Qual é o princípio básico de um inversor com tipos?

Princípios Básicos e Tipos de Inversores

Um inversor é um dispositivo eletrônico de potência que converte corrente contínua (CC) em corrente alternada (CA). É amplamente utilizado em sistemas de energia renovável, fontes de alimentação ininterruptas (UPS), veículos elétricos e outras aplicações. Dependendo da aplicação específica e dos requisitos técnicos, os inversores podem operar com base em diferentes princípios e existem em vários tipos. Abaixo estão alguns tipos comuns de inversores e seus princípios de funcionamento:

1. Inversor Monofásico

• Princípio: Um inversor monofásico converte a energia CC em energia CA monofásica. É tipicamente usado para eletricidade doméstica ou equipamentos pequenos. A forma de onda de saída de um inversor monofásico pode ser uma onda quadrada, onda senoidal modificada ou onda senoidal pura.

• Inversor de Onda Quadrada: A forma de onda de saída é uma onda quadrada simples, adequada para cargas básicas, mas gera interferência harmônica significativa, tornando-o inadequado para dispositivos sensíveis.

• Inversor de Onda Senoidal Modificada: A forma de onda de saída está entre uma onda quadrada e uma onda senoidal, com conteúdo harmônico menor, adequada para a maioria dos eletrodomésticos.

• Inversor de Onda Senoidal Pura: A forma de onda de saída se assemelha fortemente a uma onda senoidal ideal, com conteúdo harmônico mínimo, adequada para dispositivos que exigem alta qualidade de energia, como computadores e equipamentos médicos.

• Aplicação: Sistemas solares residenciais, unidades UPS pequenas, fontes de energia portáteis, etc.

2. Inversor Trifásico

• Princípio: Um inversor trifásico converte a energia CC em energia CA trifásica. É comumente usado em acionamentos de motores industriais, grandes sistemas fotovoltaicos (FV) e geração de energia eólica. A forma de onda de saída de um inversor trifásico também é uma onda senoidal, fornecendo energia mais estável para dispositivos de alta potência.

• Aplicação: Acionamentos de motores industriais, grandes usinas FV, geração de energia eólica, sistemas de acionamento de veículos elétricos, etc.

3. Inversor de Fonte de Tensão (VSI)

• Princípio: Um inversor de fonte de tensão (VSI) se conecta a uma fonte de tensão CC fixa (como bateria ou retificador) na entrada e utiliza dispositivos de chaveamento (como IGBTs ou MOSFETs) para controlar a tensão de saída CA. O VSI regula a amplitude e a frequência da tensão de saída ajustando a frequência de chaveamento e o ciclo de trabalho.

• Características: Fornece tensão de saída estável, adequado para aplicações que exigem alta qualidade de tensão. A corrente de saída depende das características da carga e pode apresentar flutuações significativas.

• Aplicação: Inversores residenciais, sistemas UPS, veículos elétricos, etc.

4. Inversor de Fonte de Corrente (CSI)

• Princípio: Um inversor de fonte de corrente (CSI) se conecta a uma fonte de corrente CC fixa na entrada e controla a corrente de saída CA usando dispositivos de chaveamento. O CSI regula a amplitude e a frequência da corrente de saída ajustando a frequência de chaveamento e o ciclo de trabalho.

• Características: Fornece corrente de saída estável, adequado para aplicações que exigem controle preciso de corrente. A tensão de saída depende das características da carga e pode apresentar flutuações significativas.

• Aplicação: Acionamentos de motores industriais, aquecimento por indução, etc.

5. Inversor de Modulação de Largura de Pulso (Inversor PWM)

• Princípio: Um inversor PWM controla a amplitude e a frequência da tensão de saída ajustando o tempo de condução (ou seja, a largura do pulso) dos dispositivos de chaveamento. A tecnologia PWM pode produzir uma forma de onda de saída que se assemelha fortemente a uma onda senoidal, reduzindo a distorção harmônica e melhorando a qualidade da energia.

• Características: Forma de onda de saída de alta qualidade, alta eficiência, adequado para aplicações que exigem alta qualidade de energia. Inversores PWM podem atingir diferentes frequências CA variando a frequência de chaveamento.

• Aplicação: Inversores residenciais, acionamentos de motores industriais, sistemas UPS, inversores FV, etc.

6. Inversor Multinível

• Princípio: Um inversor multinível gera uma forma de onda de tensão de saída multinível combinando múltiplas fontes DC ou múltiplos dispositivos de chaveamento. Comparado aos inversores tradicionais de dois níveis, os inversores multiníveis produzem uma forma de onda de saída muito mais próxima de uma onda senoidal, com conteúdo harmônico menor e perdas de chaveamento reduzidas.

• Características: Forma de onda de saída de extrema qualidade, adequado para aplicações de alta potência e alta tensão. Inversores multiníveis podem reduzir a necessidade de filtros, diminuindo a complexidade e o custo do sistema.

• Aplicação: Transmissão de corrente contínua de alta tensão (HVDC), acionamentos de motores industriais de grande porte, geração de energia eólica, etc.

7. Inversor Isolado

• Princípio: Um inversor isolado inclui um transformador entre o lado CC e o lado CA, fornecendo isolamento elétrico. Este design previne falhas no lado CC de afetar o lado CA e aumenta a segurança do sistema.

• Características: Excelente isolamento elétrico, adequado para aplicações que exigem isolamento seguro. Inversores isolados também podem usar transformadores para aumentar ou diminuir a tensão, adaptando-se a diferentes requisitos de carga.

• Aplicação: Equipamentos médicos, sistemas de controle industrial, sistemas de geração distribuída, etc.

8. Inversor Não Isolado

• Princípio: Um inversor não isolado não possui um transformador embutido, e o lado CC está diretamente conectado ao lado CA. Este design simplifica a estrutura do circuito, reduz o custo e o tamanho, mas falta isolamento elétrico, o que pode afetar a segurança do sistema.

• Características: Estrutura simples, baixo custo, alta eficiência, inadequado para aplicações que exigem isolamento elétrico.

• Aplicação: Sistemas solares residenciais, unidades UPS pequenas, etc.

9. Inversor Bidirecional

• Princípio: Um inversor bidirecional pode converter DC em CA e também converter CA de volta em DC. Isso permite fluxo de energia bidirecional, permitindo que o inversor descarregue energia de um sistema de armazenamento (como uma bateria) e alimente energia excedente de volta à rede ou recarregue o sistema de armazenamento.

• Características: Suporta fluxo de energia bidirecional, adequado para sistemas de armazenamento de energia, estações de carregamento de veículos elétricos, etc.

• Aplicação: Sistemas de armazenamento de energia, carregamento de veículos elétricos, microredes, etc.

10. Inversor Conectado à Rede

• Princípio: Um inversor conectado à rede converte a energia DC (por exemplo, de painéis solares) em energia CA sincronizada com a rede e a alimenta na rede. Inversores conectados à rede devem ter capacidades de sincronização para garantir que a CA de saída corresponda à tensão, frequência e fase da rede.

• Características: Pode vender energia excedente de volta à rede, permitindo a utilização eficiente de energia. Inversores conectados à rede geralmente incluem proteção anti-ilhamento para evitar a operação durante falhas na rede.

• Aplicação: Sistemas FV conectados à rede, geração de energia eólica, etc.

11. Inversor Off-Grid

• Princípio: Um inversor off-grid opera independentemente da rede e é tipicamente usado com um sistema de armazenamento (como uma bateria). Ele converte a energia DC em energia CA para cargas locais. Inversores off-grid não precisam sincronizar com a rede, mas devem fornecer tensão e frequência estáveis para garantir uma saída CA de alta qualidade.

• Características: Operação independente, adequado para áreas remotas ou locais sem acesso à rede. Inversores off-grid frequentemente incluem sistemas de gerenciamento de baterias para garantir o funcionamento adequado do sistema de armazenamento.

• Aplicação: Fornecimento de energia em áreas remotas, energia de emergência, sistemas de geração de energia independente, etc.

Resumo

Os inversores operam com base em diversos princípios e existem em diferentes tipos, dependendo da aplicação específica e dos requisitos técnicos. Inversores monofásicos e trifásicos são adequados para diferentes tipos de carga; inversores de fonte de tensão e de fonte de corrente diferem com base nas características de saída; as tecnologias PWM e multinível melhoram a qualidade da forma de onda de saída; inversores isolados e não isolados oferecem diferentes níveis de segurança; inversores bidirecionais suportam fluxo de energia bidirecional; inversores conectados à rede e off-grid são projetados para operação conectada e independente, respectivamente.