caso, los devanados del motor están conectados directamente a la salida del inversor. En términos de potencia, el inversor se selecciona en función de su valor máximo para el usuario.
En general, existen tres modos de funcionamiento del inversor: arranque, continuo y sobrecarga. En el modo de puesta en marcha (cargando la capacidad, arrancando el refrigerador) la potencia puede duplicar la clasificación del inversor en una fracción de segundo, esto es aceptable para la mayoría de los modelos. Modo continuo: correspondiente al valor nominal del inversor. Modo de sobrecarga, cuando la potencia del usuario es 1,3 veces mayor que la nominal, en este modo, el inversor promedio puede funcionar durante aproximadamente media hora.