O que é inversor? Um guia para iniciantes de engenharia elétrica e eletrônica

Introdução:

Neste artigo, explicaremos o que é um inversor, qual é a sua função e qual é o seu princípio de funcionamento. 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, torque e direção de rotação de 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). A corrente contínua é aquela que você provavelmente usaria para uma lanterna básica, painéis solares ou baterias e pequenos produtos elétricos com placas de circuito. Mas quando falamos de eletrodomésticos maiores, a eletricidade funciona de maneira bem diferente. A fonte de alimentação de sua tomada de parede é baseada em corrente alternada (CA) e é usada para alimentar sua casa. Ambos os tipos têm suas próprias limitações e muitas vezes temos que converter um formulário para o 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 de ambos os tipos de potências. A CC fornecerá uma corrente que flui essencialmente em uma direção com tensão máxima; você verá uma linha única, contínua e reta. Por outro lado, para CA, você verá um padrão de onda senoidal com a tensão alternando entre os pontos de pico positivo e negativo em um ciclo. A corrente essencialmente viaja ‘para frente e para trás’.

Funcionamento de um inversor

Para entender o funcionamento de um inversor, considere um circuito onde uma fonte CC está sendo usada para alimentar um dispositivo CA. Para converter DC para AC existem quatro interruptores. As chaves são pareadas de tal forma que quando as chaves 1 e 4 fecham, as chaves 2 e 3 abrem e vice-versa. Portanto, a carga experimentará uma corrente alternada, embora esteja conectada a uma fonte CC.

Quando um par de interruptores está aberto, a corrente flui pelo lado direito do dispositivo CA. Da mesma forma, quando o segundo par de chaves correspondente está aberto, a corrente flui pelo lado esquerdo do dispositivo CA. E assim, o dispositivo experimentará uma corrente alternada.

O dispositivo não apresentará uma onda senoidal; em vez disso, a mudança repentina resultará em uma onda quadrada. Essa onda pode realmente danificar o dispositivo elétrico e, portanto, precisa ser suavizada. 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 AC, e vários IGBTs conectados a um controlador. Cada IGBT receberá um sinal do controlador informando quando abrir e fechar. Os IGBTs são emparelhados.

Quando você liga o circuito, o controlador liga um par de IGBTs para permitir que a corrente passe por eles por um período de tempo limitado e assim o motor experimentará uma corrente alternada.

Uso de inversores para controlar a velocidade do motor:

IGBTs abrem e fecham de forma pulsante várias vezes por ciclo, o que também é conhecido como modulação por largura de pulso. O ciclo em si é dividido em segmentos menores e o controlador informa aos IGBTs quanto tempo devem permanecer fechados para cada segmento menor. Desta forma, 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 dividirmos 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, o torque e a direção do motor.

Usos de inversores: 

Os inversores têm muitas aplicações e usam:

• Eles são usados ​​em pequenos adaptadores de carro para o escritório, aplicativos domésticos e sistemas de grande rede.
• Uma aplicação comum é em matrizes fotovoltaicas.
• Eles são integrados aos drivers de frequência variável para controlar a velocidade, o torque e a direção dos motores CA.
• Eles são usados ​​em sistemas HVAC para propriedades industriais e comerciais.
• Eles podem ser usados ​​como UPS (Fontes de Alimentação Ininterruptas).
• Eles são usados ​​em sistemas de energia solar.
• Eles podem ser usados ​​em ventiladores centrífugos, misturadores, bombas, transportadores, extrusoras etc.