¿Qué es un inversor?
Un inversor (o inversor de potencia) es un electrónica de potencia dispositivo que se utiliza para convertir el voltaje de DC en el de AC. Aunque la energía de CC se usa en pequeños aparatos eléctricos, la mayoría de los equipos domésticos funcionan con energía de CA. Por lo tanto, necesitamos una forma eficiente de convertir la energía DC en energía AC.
El inversor es un dispositivo estático. Puede convertir una forma de energía eléctrica en otras formas de energía eléctrica. Pero no puede generar energía eléctrica. Por lo tanto, el inversor es un convertidor, no un generador.
Puede ser usado como un dispositivo autónomo como la energía solar o energía de respaldo para los electrodomésticos. El inversor toma la energía de CC de las baterías y la convierte en energía de CA en el momento del fallo de alimentación.
Un inversor de potencia usado en la red del sistema de energía para convertir la energía de CC en CA. Es decir, se usa en el extremo receptor del HVDC. líneas de transmisión. Este inversor se conoce como inversor de conexión a la red.
¿Cómo funciona un inversor?
Entendamos el funcionamiento de un inversor con un ejemplo. Una bombilla conectada con un batería. Hace un camino cercano. Por lo tanto, la corriente fluirá a través de la bombilla.
La bombilla tiene dos terminales que son A y B. El terminal positivo y el negativo de la batería están conectados con el terminal A y el B respectivamente y la bombilla se iluminará.
Ahora, cambia los terminales de la batería. La bombilla también brillará en esta condición. Entonces, ¿cuál es la diferencia en ambos casos?
Aquí, una cosa es diferente y es la dirección de la Corriente alterna.
Ahora imagina que puedes girar la batería a 50 o 60 rpm. ¿Qué sucederá? La dirección cambiará 50 o 60 veces. Esto es similar a la energía de CA. Y la frecuencia es de 50 o 60 Hz.
Esto es sólo para entender el principio de funcionamiento de un inversor. Prácticamente, el inversor nunca funciona así y no tiene partes giratorias.
El inversor utiliza los interruptores de la electrónica de potencia como IGBT, MOSFET. El número de interruptores depende del tipo de inversor.
Tomemos un diagrama de circuito de un inversor monofásico de puente completo para entender el funcionamiento.
Hay cuatro interruptores. Una fuente de corriente continua conectada con los interruptores y la carga.
Cuando los interruptores S1 y S2 están en ON, S3 y S4 en OFF, la dirección de la corriente a través de la carga es positiva en esta condición. Da un medio ciclo positivo de la salida de CA.
Ahora, el interruptor S3 y S4 está en ON, S1 y S2 en OFF. El actual que fluye en la dirección opuesta. Da un medio ciclo negativo de la salida de CA.
El tiempo de encendido y apagado de los interruptores decide la frecuencia de salida. La salida del inversor es una onda cuadrada. Los filtros utilizados para generar una onda sinusoidal.
Tipos de inversor
Según la forma de onda de salida
Hay tres tipos de inversores.
- Inversor de onda cuadrada
- Inversor de onda sinusoidal modificado
- Inversor de onda sinusoidal
Inversor de Onda Cuadrada
Este es el tipo de inversor menos usado pero más simple. La forma de onda de salida de este inversor es una onda cuadrada. Los electrodomésticos y sobre todo los equipos que funcionan con CA, diseñados para onda sinusoidal.
Convierte la señal directa de DC en una señal de AC de cambio de fase. Pero la salida no es una señal de CA pura. Este es el tipo más barato de inversor.
Si conectas el equipo con un inversor de onda cuadrada, se producen más pérdidas. El equipo puede dañarse en el peor de los casos.
Estos tipos de inversores se utilizan para generar inversores de onda sinusoidal mediante el uso de filtros (por ejemplo filtros activos de paso bajo).
Inversor de Onda Senoidal Modificado
Este inversor también se conoce como inversor de cuasi-ondas. Este inversor genera la señal cerca de la onda sinusoidal. Pero no puede generar la onda sinusoidal suave.
Un inversor de onda sinusoidal modificado crea algunas pausas antes del cambio de fase. No cambia de fase directamente de positivo a negativo como la onda cuadrada.
La construcción de este inversor es más compleja que la del inversor de onda cuadrada pero más simple que la del inversor de onda sinusoidal.
Inversor de onda sinusoidal
Este es el tipo de inversor más eficiente y complejo. Genera la onda sinusoidal pura, que es una forma de onda similar a la de la red eléctrica. Todos los equipos de CA diseñados para trabajar con la señal de la onda sinusoidal.
Se puede generar una onda sinusoidal a partir del inversor de onda cuadrada modificando la forma de onda de salida.
Este inversor fue el que menos pérdidas tuvo. Pero el costo de este inversor es muy alto. Este tipo de inversores se utiliza ampliamente en aplicaciones residenciales y comerciales.
Según el tipo de carga
Hay dos tipos de energía de CA: monofásica y trifásica. Por lo tanto, hay dos tipos de carga. Y de acuerdo con eso, hay dos tipos de inversores:
- Inversor monofásico
- Inversor trifásico
Inversor monofásico
Si la carga es monofásica, el inversor utilizado para ejecutar la carga es el inversor monofásico. Hay dos tipos;
- Inversor de medio puente
- Inversor de puente completo
Inversor monofásico de medio puente
Dos tiristores (S1 y S2) conectados con dos retroalimentaciones diodos (D1 y D2) como se muestra en el siguiente diagrama de circuito.
El suministro voltaje se divide en dos partes iguales. La carga resistiva utilizada para entender el principio de funcionamiento.
Modo 1
El tiristor S1 está encendido y el S2 está apagado durante este modo. La trayectoria del flujo de corriente es V/2-S1-B-RL-A-V/2.
La corriente que fluye a través de la carga es de dirección B a A. Y el voltaje a través de la carga es positivo V/2. En este modo, el ciclo positivo de la salida genera.
Modo 2
El tiristor S2 está encendido y S1 está apagado durante este modo. La trayectoria del flujo de corriente es V/2-A-RL-B-S2-V/2.
La corriente que fluye a través de la dirección de la carga A a la B. El voltaje a través de la carga es negativo V/2. En este modo, el ciclo negativo de salida genera.
Inversor monofásico de puente completo
En un inversor de puente completo, se utilizaron cuatro tiristores y cuatro diodos de retroalimentación. Una fuente de CC aplicada al circuito.
En un inversor de medio puente, un interruptor está en conducción a la vez. Y en un inversor de puente completo, dos interruptores están en conducción a la vez.
Modo 1
Los tiristores S1 y S2 están activados y los tiristores S3 y S4 están desactivados en este modo. La ruta de flujo de corriente es V-S1-A-RL-B-S2-V.
La corriente que fluye a través de la carga es de A a B y hace un medio ciclo positivo.
Modo 2
Los tiristores S3 y S4 están activados y los tiristores S1 y S2 están desactivados. El flujo de corriente es V-S3-B-RL-A-S4-V.
La corriente que fluye a través de la carga es de B a A y hace un medio ciclo negativo de salida.
Inversor trifásico
Generalmente, el suministro de CA trifásico usado en las industrias y la carga es trifásica. En este caso, un inversor trifásico se utiliza para ejecutar esta carga.
En un inversor trifásico, seis diodos y seis tiristores utilizados. Según el tiempo de conducción del tiristor, este inversor se divide en dos tipos;
- Modo de operación de 120 grados
- Modo de funcionamiento de 180 grados
Modo de operación de 120 grados
A la vez, dos tiristores están en conducción. El tiempo de conducción de todos los tiristores es de 120 grados. Esto significa que un interruptor permanece encendido durante 120 grados y apagado durante los siguientes 240 grados.
La forma del voltaje de fase es una onda casi cuadrada y la forma del voltaje de línea es una onda de tres pasos.
Modo de operación de 180 grados
Tres tiristores están en conducción a la vez. El tiempo de conducción de todos los tiristores es de 180 grados.
La forma del voltaje de línea y fase es opuesta al modo de funcionamiento de 120 grados. Aquí, para el voltaje de fase, una forma de onda es una onda de tres pasos y para el voltaje de línea, una forma de onda es una onda cuasi-cuadrada.
En un modo de operación de 180 grados, dos tiristores del puente común se activan y desactivan simultáneamente. Por ejemplo, en la mitad del ciclo (180 grados) S1 se enciende y la siguiente mitad del ciclo S4 se enciende. Así que, al mismo tiempo, S1 se apaga y S4 se enciende. Debido a esta conducción simultánea, es posible que la fuente pueda clasificarse en circuito.
Este problema no ocurrirá en un modo de funcionamiento de 120 grados.
Aplicaciones del inversor
Algunas de las aplicaciones de un inversor incluyen:
- Cuando la energía principal no está disponible, un suministro de energía ininterrumpida (UPS) utiliza batería e inversor.
- El inversor de potencia utilizado en el Línea de transmisión HVDC. También solía conectar dos sistemas de CA asíncronos.
- La salida del panel solar es energía de corriente continua. El inversor solar usado para convertir la energía de DC en energía de AC.
- El inversor produce un voltaje de salida variable utilizando una unidad de control (inversor de bucle cerrado). La velocidad del inversor controlada por el suministro de voltaje variable. Por ejemplo, se utiliza en el motor del compresor de la nevera, el transporte ferroviario, control de la velocidad del motor de inducción…un vehículo eléctrico.
- Puede convertir la energía de CA de baja frecuencia a una frecuencia más alta que se utiliza en calentamiento por inducción.
¿Quién inventó el inversor?
Antes de que se inventara el inversor, se utilizaba un grupo motor-generador y un convertidor rotativo para convertir la energía de DC en energía de AC.
El término de ingeniería «inversor» fue introducido por primera vez por David Prince en un artículo titulado El Inversor en 1925. En este artículo, Price definió el inversor como el inverso de un rectificador.
El término rectificador se utilizó durante más de dos décadas antes de 1925. Los convertidores rotativos se usaban como rectificador hasta que el diodo no estaba disponible. Cuando se usaba para la conversión de DC a AC, se denominaba rotaria invertida.
Después de la invención de los interruptores electrónicos, comenzó la nueva era de los convertidores. Y aumentar las aplicaciones de un inversor. Lo que lleva al avance de un inversor.
