Inversor: Esquema y Funcionamiento
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En esta página te explicaremos qué es un inversor, cuál es su función, qué elementos lo componen, cuál es su principio de funcionamiento y cuáles son los principales tipos de inversores utilizados en las situaciones y necesidades más comunes.
Gracias a la ayuda de simples diagramas ilustrados, serás guiado en la comprensión de este importante dispositivo electrónico que es indispensable en muchos campos de aplicación. Además, encontrarás el esquema eléctrico para construir un inversor de onda cuadrada y numerosos consejos prácticos para poder realizar una compra segura, consciente y duradera.
¿Qué es un inversor y para qué sirve?
Un inversor es un dispositivo electrónico capaz de transformar una corriente continua (DC) en una corriente alterna (AC) a un voltaje y frecuencia determinados. Por ejemplo, si tenemos que alimentar un electrodoméstico que funciona en corriente alterna 230V (frecuencia 50Hz) pero no tenemos a disposición la corriente alterna de red, gracias al inversor, igualmente podemos alimentarlo, utilizando una fuente de corriente continua, como una batería de 12V (DC).
Por lo tanto, es indispensable usarlo para alimentar a través de corriente continua, los dispositivos eléctricos que funcionan en corriente alterna. Los inversores se utilizan en sistemas fotovoltaicos aislados (autónomos) para alimentar dispositivos eléctricos de casas aisladas, refugios de montaña, casas rodantes y barcos, y también se utilizan en sistemas fotovoltaicos conectados a la red para introducir la corriente producida por la planta directamente en la red eléctrica de distribución (inversores fotovoltaicos).
Los inversores también se utilizan en muchas otras aplicaciones, desde grupos de continuidad hasta controladores de velocidad de motores eléctricos, desde conmutadores de energía a la iluminación.
El término inversor también se puede utilizar para referirse a un grupo "rectificador-inversor", alimentado por corriente alterna y utilizado para variar el voltaje y la frecuencia de la corriente alterna en la salida en función de la corriente de entrada (por ejemplo, para la alimentación de particulares máquinas de operación).
Los inversores más comunes utilizados para alimentar cargas de corriente alterna son de tres tipos:
• inversores de onda cuadrada
• inversores de onda sinusoidal modificada
• inversores de onda sinusoidal pura
Los inversores de onda cuadrada son adecuados para el suministro de cargas puramente resistivas. Los inversores de onda sinusoidal modificada son adecuados para cargas resistivas y capacitivas, pero con cargas inductivas pueden producir ruido. Finalmente, los inversores de onda sinusoidal pura son aptos para todo tipo de cargas porque reproducen fielmente una onda sinusoidal igual a la de nuestra red eléctrica doméstica.
¿Cómo Funciona un Inversor?
Bueno, ahora comenzamos a explicar este interesante fenómeno de transformación de energía. Hemos dicho que un inversor puede obtener una corriente alterna a partir de una corriente continua. Para comprender este fenómeno, es importante comenzar con la explicación de lo que es un alternador.
El alternador es una máquina eléctrica giratoria que transforma la energía mecánica en energía eléctrica en forma de corriente alterna a través del fenómeno natural de la inducción electromagnética (un ejemplo es la dinamo para bicicleta). En su forma más simple, se compone de una bobina de alambre con un imán giratorio al lado. Tan pronto como un polo del imán se acerque a la bobina, se creará una corriente inducida en la bobina y esta fluirá en la dirección opuesta a la rotación del imán. Entonces se produce una corriente alterna.
Ahora veamos cómo se comporta un transformador. Un transformador también produce una corriente alterna inducida en la bobina, pero en este caso, el campo magnético variable es producido, no por un imán sino por otra bobina (llamada bobina primaria) que tiene una corriente alterna que fluye en ella.
Cada bobina atravesada por una corriente eléctrica alterna se comporta como un imán y produce un campo magnético. Si la dirección de la corriente cambia, la polaridad del campo magnético cambia.
La utilidad de un transformador es que, la tensión producida en la bobina secundaria no es necesariamente la misma que la aplicada a la espiral primaria.
Si la bobina secundaria está compuesta de un doble bobinado (tiene dos veces el número de giros) con respecto a la bobina primaria, la tensión secundaria será el doble del voltaje aplicado a la bobina primaria. En realidad, podemos producir la tensión que queramos variando el tamaño de las bobinas.
Si en la bobina primaria, en lugar de corriente alterna, dejamos fluir la corriente continua de una batería, no se forma ninguna corriente inducida en la bobina secundaria, porque el campo magnético no cambia. Pero si cambiamos la dirección a la corriente continuamente y rápidamente, entonces habremos creado un inversor muy simple y funcional. Este inversor emite en la salida una onda cuadrada, cuya frecuencia depende del tiempo en el que cambiamos la dirección de la corriente continua que circula en la bobina primaria.
¿Cómo hacer posibles estos cambios continuos y rápidos de forma automática? Utilizando un circuito de transistores, o mejor aún realizarlo a través de MOSFET, o tiristores o IGBT, que son más eficientes.
A continuación, encontrarán el diagrama para crear un inversor de onda cuadrada muy simple, utilizando un circuito multivibrador astable para impulsar la bobina primaria. Naturalmente, este tipo de inversor es rico en armónicos y, por lo tanto, no es adecuado para alimentar cargas capacitivas ni inductivas. Solo es posible suministrar cargas puramente resistivas, como por ejemplo lámparas de filamento o calentadores eléctricos.
Esquema de un inversor de onda cuadrada
Los transistores Q1 y Q2, así como el transformador T1, determinan cuánta potencia puede suministrar el inversor. Q1 y Q2 son transistores 2N3055 y T1 es un transformador con una corriente máxima de 15 A; en este caso, el inversor puede suministrar alrededor de 300 vatios.
Recuerda que, si opera con altas corrientes, este inversor absorberá cantidades considerables de corriente de la batería y en poco tiempo podrías encontrarte con la batería seriamente dañada. Por lo tanto, es aconsejable configurar un sensor para la interrupción automática del funcionamiento del inversor tan pronto como la batería "caiga" por debajo de un determinado umbral de voltaje. Además, es bueno insertar un fusible de protección antes de poner en funcionamiento el circuito.
Inversor de onda sinusoidal pura
Para obtener una corriente alterna sinusoidal a la salida de nuestro transformador, debemos aplicar una corriente sinusoidal en la entrada. Para producir una onda sinusoidal a la entrada de la bobina primaria, necesitamos un oscilador. Uno de los osciladores más simples que podemos hacer es definitivamente el de Puente de Wien con transistores FET. La salida tiene un rendimiento estable gracias a la retroalimentación.
En la mayoría de los circuitos oscilantes, la corriente de salida será de baja intensidad o, en cualquier caso, no será suficiente para impulsar la bobina principal. Por lo tanto, esta corriente tendrá que ser amplificada, por lo que será más o menos equivalente a un potente amplificador de audio para producir una alta corriente para la bobina primaria del transformador.
El transformador, aunque es muy útil, no hace nada por nada. A medida que aumenta la tensión, la corriente se reduce, y la potencia (voltaje x corriente) permanece igual (descuidando las pérdidas internas del transformador). En otras palabras, para obtener en la salida 1Kw en corriente alterna, necesitamos suministrar en la entrada 1Kw en corriente continua.
Los mejores y más caros inversores son gestionados por un microcontrolador y basan su funcionamiento en la modulación por ancho de pulso (PWM). El sistema puede retroalimentarse para proporcionar una tensión de salida estable ante las variaciones de la tensión de entrada. Para ambos tipos de modulación, la calidad de la señal está determinada por la cantidad de bits empleados. Va desde un mínimo de 3 bits hasta un máximo de 12 bits, capaz de describir la sinusoide con una excelente aproximación.
Inversor "Grid Tie"
Un inversor de tipo enlace de cuadrícula, por otro lado, tiene una función diferente a la del inversor descrito anteriormente. De hecho, no solo transforma una corriente continua en corriente alterna, sino que también puede introducir esta corriente en la red eléctrica nacional. Para realizar esta función, el inversor grid tie debe tomar una muestra del voltaje de la red y la sincronización para la transferencia.
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