O inversor de frequência tem grande importância nos carros elétricos e geração de energia renovável. O funcionamento deste circuito é o assunto de hoje.
Circuito simplificado
O inversor transforma tensão contínua, vinda das baterias do carro elétrico ou dos painéis fotovoltaicos, em tensão alternada com um sinal senoidal ou quadrado. Para entender o funcionamento, vamos primeiro considerar este circuito simplificado que lembra uma ponte H.
No circuito acima, quando as chaves S1 e S4 estão fechadas enquanto S3 e S2 ficam abertas, a corrente na carga flui no sentido mostrado a seguir.
Quando os estados das chaves se invertem, a corrente elétrica na carga flui no sentido oposto.
Com as chaves abrindo e fechando em uma frequência, uma onda quadrada alternada é produzida na carga.
Para ter uma frequência de 50 ou 60 Hz, as chaves devem comutar 100 ou 120 vezes por segundo. Esta velocidade só pode ser obtida com componentes semicondutores, como os transistores MOSFETs ou IGBTs. Estes componentes, controlam a passagem de corrente recebendo sinais de controle no terminal da porta. Mais detalhes serão assuntos para futuros posts.
Inversor de onda quadrada
Vários equipamentos produzem um zumbido e esquentam muito se forem alimentados com onda quadrada. Uma onda quadrada é a soma de várias senoides e este sinal produz harmônicas, ondas de frequências mais elevadas, múltiplas da frequência fundamental.
As harmônicas esquentam motores síncronos e de indução e, podem danificar aparelhos eletrônicos. O inversor de onda senoidal modificada (MSW) produz onda quadrada como mostra abaixo.
Inversores MSW são mais baratos e podem ser usados em iluminação sem envolver LEDs, aparelhos que usam resistência para aquecimento e carregadores.
Produzindo onda senoidal
Como o inversor produz uma onda senoidal pura? Um circuito de controle usa a técnica de modulação de largura de pulso (PWM), transmite pulsos de diferentes larguras para o terminal da porta dos transistores.
Os pulsos de maior largura são gerados onde houver necessidade de maior amplitude. Se pegar todas as tensões médias de cada pulso, o sinal resultante será semelhante a uma senoide. Quanto maior a frequência do sinal PWM, maior a semelhança com a onda senoidal.
Como o sinal PWM é gerado? Circuitos osciladores produzem uma senoide e um sinal triangular, ambos os sinais vão para o circuito comparador (OP1 e OP2). As ondas senoidais de OP1 e OP2 são defasadas em 180º entre si.
Se a amplitude da senoide for maior que a do sinal triangular, a saída do comparador será nível de tensão 1 ou alto, caso contrário, será 0 ou baixo.
Combinando os sinais nos pontos A e B, temos o sinal PWM mostrado anteriormente.
Inversores têm transformadores na saída para elevar a tensão, permitindo a alimentação de eletrodomésticos.
Inversor para motores trifásicos
Inversores para motores elétricos também são chamados de VFD (Drive de frequência variável). Possuem uma ponte retificadora de diodos para converter a tensão trifásica em contínua. Também há um filtro LC e uma ponte trifásica de IGBTs para controlar a velocidade do motor de indução.
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