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Como funcionam os inversores Neste artigo, veremos como funciona um inversor para converter corrente contínua (CC) em corrente alternada (CA). Os inversores são utilizados em conjuntos fotovoltaicos para fornecer energia CA para utilização em casas e edifícios. Também são integrados em variadores de frequência (VFD) para obter um controlo preciso do sistema de serviços de edifícios AVAC, controlando a velocidade, o binário e asentido de rotação dos motores de indução de corrente alternada acoplados a ventiladores, bombas e compressores. Desloque-se para o fundo para ver o tutorial em vídeo
Um excelente exemplo da forma como um inversor foi integrado num sistema de refrigeração, para proporcionar um controlo preciso, bem como para desbloquear poupanças de energia, é a unidade de condensação Optyma™ Plus INVERTER da Danfoss. O Optyma™ Plus INVERTER combina a experiência líder de mercado na conceção de unidades de condensação com os benefícios exclusivos da tecnologia scroll do inversor contínuo. O resultado é uma eficiência energética 25% superior emum pacote adaptativo, para aplicações de refrigeração a média e alta temperatura na gama de 2kW a 9kW com R407A, R407F e R404A. Saiba mais sobre o INVERSOR Optyma™ Plus
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O que é um inversor?
Vamos começar pelo básico: provavelmente sabe que existem dois tipos diferentes de energia eléctrica: a corrente contínua (CC), que é fornecida por baterias e painéis solares, etc. Este tipo de energia é utilizado principalmente por pequenos produtos digitais com placas de circuitos, etc.
O outro tipo de energia é a corrente alternada (CA), que é fornecida pelas tomadas eléctricas das casas e é normalmente utilizada para alimentar aparelhos de maiores dimensões. Ambos os tipos de energia têm as suas utilizações e limitações, pelo que muitas vezes é necessário fazer a conversão entre os dois para maximizar a sua utilização.
O inversor converte DC em AC Um inversor é um dispositivo que é utilizado para converter entre corrente contínua (DC) e corrente alternada (AC).
Osciloscópio de corrente contínua Se utilizar um osciloscópio para observar o sinal destes dois tipos de energia, verá que a corrente contínua se situa na sua tensão máxima e continua em linha reta. Isto deve-se ao facto de a corrente fluir diretamente numa só direção, razão pela qual se chama corrente contínua. É um pouco como um rio ou um canal, está sempre no seu pico e flui numa só direção.
Padrão de osciloscópio de corrente alternada Se utilizar um osciloscópio para observar a corrente alternada, verá um padrão ondulatório em que a tensão alterna entre os seus dois picos de tensão na metade positiva e na metade negativa do seu ciclo. Isto deve-se ao facto de a corrente viajar para trás e para a frente. É um pouco como a maré do oceano, em que atinge a sua máxima maré alta e a sua máxima maré baixa e a corrente da água mudadireção entre estes dois picos.
Assim, um inversor converte simplesmente de CC para CA e é uma invenção muito útil. Também pode converter de CA para CC utilizando um retificador e é comum encontrar ambos em alguns dispositivos. Se quiser saber mais sobre eletricidade, veja o nosso vídeo anterior sobre Como funciona a eletricidade.
Onde são utilizados os inversores?
Aplicações de inversores Uma aplicação comum e bastante simples dos inversores é nos painéis fotovoltaicos, uma vez que estes geram energia de corrente contínua, mas os electrodomésticos da sua casa utilizam energia de corrente alternada, pelo que esta tem de ser convertida para poder ser utilizada.
Uma forma ligeiramente mais complexa de serem utilizados é quando integrados em variadores de frequência (VFD), também conhecidos como variadores de velocidade (VSD), para controlar a velocidade, o binário e a direção dos motores de corrente alternada, de modo a obter um controlo muito preciso que também poupa energia. Pode encontrá-los em ventiladores, bombas e compressores e, basicamente, em qualquer equipamento que rode. São utilizados em todas as indústrias e de forma extensivaem sistemas AVAC para propriedades industriais e comerciais.
Nesta aplicação, o inversor é acoplado a um retificador e a energia CA que entra é convertida em CC e depois novamente em CA, mas os controladores alteram a frequência do padrão de onda sinusoidal.
Ao manipular isto, o comportamento dos motores pode ser controlado com precisão e, assim, quando ligado a um ventilador, bomba ou compressor, este também pode ser controlado com precisão.
Em parte, é assim que funciona a unidade de condensação inverter Optyma plus da Danfoss, que possui um circuito de controlo muito inteligente que mede a carga de refrigeração e, em seguida, altera a velocidade do motor, que altera a velocidade do compressor scroll e que aumenta ou diminui a capacidade de refrigeração para corresponder à carga e obter um controlo preciso da temperatura, bem como poupanças de energia.
Como funcionam os inversores
Circuito Inversor Simples Vamos considerar um circuito simplificado em que uma fonte de corrente contínua está a ser utilizada para alimentar uma carga de corrente alternada. Para converter a corrente contínua em corrente alternada existem 4 interruptores. Os interruptores estão emparelhados de modo a que os interruptores 2 e 3 abram quando os interruptores 1 e 4 fecham e vice-versa.fonte.
Se os interruptores 2 e 3 fecharem e os interruptores 1 e 4 abrirem, a corrente fluirá pelo lado direito da lâmpada.
Se os interruptores 1 & 4 fecharem e 2 & 3 abrirem, isso forçará a corrente a fluir através do lado esquerdo da lâmpada.
Animação simples da comutação do inversor Assim, pode ver que existe uma fonte de corrente contínua, mas a lâmpada experimenta uma corrente alternada.
No entanto, a lâmpada não verá esta onda como uma onda sinusoidal, uma vez que a comutação súbita resultará apenas numa onda quadrada. Os cantos agudos da onda quadrada podem ser prejudiciais para o equipamento elétrico, pelo que têm de ser suavizados.
Se considerarmos a eletricidade que recebemos nas tomadas de corrente da nossa casa, esta é fornecida a 50 ou 60 Hz, dependendo do local do mundo onde nos encontramos, o que significa que a corrente tem de inverter o sentido 50 ou 60 vezes por segundo.
Para atingir a velocidade de comutação necessária, os engenheiros utilizam componentes electrónicos especiais, como díodos, IGBTs, MOSFETs, etc.
Inversor utilizando IGBTs Vamos considerar um exemplo de alimentação trifásica para um motor. Pode ver que este circuito tem uma fonte de corrente contínua e uma carga de corrente alternada e para converter a corrente contínua em corrente alternada há um conjunto de IGBT's que estão ligados a um controlador. Este controlador enviará um sinal a cada IGBT dizendo-lhe quando deve abrir e fechar.
Animação da comutação do IGBT do inversor Quando o circuito é ligado, pode ver que o controlador está a comutar pares de IGBTs para permitir que a corrente passe através deles durante um determinado período de tempo, de modo a que o motor experimente uma corrente alternada, neste exemplo a corrente alternada está em 3 fases.
Como é que os inversores são utilizados para controlar a velocidade do motor
Se olharmos mais de perto para os IGBTs, veremos que eles abrem e fecham de forma pulsante várias vezes por ciclo, o que é conhecido como modulação por largura de pulso.
O que está a acontecer é que o ciclo foi dividido em vários segmentos mais pequenos, e o controlador diz aos IGBT durante quanto tempo devem fechar, durante cada segmento.
Ao abrir e fechar os interruptores em períodos de tempo variáveis durante cada segmento de cada ciclo, os IGBTs podem permitir que quantidades variáveis de corrente fluam através do circuito e para o motor.
Quanto mais segmentos o ciclo for dividido, mais suave será a onda sinusoidal e mais se aproximará de uma onda sinusoidal CA real.
O motor verá o valor médio e, portanto, experimentará uma corrente alternada sinusoidal.
Modulação da largura de pulso O controlador pode alterar o período de tempo em que os IGBTs estão abertos para aumentar ou diminuir a frequência e o comprimento de onda para controlar a velocidade, o binário e a direção dos motores e, com alguns circuitos de controlo adicionais, pode ser utilizado para corresponder exatamente à carga necessária para proporcionar um controlo preciso de um sistema e desbloquear poupanças de energia.
