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Inversor de corriente

Inversor de corriente

Un inversor es un aparato electrónico. La función del inversor es cambiar un voltaje de entrada de corriente continua a un voltaje simétrico de salida de corriente alterna, con la magnitud y frecuencia deseada por el usuario. Los inversores utilizan en una gran variedad de aplicaciones, desde pequeñas fuentes de alimentación para ordenadores, hasta aplicaciones industriales para controlar alta potencia. Los inversores también se utilizan para convertir la corriente continua generada por los paneles solares fotovoltaicos, acumuladores o baterías, etc., en corriente alterna y de esta manera poder ser inyectados en la red eléctrica o usados en instalaciones eléctricas aisladas.

Un inversor simple consta de un oscilador que controla a un transistor, el cual se utiliza para interrumpir la corriente entrante y generar una onda rectangular.

Esta onda rectangular alimenta a un transformador que suaviza su forma, haciéndola parecer un poco más una onda sinusoidal y produciendo el voltaje de salida necesario. La forma de onda de salida del voltaje de un inversor ideal debería ser sinusoidal. Una buena técnica para lograr esto es utilizar la técnica de PWM consiguiendo que la componente principal sinusoidal sea mucho mayor que las armónicas superiores.

Los inversores más modernos han comenzado a utilizar formas más avanzadas de transistores o dispositivos similares, como los tiristores, los triacs o los IGBT.

Los inversores más eficientes utilizan varios artificios electrónicos para tratar de llegar a una onda que simule razonablemente a una onda sinusoidal en la entrada del transformador, en vez de depender para suavizar la onda.

Se pueden clasificar en general en dos tipos:

  • inversores monofásicos
  • inversores trifásicos.

Se pueden utilizar condensadores e inductores para suavizar el flujo de corriente desde y hacia el transformador.

Además, es posible producir una llamada "onda sinusoidal modificada", la que se genera a partir de tres puntos: uno positivo, uno negativo y uno de tierra. Un circuito lógico encarga de activar los transistores de manera que se alternen adecuadamente. Los inversores de onda sinusoidal modificada pueden causar que ciertas cargas, como los motores, por ejemplo; operen de manera menos eficiente.

Los inversores más avanzados utilizan la modulación por ancho de pulsos con una frecuencia portadora mucho más alta para aproximarse más a la onda sinusoidal o modulaciones por vectores de espacio mejorando la distorsión armónica de salida. También se puede predistorsionar la onda para mejorar el factor de potencia (cuerpo Φ).

Inversores fotovoltaicos para la entrada a la red

Los inversores fotovoltaicos para la entrada a la red eléctrica es un tipo particular de inversor específicamente diseñado para convertir la energía eléctrica en forma de corriente continua producida por un módulo fotovoltaico en corriente alterna para ser alimentada directamente a la red eléctrica. La salida de corriente del panel solar, inicialmente es en forma de corriente continua.

Estas máquinas amplían la función básica de un inversor genérico con funciones extremadamente sofisticadas y avanzadas, mediante el uso de sistemas especiales de control de software y hardware que permiten extraer la máxima potencia disponible en todas las condiciones climáticas de los paneles solares.

Esta función se llama MPPT. Los paneles fotovoltaicos, de hecho, tienen una curva característica voltaje/intensidad tal que existe un punto de trabajo óptimo, llamado punto de máxima potencia, donde es posible extraer la máxima potencia disponible.

Este punto de característica varía continuamente de acuerdo con el nivel de radiación solar que incide la superficie de las células fotovoltaicas. Es evidente que un inversor capaz de permanecer "enganchado" en este punto siempre obtendrá la potencia máxima disponible en cualquier condición. Existen varias técnicas para implementar la función MPPT, que difieren en términos de rendimiento dinámico (tiempo de establecimiento) y precisión. Aunque la precisión del MPPT es extremadamente importante, el tiempo de establecimiento es, en algunos casos, incluso más. Mientras que todos los fabricantes de inversores pueden alcanzar una gran precisión en el MPPT (normalmente entre el 99-99.6% del máximo disponible), solo unos pocos pueden combinar precisión a velocidad.

De hecho, en los días con nubosidad variable ocurren cambios grandes y repentinos en la energía solar. Es muy común detectar variaciones de 100 vatios / m² a 1000-1200 vatios / m² en menos de 2 segundos. En estas condiciones, que son muy frecuentes, un inversor con tiempos de asentamiento de menos de 5 segundos puede producir hasta 5% -10% más de energía que uno lento.

Algunos inversores fotovoltaicos están equipados con etapas de potencia modulares, y algunos incluso están equipados con un MPPT para cada etapa de potencia. De esta forma, los fabricantes dejan que el sistema de ingeniería tenga libertad para configurar el funcionamiento maestro / esclavo independiente o MPPT. El uso de MPPT independientes proporciona una ventaja objetiva en condiciones de irradiación de panel no uniformes. De hecho, no es infrecuente que la superficie de los paneles solares esté expuesta al Sol de una manera que difiera en todo el campo. Esto se debe a que está organizado en dos niveles diferentes del techo, ya que los módulos no se distribuyen en cadenas de igual longitud o debido a un sombreado parcial de los mismos módulos. En este caso, el uso de un solo MPPT haría que el inversor trabajara fuera del punto de máxima potencia y, en consecuencia, la producción de energía se dañaría.

Otra característica importante de un inversor fotovoltaico es la interfaz de red. Esta función, generalmente integrada en la máquina, debe cumplir los requisitos establecidos por las reglamentaciones de las diversas compañías de suministro de electricidad.

Aplicaciones del inversor

Además de las aplicaciones en el campo de la energía solar fotovoltaica, las aplicaciones del inversor son múltiples:

  • En el uso de paneles solares en la energía solar fotovoltaica, como hemos visto, permite transformar el voltaje directo en voltaje alterno para ser utilizado en el hogar o para ingresar a la red de distribución.
  • En fuentes de alimentación ininterrumpida, el inversor convierte la tensión suministrada por la batería en corriente alterna.
  • En la transmisión de energía eléctrica, el inversor convierte la energía en corriente continua transferida en algunas líneas eléctricas para alimentar a la red de corriente alterna.
  • La realización de una fuente de alimentación conmutada, para la transformación en corriente continua, con ventajas considerables en términos de eficiencia, tamaño y peso
  • En el sector aeroespacial, se utilizan para proporcionar aviónica de avión con una corriente alterna altamente estable incluso si es suministrada por baterías (en el caso de una falla eléctrica)
  • Variación de velocidad en motores eléctricos.

El tipo más simple de inversor consiste en un oscilador que impulsa un transistor, que genera una onda cuadrada que se abre y cierra un circuito. La onda se aplica luego a un transformador que suministra el voltaje requerido en la salida, redondeando la onda cuadrada hasta cierto punto. Con frecuencia se usan dispositivos más eficientes como el MOSFET, el tiristor o el IGBT en lugar del transistor común.

La forma de onda cuadrada generada por estos dispositivos tiene el problema de ser rica en armónicos superiores, mientras que la onda sinusoidal de la red eléctrica está desprovista de ella. Esto implica una menor eficiencia del equipo motorizado, mayor ruido, tanto acústico como eléctrico, y graves problemas de compatibilidad electromagnética.

Los inversores más complejos utilizan diferentes enfoques para producir una forma de onda sinusoidal con la mayor salida posible. Un circuito electrónico produce un voltaje de paso por medio de la modulación de ancho de pulso (PAM) tan cerca como sea posible de una onda sinusoidal. La señal, llamada onda sinusoidal modificada, se nivela mediante condensadores e inductores colocados en la entrada y en la salida del transformador para suprimir los armónicos.

Los mejores y más caros inversores basan su funcionamiento en la modulación por ancho de pulso (PWM). El sistema puede retroalimentarse para proporcionar una tensión de salida estable a medida que cambia el voltaje de entrada. Para ambos tipos de modulación, la calidad de la señal está determinada por la cantidad de bits utilizados. Se extiende desde un mínimo de 3 bits hasta un máximo de 12 bits, capaz de describir la sinusoide muy bien.

En motores eléctricos asíncronos, y aún más en motores eléctricos síncronos, la velocidad de rotación está directamente relacionada con la frecuencia de la tensión de alimentación. Donde sea necesario en la industria para variar la velocidad de un motor, se utilizan inversores de corriente alterna y de corriente alterna (AC-AC). En estos sistemas, el voltaje de entrada se convierte primero en corriente continua por un rectificador y nivelada por condensadores, luego aplicada a la sección de inversión. De hecho, este es, por lo tanto, un sistema de "inversor-rectificador" incluso si solo se conocen como "inversores" (es decir, solo "inversores"). El propósito de esta doble operación es únicamente cambiar la frecuencia deseada dentro de un intervalo predeterminado y la presencia de un transformador no es necesaria, ya que no es necesario variar el valor de la tensión de salida que permanece igual a la tensión de entrada. La frecuencia de salida se determina en los casos más simples mediante una señal analógica suministrada al inversor, por ejemplo, mediante un potenciómetro, o mediante una señal digital enviada por un PLC.

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Última revisión: 22 de mayo de 2018

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