Invertoare de tensiune

Ce este invertorul

Invertoarele sunt dispozitive des folosite și necesare pentru a-ți alimenta aparatele electrice atunci când sursa de energie este alta decât cea furnizată de compania de utilități. Curentul provenit de la o baterie auto, de la sistemele solare sau de la un generator de curent de joasă tensiune trebuie trecut printr-un invertor, pentru a putea alimenta aparatul tău. Termenii precum invertor auto, invertor sudură sau invertor 12V-220V au devenit extrem de cunoscuți, iar funcționalitatea acestor dispozitive se adresează atât utilizării rezidențiale, cât și industriale.

Care este rolul invertorului

Invertorul este un dispozitiv care transformă curentul continuu (CC) de 12V în curent alternativ (AC) de 240V. Aparatele electrice funcționează pe bază de curent alternativ de 240V, așa că, atunci când energia este primită dintr-o sursă de curent continuu, precum o baterie sau un generator, este necesar un invertor, care să transforme energia într-una utilizabilă pentru aceste aparate. Practic, putem considera invertorul ca pe o „punte” de legătură între sursa de energie electrică și aparatul care trebuie alimentat folosind curent.

De-a lungul anilor, tehnologia utilizată pentru invertoarele disponibile pe piață a avansat enorm, iar aparatele actuale sunt dotate cu foarte multe funcții, care permit invertorului să funcționeze la un anumit nivel de performanță (în funcție de numărul de volți necesar aparatului care trebuie alimentat), să faciliteze o economie de electricitate și să fie mult mai ușor de instalat și de transportat.

Clasificarea invertoarelor

Cu toate că îndeplinesc același scop principal, acela de a transforma curentul continuu în curent alternativ, pe piață există foarte multe modele de invertoare, clasificate după o serie de caracteristici particulare. În continuare, îți explicăm cum se clasifică invertoarele și care este scopul fiecărei categorii, pentru a putea alege un model potrivit nevoilor tale:

După caracteristicile de ieșire:

Această particularitate se referă la modul în care curentul electric este trimis din invertor către aparatul ce este alimentat. În funcție de caracteristicile de ieșire, se pot enumera două tipuri de invertoare:

Invertor cu undă sinusoidală pură 

În cazul invertorului cu undă sinusoidală pură, comutarea polarităților plus și minus între cablurile de alimentare se realizează cu ușurință, iar tensiunea este redusă sau crescută treptat, după caz. Deoarece comutarea optimă a polarității reprezintă însăși esența curentului alternativ, capacitatea invertorului cu undă sinusoidală pură de a realiza acest procedeu într-un mod facil oferă o experiență de utilizare optimă a aparatelor electrice, iar modul în care este distribuită energia electrică poate fi comparat cu cel în care este furnizat curentul de către o companie de utilități.

Invertor cu undă sinusoidală modificată 

Unda sinusoidală modificată are același principiu de funcționare precum cea sinusoidală pură, singura excepție fiind reprezentată de modul în care aparatul scade sau crește tensiunea pentru a comuta polaritatea. Cu toate că ambele tipuri de invertoare produc aceleași niveluri de ieșire, în cazul celui cu undă sinusoidală modificată, ieșirea curentului va fi neregulată și va prezenta distorsiuni.

Întrucât eficiența acestor dispozitive este una scăzută, nu se recomandă folosirea lor pentru alimentarea electrocasnicelor mari, precum frigidere, televizoare și pompe de caldura sau a altor aparate a căror funcționare este dependentă de un flux stabil al energiei electrice. În schimb, aceste invertoare sunt potrivite pentru micii consumatori, precum sisteme de iluminat, echipamente de birou, electrocasnice mici sau încărcătoare de telefoane mobile. Deși mai puțin eficiente, invertoarele cu undă sinusoidală modificată reprezintă o alegere optimă pentru persoanele care le vor folosi doar pentru alimentarea unor mici consumatori de curent, întrucât sunt mult mai ieftine decât invertoarele cu undă sinusoidală pură.

După tipul sursei de curent:

Această clasificare se face în funcție de sursa de curent continuu la care este conectat invertorul pentru a asigura curentul alternativ; astfel, există două categorii:

Invertoare de rețea

Aceste tipuri de invertoare sunt folosite pentru surse de alimentare precum panouri fotovoltaice sau generatoare de curent, iar energia electrică alternativă obținută este injectată direct în sistemul energetic național sau într-o magistrală de curent alternativ, pentru a fi integrată în rețeaua de curent electric a imobilului.

Invertoarele de rețea au o eficiență energetică de până la 98%, sunt prevăzute fără transformatoare și sunt întotdeauna conectate la sistemul energetic național. Pentru prevenirea defazajelor de tensiune, acest tip de invertor se va deconecta automat atunci când se întrerupe legătura cu sistemul energetic. Pentru obținerea celor mai bune performanțe, este necesar ca invertorul de rețea ales să aibă o putere de ieșire cât mai apropiată de valoarea nominală a generatorului.

Invertoarele de baterii

Invertoarele de baterii unidirecționale preiau curentul continuu de la bornele de acumulatori și realizează conversia în curent alternativ. Invertoarele de baterii bidirecționale se folosesc în sistemele de tip magistrală de curent alternativ, iar pe lângă conversia curentului continuu din acumulatori în curent alternativ, asigură și controlul tensiunii și curentului folosit pentru încărcarea bateriei de acumulatori. Pentru performanțe cât mai ridicate, alegerea invertorului trebuie făcută în funcție de puterea maximă a consumatorilor de curent, tensiunea bateriei și regimul în care se utilizează consumatorii.

După caracteristicile rețelei de branșament: 

Rețeaua de branșament poate folosi fie un sistem monofazic, fie unul trifazic, iar pentru cel mai bun raport calitate-preț, alegerea invertorului trebuie făcută după acest criteriu:

Invertoare monofazice

Atunci când o rețea electrică utilizează un sistem monofazat, curentul electric este distribuit printr-un singur circuit sau cablu. Acest sistem este, de regulă, utilizat pentru consumatorii rezidențiali, fiind întâlnit cu precădere în cazul apartamentelor, iar puterea unui astfel de branșament nu poate depăși 9,9 kW. În cazul unui invertor monofazic, transportul curentului continuu convertit în curent alternativ se va realiza printr-un singur circuit. Avantajul unui astfel de aparat este reprezentat de costul mai scăzut, comparativ cu un invertor trifazic, și de compatibilitatea cu o rețea electrică ce utilizează un sistem monofazat.

Invertoare trifazice

Sistemele trifazice sunt, de regulă, utilizate pentru uz industrial sau pentru imobilele unde există mari consumatori. Un invertor trifazic transportă curentul convertit în rețeaua electrică trifazică, ceea ce permite o distribuire mai mare de energie electrică. Cu toate că un invertor trifazic poate fi folosit pentru o rețea electrică monofazică, reciproca nu este posibilă. Totuși, pentru o rețea trifazică, este posibilă instalarea a trei invertoare monofazice, însă, din motive de siguranță, această operațiune trebuie realizată doar de un specialist.

Din ce este format un invertor:

În ciuda dimensiunilor reduse pe care le are, funcționarea unui invertor este asigurată de un sistem complex de mecanisme regăsite în interiorul acestuia. Iată care sunt piesele componente ale unui invertor standard:

Un microcontroller

Această componentă este partea principală a unui invertor. Are rolul de a controla oprirea și pornirea semnalelor, în funcție de cerințe, astfel încât să asigure un flux continuu de curent electric și să prevină supravoltajul. Microcontrollerul are și rolul de a comanda sistemele de siguranță ale invertorului sau de a controla PWM, adică tehnica folosită pentru a varia în mod controlat tensiunea transportată.

Tranzistor bipolar de joncțiune

Acest dispozitiv are rolul de a regla semnalele electrice. Tranzistorul permite amplificarea sau transmiterea fluxului de energie electrică, iar procesul de închidere și deschidere al acestuia poate fi în comutație, atunci când fronturile de schimbare sunt bruște, sau analogic, atunci când se folosește un regim liniar de funcționare. Este denumit bipolar, deoarece conducția este realizată de două tipuri de purtători de sarcină electrică: electronii (-) și golurile (+).

Punte electrică H

Puntea H este formată din două brațe de punte, fiecare dintre acestea fiind fabricat din câte două tranzistoare de putere, legate în serie și prevăzute cu diode de descărcare în paralel. Această punte are rolul de a permite aplicarea unei tensiuni pe o sarcină în orice sens. Cele patru întrerupătoare componente ale punții H funcționează alternativ, cu rolul de a aplica, succesiv, o tensiune pozitivă (+) sau negativă (-) la nivelul invertorului.

Tranzistor cu efect de câmp

Denumită și tranzistor unipolar, această componentă are rolul de a comanda intensitatea curentului electric dintr-un circuit. Dispozitivul este compus din trei terminale, respectiv:

●     Sursa: electrodul de unde pleacă sarcinile electrice;

●     Drena: un electrod către care se îndreaptă sarcinile electrice;

●     Poarta: electrodul care determină comportarea dispozitivului și care menține informația chiar dacă invertorul este decuplat de la sursa de tensiune.

Transformator

Deoarece curentul continuu convertit de invertor are un voltaj redus, pentru obținerea tensiunii de 220V, necesară pentru utilizarea aparatelor electrice, dispozitivul este dotat cu un transformator, care aduce tensiunea convertită la valorile necesare utilizării practice a electricității.