- Clasificación de inversor
- (I) Según la característica de salida
- (II) Según la fuente del inversor
- (III) Según el tipo de carga
- (IV) Clasificación según la técnica de control
- (V) Según el número de niveles en la salida
La fuente de alimentación de corriente alterna (CA) se utiliza para casi todas las necesidades residenciales, comerciales e industriales. Pero el mayor problema con AC es que no se puede almacenar para uso futuro. Entonces la CA se convierte en CC y luego la CC se almacena en baterías y ultracondensadores. Y ahora, siempre que se necesita CA, CC se convierte nuevamente en CA para hacer funcionar los aparatos basados en CA. Entonces, el dispositivo que convierte CC en CA se llama Inverter. El inversor se utiliza para convertir CC en CA variable. Esta variación puede estar en la magnitud del voltaje, el número de fases, la frecuencia o la diferencia de fase.
Clasificación de inversor
El inversor se puede clasificar en muchos tipos según la salida, la fuente, el tipo de carga, etc. A continuación se muestra la clasificación completa de los circuitos del inversor:
(I) Según la característica de salida
- Inversor de onda cuadrada
- Inversor de onda sinusoidal
- Inversor de onda sinusoidal modificada
(II) Según la fuente del inversor
- Inversor de fuente de corriente
- Inversor de fuente de voltaje
(III) Según el tipo de carga
- Inversor monofásico
- Inversor de medio puente
- Inversor de puente completo
- Inversor trifásico
- Modo de 180 grados
- Modo de 120 grados
(IV) Según diferentes técnicas de PWM
- Modulación de ancho de pulso simple (SPWM)
- Modulación de ancho de pulso múltiple (MPWM)
- Modulación de ancho de pulso sinusoidal (SPWM)
- Modulación de ancho de pulso sinusoidal modificada (MSPWM)
(V) Según el número de nivel de salida
- Inversor regular de dos niveles
- Inversor multinivel
Ahora los discutiremos todos uno por uno. Puede consultar un ejemplo de diseño de circuito inversor de 12 V CC a 220 V CA aquí.
(I) Según la característica de salida
Según la característica de salida de un inversor, puede haber tres tipos diferentes de inversores.
- Inversor de onda cuadrada
- Inversor de onda sinusoidal
- Inversor de onda sinusoidal modificada
1) inversor de onda cuadrada
La forma de onda de salida del voltaje para este inversor es una onda cuadrada. Este tipo de inversor se utiliza menos entre todos los demás tipos de inversor porque todos los aparatos están diseñados para suministro de onda sinusoidal. Si suministramos una onda cuadrada a un aparato basado en onda sinusoidal, puede resultar dañado o las pérdidas son muy altas. El costo de este inversor es muy bajo pero la aplicación es muy rara. Se puede utilizar en herramientas sencillas con motor universal.
2) onda sinusoidal
La forma de onda de salida del voltaje es una onda sinusoidal y nos da una salida muy similar a la del suministro eléctrico. Esta es la principal ventaja de este inversor porque todos los aparatos que estamos usando están diseñados para la onda sinusoidal. Por lo tanto, este es el resultado perfecto y garantiza que el equipo funcionará correctamente. Este tipo de inversores es más caro pero se utiliza mucho en aplicaciones residenciales y comerciales.
3) Onda sinusoidal modificada
La construcción de este tipo de inversor es compleja que la del inversor de onda cuadrada simple, pero más fácil en comparación con el inversor de onda sinusoidal pura. La salida de este inversor no es onda sinusoidal pura ni onda cuadrada. La salida de dicho inversor es una de dos ondas cuadradas. La forma de onda de salida no es exactamente una onda sinusoidal, pero se parece a la forma de una onda sinusoidal.
(II) Según la fuente del inversor
- Inversor de fuente de voltaje
- Inversor de fuente de corriente
1) Inversor de fuente de corriente
En CSI, la entrada es una fuente de corriente. Este tipo de inversores se utiliza en la aplicación industrial de media tensión, donde las formas de onda de corriente de alta calidad son obligatorias. Pero los CSI no son populares.
2) Inversor de fuente de voltaje
En VSI, la entrada es una fuente de voltaje. Este tipo de inversor se utiliza en todas las aplicaciones porque es más eficiente y tiene una mayor confiabilidad y una respuesta dinámica más rápida. VSI es capaz de hacer funcionar motores sin reducción de potencia.
(III) Según el tipo de carga
- Inversor monofásico
- Inversor trifásico
1) inversor monofásico
Generalmente, la carga residencial y comercial utiliza energía monofásica. El inversor monofásico se utiliza para este tipo de aplicación. El inversor monofásico se divide además en dos partes;
- Inversor monofásico de medio puente
- Inversor monofásico de puente completo
A) Inversor de medio puente monofásico
Este tipo de inversor consta de dos tiristores y dos diodos y la conexión es como se muestra en la siguiente figura.
En este caso, el voltaje de CC total es Vs y se divide en dos partes iguales Vs / 2. El tiempo para un ciclo es T seg.
Para medio ciclo de 0
Para el segundo medio ciclo de T / 2
Vo = Vs / 2
Mediante esta operación, podemos obtener una forma de onda de voltaje alterno con una frecuencia de 1 / T Hz y una amplitud máxima de Vs / 2. La forma de onda de salida es una onda cuadrada. Pasará a través del filtro y eliminará los armónicos no deseados que nos dan una forma de onda sinusoidal pura. La frecuencia de la forma de onda se puede controlar mediante el tiempo de ENCENDIDO (Ton) y el tiempo de APAGADO (Toff) del tiristor.
La magnitud del voltaje de salida es la mitad del voltaje de suministro y el período de utilización de la fuente es del 50%. Esta es una desventaja del inversor de medio puente y la solución es el inversor de puente completo.
B) Inversor monofásico de puente completo
En este tipo de inversor se utilizan cuatro tiristores y cuatro diodos. El diagrama de circuito del puente completo monofásico es como se muestra en la siguiente figura.
A la vez, dos tiristores T1 y T2 conducen durante el primer medio ciclo 0 <t <T / 2. Durante este período, la tensión de carga es Vs, que es similar a la tensión de alimentación de CC.
Para el segundo semiciclo T / 2 <t <T, dos tiristores T3 y T4 conducen. El voltaje de carga durante este período es -Vs.
Aquí podemos obtener un voltaje de salida de CA igual al voltaje de suministro de CC y el factor de utilización de la fuente es del 100%. La forma de onda del voltaje de salida es una forma de onda cuadrada y los filtros se utilizan para convertirla en una onda sinusoidal.
Si todos los tiristores conducen al mismo tiempo o en un par de (T1 y T3) o (T2 y T4), entonces la fuente estará en cortocircuito. Los diodos están conectados en el circuito como diodo de retroalimentación porque se utiliza para la retroalimentación de energía a la fuente de CC.
Si comparamos el inversor de puente completo con el inversor de medio puente, para la carga de voltaje de suministro de CC dada, el voltaje de salida es dos veces y la potencia de salida es cuatro veces en el inversor de puente completo.
2) Inversor de puente trifásico
En caso de carga industrial se utiliza alimentación trifásica ac y para ello tenemos que utilizar un inversor trifásico. En este tipo de inversor, se utilizan seis tiristores y seis diodos y se conectan como se muestra en la siguiente figura.
Puede operar en dos modos según el grado de pulsos de la puerta.
- Modo de 180 grados
- Modo de 120 grados
A) modo de 180 grados
En este modo de funcionamiento, el tiempo de conducción del tiristor es de 180 grados. En cualquier momento del período, tres tiristores (un tiristor de cada fase) están en modo de conducción. La forma del voltaje de fase es de tres formas de onda escalonadas y la forma del voltaje de línea es una onda cuasi cuadrada, como se muestra en la figura.
Vab = Va0 - Vb0 Vbc = Vb0 - Vc0 Vca = Vc0 - Va0
Fase A |
T1 |
T4 |
T1 |
T4 |
||||||||
Fase B |
T6 |
T3 |
T6 |
T3 |
T6 |
|||||||
Fase C |
T5 |
T2 |
T5 |
T2 |
T5 |
|||||||
La licenciatura |
60 |
120 |
180 |
240 |
300 |
360 |
60 |
120 |
180 |
240 |
300 |
360 |
El tiristor conduce |
1 5 6 |
6 1 2 |
1 2 3 |
2 3 4 |
3 4 5 |
4 5 6 |
1 5 6 |
6 1 2 |
1 2 3 |
2 3 4 |
3 4 5 |
4 5 6 |
En esta operación, el intervalo de tiempo entre la conmutación del tiristor saliente y la conducción del tiristor entrante es cero. Por tanto, es posible la conducción simultánea del tiristor entrante y saliente. Da lugar a un cortocircuito de la fuente. Para evitar esta dificultad, se utiliza el modo de funcionamiento de 120 grados.
B) modo de 120 grados
En esta operación, a la vez solo conducen dos tiristores. Una de las fases del tiristor no está conectada al terminal positivo ni está conectada al terminal negativo. El tiempo de conducción de cada tiristor es de 120 grados. La forma del voltaje de línea es una forma de onda de tres pasos y la forma del voltaje de fase es una forma de onda cuasi cuadrada.
Fase A |
T1 |
T4 |
T1 |
T4 |
||||||||
Fase B |
T6 |
T3 |
T6 |
T3 |
T6 |
|||||||
Fase C |
T2 |
T5 |
T2 |
T5 |
||||||||
la licenciatura |
60 |
120 |
180 |
240 |
300 |
360 |
60 |
120 |
180 |
240 |
300 |
360 |
El tiristor conduce |
dieciséis |
2 1 |
3 2 |
3 4 |
4 5 |
sesenta y cinco |
dieciséis |
2 1 |
3 2 |
3 4 |
4 5 |
5 6 |
La forma de onda de voltaje de línea, voltaje de fase y pulso de puerta del tiristor es como se muestra en la figura anterior.
En cualquier interruptor electrónico de potencia, existen dos tipos de pérdidas; pérdida de conducción y pérdida de conmutación. La pérdida de conducción significa una pérdida de estado ENCENDIDO en el interruptor y la pérdida de conmutación significa pérdida de estado APAGADO en el interruptor. Generalmente, la pérdida de conducción es mayor que la pérdida de conmutación en la mayor parte de la operación.
Si consideramos el modo de 180 grados para una operación de 60 grados, tres interruptores están abiertos y tres interruptores están cerrados. Significa que la pérdida total es igual a tres veces la pérdida de conducción más tres veces la pérdida de conmutación.
Pérdida total en 180 grados = 3 (pérdida de conductancia) + 3 (pérdida de conmutación)
Si consideramos el modo de 120 grados para una operación de 60 grados, dos interruptores están abiertos y el resto de los cuatro interruptores están cerrados. Significa que la pérdida total es igual a dos veces la pérdida de conductancia más cuatro veces la pérdida de conmutación.
Pérdida total en 120 grados = 2 (pérdida de conductancia) + 4 (pérdida de conmutación)
(IV) Clasificación según la técnica de control
- Modulación de ancho de pulso único (PWM único)
- Modulación de ancho de pulso múltiple (MPWM)
- Modulación de ancho de pulso sinusoidal (SPWM)
- Modulación de ancho de pulso sinusoidal modificada (MSPWM)
La salida del inversor es una señal de onda cuadrada y esta señal no se utiliza para la carga. La técnica de modulación de ancho de pulso (PWM) se utiliza para controlar el voltaje de salida de CA. Este control se obtiene controlando el período de encendido y apagado de los interruptores. En la técnica PWM se utilizan dos señales; uno es la señal de referencia y el segundo es la señal portadora triangular. El pulso de puerta para interruptores se genera comparando estas dos señales. Existen diferentes tipos de técnicas PWM.
1) Modulación de ancho de pulso único (PWM único)
Para cada medio ciclo, el único pulso está disponible en esta técnica de control. La señal de referencia es una señal de onda cuadrada y la señal portadora es una señal de onda triangular. El pulso de puerta para los interruptores se genera comparando la señal de referencia y la señal portadora. La frecuencia de la tensión de salida está controlada por la frecuencia de la señal de referencia. La amplitud de la señal de referencia es Ar y la amplitud de la señal portadora es Ac, entonces el índice de modulación se puede definir como Ar / Ac. El principal inconveniente de esta técnica es el alto contenido de armónicos.
2) Modulación de ancho de pulso múltiple (MPWM)
El inconveniente de la técnica de modulación de ancho de pulso único se resuelve mediante múltiples PWM. En esta técnica, en lugar de un pulso, se utilizan varios pulsos en cada medio ciclo del voltaje de salida. La puerta se genera comparando la señal de referencia y la señal portadora. La frecuencia de salida se controla controlando la frecuencia de la señal portadora. El índice de modulación se utiliza para controlar la tensión de salida.
El número de pulsos por medio ciclo = fc / (2 * f0)
Donde fc = frecuencia de la señal portadora
f0 = frecuencia de la señal de salida
3) Modulación de ancho de pulso sinusoidal (SPWM)
Esta técnica de control se usa ampliamente en aplicaciones industriales. En ambos métodos anteriores, la señal de referencia es una señal de onda cuadrada. Pero en este método, la señal de referencia es una señal de onda sinusoidal. El pulso de puerta para los interruptores se genera comparando la señal de referencia de onda sinusoidal con la onda portadora triangular. El ancho de cada pulso varía con la variación de amplitud de la onda sinusoidal. La frecuencia de la forma de onda de salida es la misma que la frecuencia de la señal de referencia. El voltaje de salida es una onda sinusoidal y el voltaje RMS se puede controlar mediante un índice de modulación. Las formas de onda son como se muestra en la siguiente figura.
4) Modulación de ancho de pulso sinusoidal modificada (MSPWM)
Debido a la característica de la onda sinusoidal, el ancho de pulso de la onda no se puede cambiar con la variación del índice de modulación en la técnica SPWM. Esa es la razón por la que se introduce la técnica MSPWN. En esta técnica, la señal portadora se aplica durante el primer y último intervalo de 60 grados de cada medio ciclo. De esta forma se mejora su característica armónica. La principal ventaja de esta técnica es un mayor componente fundamental, un número reducido de dispositivos de potencia de conmutación y una disminución de la pérdida de conmutación. La forma de onda es como se muestra en la siguiente figura.
(V) Según el número de niveles en la salida
- Inversor regular de dos niveles
- Inversor multinivel
1) Inversor regular de dos niveles
Estos inversores solo tienen niveles de voltaje en la salida que son voltaje pico positivo y voltaje pico negativo. A veces, tener un nivel de voltaje cero también se conoce como inversor de dos niveles.
2) Inversores multinivel
Estos inversores pueden tener múltiples niveles de voltaje en la salida. El inversor multinivel se divide en cuatro partes.
- Inversor de condensador volador
- Inversor con abrazadera de diodo
- Inversor híbrido
- Inversor tipo H en cascada
Cada inversor tiene su propio diseño para su funcionamiento, aquí hemos explicado brevemente estos inversores para tener una idea básica sobre ellos.