O que é o inversor? Um guia para iniciantes para estudantes de engenharia elétrica e eletrônica.
Neste artigo, explicaremos o que é um inversor, qual é sua função e qual é seu princípio de operação. Você encontrará inversores em matrizes fotovoltaicas para fornecer energia CA para uso em residências e escritórios. Você também os encontrará em ‘drivers de frequência variável’ para controlar a velocidade, o torque e a direção de rotação dos motores de indução CA em ventiladores, bombas e compressores.
O que é um inversor?
Vamos ao básico primeiro. Você provavelmente conhece os dois tipos diferentes de energia elétrica, ou seja, corrente contínua (CC) e corrente alternada (CA). Corrente contínua é a que você provavelmente usaria para uma lanterna básica, painéis solares ou baterias e pequenos produtos elétricos com placas de circuito. Mas quando falamos de aparelhos domésticos maiores, a eletricidade funciona de maneira bem diferente. A fonte de alimentação da tomada é baseada em corrente alternada (CA) e é usada para alimentar sua casa. Ambos os tipos têm suas próprias limitações e, portanto, muitas vezes precisamos converter um formulário no outro para maximizar seu uso.
Um inversor é um dispositivo que pode fazer isso por você: converter CC em CA. Você pode usar um osciloscópio para observar o sinal dos dois tipos de potência. A DC fornecerá uma corrente que flui essencialmente em uma direção com a tensão máxima; você verá uma única linha contínua e reta. Por outro lado, para CA, você verá um padrão sinusoidal de onda com a tensão alternando entre os pontos positivos e negativos negativos em um ciclo. A corrente viaja essencialmente ‘para frente e para trás’.
Trabalho de um inversor
Para entender o funcionamento de um inversor, considere um circuito em que uma fonte CC esteja sendo usada para alimentar um dispositivo CA. Para converter CC em CA, existem quatro interruptores. Os interruptores são emparelhados de forma que, quando os interruptores 1 e 4 se fecham, os interruptores 2 e 3 se abrem e vice-versa. Portanto, a carga sofrerá uma corrente alternada, embora esteja conectada a uma fonte CC.
Quando um par de interruptores é aberto, a corrente flui pelo lado direito do dispositivo CA. Da mesma forma, quando o segundo par correspondente de interruptores está aberto, a corrente flui através do lado esquerdo do dispositivo CA. E assim, o dispositivo experimentará uma corrente alternada.
O dispositivo não experimentará uma onda senoidal; em vez disso, a troca repentina resultará em uma onda quadrada. Essa onda pode realmente danificar o dispositivo elétrico e, portanto, precisa ser suavizado. Para isso, os engenheiros usam certos componentes elétricos, como diodos, IGBTs e MOSFETs, etc.
Uso de IGBTs em inversores:
Um IGBT (Transistor Bipolar de Porta Isolada) é um dispositivo semicondutor de três terminais. Agora considere o circuito mostrado abaixo para um motor.
Há uma fonte DC e uma carga CA, e um monte de IGBTs conectados a um controlador. Cada IGBT receberá um sinal do controlador informando quando abrir e fechar. Os IGBTs estão emparelhados.
Quando você liga o circuito, o controlador alterna um par de IGBTs para permitir que a corrente passe por eles por um período limitado de tempo e, portanto, o motor experimenta uma corrente alternada.
Uso de inversores para controlar a velocidade do motor:
Os IGBTs abrem e fecham de maneira pulsante várias vezes por ciclo, também conhecido como modulação por largura de pulso. O ciclo em si é dividido em segmentos menores e o controlador informa aos IGBT quanto tempo deve permanecer fechado para cada segmento menor. Dessa maneira, os IGBTs permitem que quantidades variáveis de corrente fluam através do motor.
Como resultado, a potência média por segmento resulta em um padrão de onda senoidal. Quanto mais dividimos o ciclo em segmentos menores, mais suave será a onda senoidal. E assim, o motor experimentará uma corrente alternada de onda senoidal.
O controlador pode então ser usado para controlar a quantidade de tempo que um determinado IGBT está aberto para controlar a frequência e o comprimento de onda correspondentes do sinal que controlará a velocidade, torque e direção do motor.
Usos dos inversores:
Os inversores têm muitas aplicações e usam:
Os inversores têm muitas aplicações e usam:
Eles são usados em pequenos adaptadores de carro para escritório, aplicativos domésticos e sistemas de grade grande.
Uma aplicação comum é dentro de matrizes fotovoltaicas.
Eles são integrados aos drivers de frequência variável para controlar a velocidade, torque e direção dos motores de corrente alternada.
Eles são usados nos sistemas HVAC para propriedades industriais e comerciais.
Eles podem ser usados como no-break (fontes de alimentação ininterruptas).
Eles são usados em sistemas de energia solar.
Eles podem ser usados em ventiladores centrífugos, misturadores, bombas, transportadores, extrusoras, etc.
