Ultima edición el 16 septiembre, 2021 por JORGE CABRERA BERRÍOS
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¿Qué es un inversor?
Un inversor (o inversor de potencia) es un dispositivo de electrónica de potencia que se utiliza para convertir voltaje CC en voltaje CA. Aunque la alimentación de CC se utiliza en pequeños aparatos eléctricos, la mayoría de los equipos domésticos funcionan con alimentación de CA. Por lo tanto, necesitamos una forma eficiente de convertir la energía de CC en energía de CA.
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 tanto, el inversor es un convertidor, no un generador .
Se puede utilizar como un dispositivo independiente, como energía solar o energía de respaldo para electrodomésticos. El inversor toma la energía de CC de las baterías y la convierte en energía de CA en el momento de la falla de energía.
Un inversor de energía que se utiliza en la red del sistema de energía para convertir la energía de CC a granel en energía de CA. es decir, se utiliza en el extremo receptor de las líneas de transmisión HVDC . Este inversor se conoce como inversor de conexión a red .
¿Cómo funciona un inversor?
Entendamos el funcionamiento de un inversor con un ejemplo. Una bombilla conectada con una batería . Hace un camino estrecho. Por lo tanto, la corriente fluirá a través del bulbo.
La bombilla tiene dos terminales que son ‘A’ y ‘B’. El terminal positivo y negativo de la batería está conectado con el terminal ‘A’ y ‘B’ respectivamente y la bombilla brillará.
Ahora, cambie 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 esa es la dirección de la corriente alterna .
Ahora imagina que puedes hacer girar la batería a 50 o 60 rpm. ¿Lo que sucederá? La dirección cambiará 50 o 60 veces. Esto es similar a la energía CA. Y la frecuencia es de 50 o 60 Hz.
Esto es solo para comprender 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 de puente completo monofásico para comprender el funcionamiento.
Hay cuatro interruptores. Una fuente de CC conectada con los interruptores y la carga.
Cuando los interruptores S1 y S2 están ENCENDIDOS, S3 y S4 APAGADOS, la dirección de la corriente a través de la carga es positiva en esta condición. Da un semiciclo positivo de la salida de CA.
Ahora, el interruptor S3 y S4 están en ON, S1 y S2 en OFF. La corriente que fluye en la dirección opuesta. Da un semiciclo 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 modificada
- Inversor de onda sinusoidal
Inversor de onda cuadrada
Este es el tipo de inversor menos utilizado 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 corriente alterna, diseñados para la onda sinusoidal .
Convierte la señal de CC directa en una señal de CA de cambio de fase. Pero la salida no es una señal de CA pura. Este es el tipo de inversor más económico.
Si conecta el equipo con un inversor de onda cuadrada, produce más pérdidas. El equipo puede resultar dañado 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 de paso bajo activos ).
Inversor de onda sinusoidal modificada
Este inversor también se conoce como inversor de cuasi onda. Este inversor genera la señal cerca de la onda sinusoidal. Pero no puede generar la onda sinusoidal suave.
Un inversor de onda sinusoidal modificada crea algunas pausas antes del cambio de fase. No cambia de fase directamente de positivo a negativo como una onda cuadrada.
La construcción de este inversor es más compleja que la del inversor de onda cuadrada pero más sencilla 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 onda sinusoidal.
Se puede generar una onda sinusoidal a partir del inversor de onda cuadrada modificando la forma de onda de salida.
Este inversor tuvo las menores pérdidas. Pero el costo de este inversor es muy alto. Este tipo de inversores se usa ampliamente en aplicaciones residenciales y comerciales.
Según el tipo de carga
Hay dos tipos de alimentación de CA; monofásico y trifásico. Por tanto, existen dos tipos de carga. Y según eso, hay dos tipos de inversores:
- Inversor monofásico
- Inversor trifásico
Inversor monofásico
Si la carga es monofásica, el inversor utiliza para ejecutar la carga que es el inversor monofásico. Hay dos tipos;
- Inversor de medio puente
- Inversor de puente completo
Inversor de medio puente monofásico
Dos tiristores (S1 y S2) conectados con dos diodos de retroalimentación (D1 y D2) como se muestra en el diagrama de circuito a continuación.
La tensión de alimentación se divide en dos partes iguales. La carga resistiva utilizada para comprender el principio de funcionamiento.
Modo-1
El tiristor S1 está encendido y S2 está apagado durante este modo. La ruta de flujo de corriente es V / 2-S1-B-RL-AV / 2 .
La corriente que fluye a través de la carga es la dirección B a A. Y el voltaje a través de la carga es positivo V / 2. En este modo, se genera el ciclo positivo de la salida.
Modo 2
El tiristor S2 está encendido y S1 está apagado durante este modo. La ruta de flujo de corriente es V / 2-A-RL-B-S2-V / 2 .
La corriente que fluye a través de la carga en la dirección A a B. El voltaje a través de la carga es V / 2 negativo. En este modo, se genera el ciclo negativo de producción.
Inversor monofásico de puente completo
En un inversor de puente completo, se utilizan 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 ENCENDIDOS y los tiristores S3 y S4 están APAGADOS durante 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 semiciclo positivo.
Modo 2
Los tiristores S3 y S4 están ENCENDIDOS y los tiristores S1 y S2 están APAGADOS. La ruta de 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 produce un semiciclo negativo de salida.
Inversor trifásico
Generalmente, el suministro de CA trifásico se utiliza en las industrias y la carga es trifásica. En este caso, se utilizó un inversor trifásico para ejecutar esta carga.
En un inversor trifásico, se utilizan seis diodos y seis tiristores. Según el tiempo de conducción del tiristor, este inversor se divide en dos tipos;
- Modo de funcionamiento de 120 grados
- Modo de funcionamiento de 180 grados
Modo de funcionamiento de 120 grados
A la vez, dos tiristores están en conducción. El tiempo de conducción para todos los tiristores es de 120 grados. 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 cuasi cuadrada y la forma del voltaje de línea es una forma de onda de tres pasos.
Modo de funcionamiento de 180 grados
Tres tiristores están en conducción a la vez. El tiempo de conducción para todos los tiristores es de 180 grados.
La forma del voltaje de línea y el voltaje de fase es opuesta al modo de operación 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 están ENCENDIDOS y APAGADOS simultáneamente. Por ejemplo, en medio ciclo (180 grados) S1 está ENCENDIDO y el siguiente medio ciclo S4 está ENCENDIDO. Entonces, al mismo tiempo, S1 se apaga y S4 se enciende. Debido a esta conducción simultánea, es posible que la fuente se clasifique en circuito.
Este problema no ocurrirá en un modo de operación de 120 grados.
Aplicaciones del inversor
Algunas de las aplicaciones de un inversor incluyen:
- Cuando la energía principal no está disponible, una fuente de alimentación ininterrumpida (UPS) usa batería e inversor.
- El inversor de potencia utilizado en la línea de transmisión HVDC . También se utiliza para conectar dos sistemas de CA asíncronos.
- La salida del panel solar es corriente continua. El inversor solar utilizado para convertir la energía de CC en energía de CA.
- El inversor produce voltaje de salida variable mediante el uso de una unidad de control ( inversor de circuito cerrado ). La velocidad del inversor controlada mediante el suministro de voltaje variable. Por ejemplo, se utiliza en el motor del compresor del refrigerador, transporte ferroviario, control de velocidad del motor de inducción , vehículo eléctrico.
- Puede convertir la energía de CA de baja frecuencia a una frecuencia más alta que se utiliza en el calentamiento por inducción .
¿Quién inventó el inversor?
Antes de que se inventara el inversor, se usaba un grupo electrógeno de motor y un convertidor rotatorio para convertir la energía de CC en energía de CA.
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 estuvo en uso durante más de dos décadas antes de 1925. Los convertidores rotativos se usaban como rectificador hasta que el diodo no estaba disponible. Cuando se utiliza para la conversión de CC a CA, se denomina «rotativos invertidos» .
Después de la invención de los interruptores de la electrónica de potencia, comenzó la nueva era de los convertidores. Y aumente las aplicaciones de un inversor. Lo que conduce al avance de un inversor.
