Qual è il principio fondamentale di un inverter e i suoi tipi

Principi di base e tipi di inverter

Un inverter è un dispositivo elettronico di potenza che converte la corrente continua (CC) in corrente alternata (CA). È ampiamente utilizzato nei sistemi di energia rinnovabile, nelle fonti di alimentazione ininterrotta (UPS), nei veicoli elettrici e in altre applicazioni. A seconda dell'applicazione specifica e dei requisiti tecnici, gli inverter possono funzionare su diversi principi e presentarsi in vari tipi. Di seguito sono elencati alcuni tipi comuni di inverter e i loro principi di funzionamento:

1. Inverter monofase

• Principio: Un inverter monofase converte l'energia CC in energia CA monofase. È tipicamente utilizzato per l'elettricità domestica o per piccole attrezzature. L'onda d'uscita di un inverter monofase può essere a onda quadra, a onda sinusoidale modificata o a onda sinusoidale pura.

• Inverter a onda quadra: L'onda d'uscita è una semplice onda quadra, adatta per carichi di base ma genera significative interferenze armoniche, rendendola non adatta per dispositivi sensibili.

• Inverter a onda sinusoidale modificata: L'onda d'uscita è intermedia tra un'onda quadra e un'onda sinusoidale, con un contenuto armonico inferiore, adatta per la maggior parte degli elettrodomestici domestici.

• Inverter a onda sinusoidale pura: L'onda d'uscita si avvicina molto a un'onda sinusoidale ideale, con un contenuto armonico minimo, adatta per dispositivi che richiedono energia di alta qualità, come computer e apparecchiature mediche.

• Applicazione: Sistemi solari domestici, piccoli UPS, fonti di alimentazione portatili, ecc.

2. Inverter trifase

• Principio: Un inverter trifase converte l'energia CC in energia CA trifase. È comunemente utilizzato per i motori industriali, grandi impianti fotovoltaici (PV) e la generazione di energia eolica. L'onda d'uscita di un inverter trifase è anche a onda sinusoidale, fornendo energia più stabile per dispositivi ad alta potenza.

• Applicazione: Motori industriali, grandi impianti PV, generazione di energia eolica, sistemi di trazione per veicoli elettrici, ecc.

3. Inverter a sorgente di tensione (VSI)

• Principio: Un inverter a sorgente di tensione (VSI) è collegato a una sorgente di tensione CC fissa (come una batteria o un rettificatore) all'ingresso e utilizza dispositivi di commutazione (come IGBT o MOSFET) per controllare la tensione CA in uscita. Il VSI regola l'ampiezza e la frequenza della tensione in uscita regolando la frequenza di commutazione e il ciclo di lavoro.

• Caratteristiche: Fornisce una tensione di uscita stabile, adatta per applicazioni che richiedono alta qualità della tensione. La corrente di uscita dipende dalle caratteristiche del carico e può subire significative fluttuazioni.

• Applicazione: Inverter domestici, sistemi UPS, veicoli elettrici, ecc.

4. Inverter a sorgente di corrente (CSI)

• Principio: Un inverter a sorgente di corrente (CSI) è collegato a una sorgente di corrente CC fissa all'ingresso e controlla la corrente CA in uscita utilizzando dispositivi di commutazione. Il CSI regola l'ampiezza e la frequenza della corrente in uscita regolando la frequenza di commutazione e il ciclo di lavoro.

• Caratteristiche: Fornisce una corrente di uscita stabile, adatta per applicazioni che richiedono un controllo preciso della corrente. La tensione di uscita dipende dalle caratteristiche del carico e può subire significative fluttuazioni.

• Applicazione: Motori industriali, riscaldamento induttivo, ecc.

5. Inverter a modulazione di larghezza d'impulso (PWM Inverter)

• Principio: Un inverter PWM controlla l'ampiezza e la frequenza della tensione in uscita regolando il tempo di conduzione (cioè la larghezza d'impulso) dei dispositivi di commutazione. La tecnologia PWM può produrre un'onda d'uscita che si avvicina molto a un'onda sinusoidale, riducendo la distorsione armonica e migliorando la qualità dell'energia.

• Caratteristiche: Onda d'uscita di alta qualità, alta efficienza, adatto per applicazioni che richiedono alta qualità dell'energia. Gli inverter PWM possono ottenere diverse frequenze CA variando la frequenza di commutazione.

• Applicazione: Inverter domestici, motori industriali, sistemi UPS, inverter fotovoltaici, ecc.

6. Inverter multilivello

• Principio: Un inverter multilivello genera un'onda d'uscita a multi-livelli combinando più sorgenti DC o più dispositivi di commutazione. Rispetto agli inverter tradizionali a due livelli, gli inverter multilivello producono un'onda d'uscita molto più vicina a un'onda sinusoidale, con un contenuto armonico inferiore e perdite di commutazione ridotte.

• Caratteristiche: Onda d'uscita di altissima qualità, adatto per applicazioni ad alta potenza e alta tensione. Gli inverter multilivello possono ridurre la necessità di filtri, diminuendo la complessità e il costo del sistema.

• Applicazione: Trasmissione in corrente continua ad alta tensione (HVDC), motori industriali di grande dimensione, generazione di energia eolica, ecc.

7. Inverter isolato

• Principio: Un inverter isolato include un trasformatore tra il lato CC e il lato CA, fornendo isolamento elettrico. Questo design impedisce che i guasti sul lato CC influenzino il lato CA, migliorando la sicurezza del sistema.

• Caratteristiche: Isolamento elettrico eccellente, adatto per applicazioni che richiedono un isolamento sicuro. Gli inverter isolati possono anche utilizzare trasformatori per aumentare o diminuire la tensione, adattandosi a diversi requisiti di carico.

• Applicazione: Apparecchiature mediche, sistemi di controllo industriale, sistemi di generazione distribuita, ecc.

8. Inverter non isolato

• Principio: Un inverter non isolato non ha un trasformatore incorporato, e il lato CC è direttamente collegato al lato CA. Questo design semplifica la struttura del circuito, riduce costi e dimensioni, ma manca di isolamento elettrico, il che può influire sulla sicurezza del sistema.

• Caratteristiche: Struttura semplice, basso costo, alta efficienza, non adatto per applicazioni che richiedono isolamento elettrico.

• Applicazione: Sistemi solari domestici, piccoli UPS, ecc.

9. Inverter bidirezionale

• Principio: Un inverter bidirezionale può convertire la CC in CA e viceversa. Ciò consente un flusso energetico bidirezionale, permettendo all'inverter di scaricare energia da un sistema di accumulo (come una batteria) e di reinserire l'energia in eccesso nella rete o ricaricare il sistema di accumulo.

• Caratteristiche: Supporta il flusso energetico bidirezionale, adatto per sistemi di accumulo, stazioni di ricarica per veicoli elettrici, ecc.

• Applicazione: Sistemi di accumulo, ricarica di veicoli elettrici, microreti, ecc.

10. Inverter grid-tied

• Principio: Un inverter grid-tied converte l'energia CC (ad esempio, da pannelli solari) in energia CA sincronizzata con la rete e la inserisce nella rete. Gli inverter grid-tied devono avere capacità di sincronizzazione per assicurare che l'energia CA in uscita sia in fase con la tensione, la frequenza e la fase della rete.

• Caratteristiche: Può vendere l'energia in eccesso alla rete, consentendo un'efficace utilizzazione dell'energia. Gli inverter grid-tied includono tipicamente protezioni anti-isolamento per prevenire l'operazione durante i guasti della rete.

• Applicazione: Sistemi PV connessi alla rete, generazione di energia eolica, ecc.

11. Inverter off-grid

• Principio: Un inverter off-grid opera indipendentemente dalla rete ed è tipicamente utilizzato con un sistema di accumulo (come una batteria). Converte l'energia CC in energia CA per i carichi locali. Gli inverter off-grid non devono sincronizzarsi con la rete, ma devono fornire tensione e frequenza stabili per garantire un'uscita AC di alta qualità.

• Caratteristiche: Operazione indipendente, adatto per aree remote o luoghi senza accesso alla rete. Gli inverter off-grid spesso includono sistemi di gestione delle batterie per garantire il corretto funzionamento del sistema di accumulo.

• Applicazione: Fornitura di energia in aree remote, energia di emergenza, sistemi di generazione indipendenti, ecc.

Riepilogo

Gli inverter operano su vari principi e presentano diversi tipi a seconda dell'applicazione specifica e dei requisiti tecnici. Gli inverter monofase e trifase sono adatti per diversi tipi di carichi; gli inverter a sorgente di tensione e a sorgente di corrente differiscono in base alle loro caratteristiche di uscita; le tecnologie PWM e multilivello migliorano la qualità dell'onda d'uscita; gli inverter isolati e non isolati offrono diversi livelli di sicurezza; gli inverter bidirezionali supportano il flusso energetico bidirezionale; gli inverter grid-tied e off-grid sono progettati rispettivamente per l'operazione connessa alla rete e indipendente.