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Com relação aos inversores de pequeno e médio porte, o inversor de alta frequência é a opção dominante no mercado devido à sua alta eficiência, tamanho compacto e capacidade de fornecer energia estável.
O que é um inversor de alta frequência? Quais componentes o tornam diferente de outros inversores? Quais são os benefícios de usar um inversor de alta frequência? Encontraremos as respostas neste artigo.
O que é um inversor de alta frequência?
Um inversor de alta frequência é um dispositivo elétrico que converte corrente contínua (CC) em corrente alternada (CA) em uma frequência de comutação alta, normalmente acima de 20 kHz (Kilohertz), para obter uma conversão de energia eficiente e fornecer uma saída estável.
O termo "alta frequência" refere-se à taxa na qual ocorre a comutação do inversor, uma característica fundamental de seu projeto. Ele difere dos inversores de baixa frequência, que operam em velocidades de comutação mais baixas, normalmente de 50 a 60 Hz.
Componentes principais de um inversor de alta frequência
Devido à rápida comutação, os inversores de alta frequência são projetados com componentes exclusivos, conforme abaixo:
Chaves semicondutoras de potência
Os inversores de alta frequência geralmente usam transistores de efeito de campo semicondutores de óxido metálico (MOSFETs) ou transistores bipolares de porta isolada (IGBTs). Essas chaves semicondutoras abrem e fecham rapidamente em altas frequências para converter a tensão em uma forma de onda CA de alta frequência. Os MOSFETs costumam ser usados em aplicações de baixa a média potência devido à sua velocidade de comutação rápida. Por outro lado, os IGBTs são usados em aplicações de maior potência, pois podem lidar efetivamente com tensões e correntes mais altas.
Tecnologia de controlador de carga
Os componentes do inversor, que são usados em sistemas de energia solar, regulam o fluxo de energia dos painéis solares para as baterias ou inversores.
Os controladores de carga são fornecidos em Modulação por Largura de Pulso (PWM) e Rastreamento do Ponto de Potência Máxima (MPPT). Embora tenham a mesma função, eles têm princípios de funcionamento diferentes.
O PWM tem um design e uma tecnologia simples. É adequado para sistemas solares de pequena e média escala. O MPPT tem uma tecnologia mais complexa, ideal para uso de energia em média e grande escala.
Transformador
A transformação de um inversor de alta frequência aumenta ou diminui a tensão conforme necessário, ajustando-a ao nível desejado para a aplicação. Por exemplo, 12 V CC pode ser convertido de um painel solar para 110 V CA para eletrodomésticos. Como os inversores de alta frequência operam em frequências de comutação acima de 20 kHz, os transformadores podem ser significativamente menores e mais leves do que os usados em inversores de baixa frequência.
Indutores e capacitores
Os indutores e capacitores filtram e suavizam a saída para garantir uma CA limpa e estável. Os indutores ajudam a reduzir o ruído de alta frequência e a ondulação na tensão de saída. Ao mesmo tempo, os capacitores suavizam as flutuações, proporcionando uma forma de onda de tensão consistente, reduzindo a distorção harmônica e garantindo que a saída do inversor seja adequada para alimentar dispositivos sensíveis.
Circuito de feedback e proteção
Os sistemas de feedback monitoram a saída e a corrente para garantir que a operação do inversor esteja dentro dos limites de segurança. Eles fornecem dados em tempo real ao controlador de carga (PWM ou MPPT) para ajustar o desempenho do inversor.
Em seguida, se ocorrerem condições de falha, os circuitos de proteção, como componentes de sobretensão, sobrecorrente e sobretemperatura, são incluídos para evitar danos aos componentes do inversor.
Sistema de resfriamento
Esse componente, que inclui dissipadores de calor, ventiladores ou um sistema de resfriamento líquido, é fundamental para manter a eficiência do inversor e evitar o superaquecimento, especialmente durante o uso prolongado ou em condições de carga pesada.
Como funciona um inversor de alta frequência?
O princípio de funcionamento de um inversor de alta frequência é o mesmo de um inversor comum que converte CC em CA, mas em uma frequência alta. Ele envolve uma série de componentes sofisticados para produzir uma saída estável e eficiente. A seguir, discutiremos passo a passo o princípio de funcionamento de um inversor de alta frequência.
Estágio de entrada: Esse estágio flui a tensão CC das baterias ou dos painéis solares para o circuito inicial do inversor.
Comutação de alta frequência: nesse processo, os circuitos de controle, como PWM ou MPPT, controlam interruptores semicondutores, como MOSFET ou IGBT. Essas chaves abrem e fecham rapidamente, gerando pulsos intermitentes de tensão CC com frequências em torno de 20 kHz.
Conversão de CC para CA: Os pulsos de alta tensão gerados pelo processo de comutação são então enviados a um transformador de alta frequência que os converte em CA com uma frequência mais alta. O transformador aumenta ou diminui a tensão de acordo com as necessidades de saída e de acordo com as normas regionais aplicáveis.
Retificação e filtragem: após a comutação, a tensão CA de alta frequência deve ser filtrada usando capacitores e indutores. A CA resultante formará uma onda senoidal mais estável e limpa nesse processo. Leia mais sobre onda senoidal pura vs. onda senoidal modificada.
Estágio de saída CA: após ser filtrada, a tensão CA resultante tem uma frequência padrão e pode ser usada para alimentar eletrodomésticos ou equipamentos industriais.
Principais benefícios dos inversores de alta frequência
Os inversores de alta frequência oferecem muitos benefícios para uso de pequeno a médio porte em aplicações residenciais, recreativas ou comerciais fora da rede. Aqui estão as listas dos principais benefícios do uso de um inversor de alta frequência:
- O design compacto facilita a instalação e o transporte, tornando-os ideais para aplicações portáteis, como trailers, barcos ou sistemas solares menores.
- A operação em frequências mais altas reduz a perda de energia durante o processo de conversão.
- Menor geração de calor significa menos requisitos de resfriamento, menores custos de manutenção e maior vida útil.
- Econômico para aplicações médias devido a seus componentes pequenos e requisitos reduzidos de material.
- A melhor qualidade de energia e a forma de onda mais suave garantem a compatibilidade com dispositivos eletrônicos sensíveis, como computadores ou equipamentos médicos.
- Aplicação versátil. É adequado para várias faixas de potência e projetos de sistemas.
Aplicações cotidianas de inversores de alta frequência
Os inversores de alta frequência estão disponíveis em vários tamanhos de potência que podem ser personalizados de acordo com os requisitos de uso. Veja abaixo uma classificação dos tamanhos dos inversores de alta frequência e suas aplicações.
Inversor de alta frequência de baixa capacidade 100W-1000W
Esses inversores de alta frequência são adequados para usuários de veículos recreativos ou barcos porque são leves, portáteis e se adaptam a equipamentos eletrônicos de baixa potência, como laptops, telefones celulares ou luzes LED. Certifique-se de escolher um inversor com uma forma de onda que corresponda aos equipamentos eletrônicos que você usará.
Inversor de alta frequência de capacidade média 1000W-5000W
Os inversores de média potência de alta frequência são geralmente usados para necessidades residenciais de média potência que podem ser integradas a sistemas de energia solar em telhados. Com capacidade média, a energia gerada é suficiente para uma geladeira, máquina de lavar ou bomba d'água.
Inversor de alta frequência de 5000W-10000W+ de grande capacidade
Os inversores de alta frequência e alta potência são adequados para uso comercial e industrial. A grande capacidade pode alimentar dispositivos eletrônicos de alta carga, como grandes condicionadores de ar, máquinas industriais e bombas grandes. Essa capacidade é adequada para sistemas de energia fora da rede com muitos dispositivos conectados.
Fatores a serem considerados na escolha de um inversor de alta frequência
A escolha do inversor de alta frequência correto envolve a avaliação de vários fatores essenciais para garantir que ele atenda às necessidades de energia de forma eficiente e segura. Veja a seguir os fatores a serem considerados:
- Capacidade de energia
Determine a carga máxima com a qual o inversor pode lidar com a energia necessária.
A primeira coisa a fazer é calcular a potência total de que você precisa para combiná-la com a carga máxima do inversor. Você pode consultar Qual é o tamanho do inversor de energia que preciso? para obter o passo a passo detalhado.
- Compatibilidade com a tensão de entrada
Verifique se o inversor corresponde à sua fonte de alimentação CC. Para uma configuração solar menor, os sistemas de 12 V são padrão. Entretanto, para sistemas maiores fora da rede, é preferível usar 24 V ou 48 V para aumentar a eficiência.
- Tipo de forma de onda de saída
Determine se a saída da forma de onda é uma onda senoidal pura, uma onda senoidal modificada ou um inversor de onda quadrada. Recomenda-se que o inversor de onda senoidal pura seja escolhido para uma ampla gama de aplicações. Você pode consultar o que é um inversor de onda senoidal pura para obter informações detalhadas. Eficiência
Procure um inversor com eficiência 90% ou superior para reduzir a perda de energia.
Padrão de frequência e tensão
Certifique-se de que o inversor seja compatível com o padrão de frequência e tensão de sua região.
Tamanho e portabilidade
O tamanho e a portabilidade do inversor influenciarão o local onde ele será instalado. Os modelos compactos são necessários para trailers, barcos e sistemas portáteis, mas os modelos maiores são necessários para sistemas residenciais ou industriais.
Conclusão
Um inversor de alta frequência é essencial para uso de pequeno a médio porte em ambientes portáteis, áreas residenciais ou pequenas indústrias. Certifique-se de que o inversor atenda às suas necessidades com o melhor preço e seja eficiente.
Entre em contato conosco para personalizar seu dispositivo de acordo com suas necessidades com fabricantes de inversores.
Perguntas frequentes
Sim, especialmente quando combinados com controladores MPPT (Maximum Power Point Tracking). Eles maximizam a eficiência da conversão de energia solar e são ideais para configurações solares residenciais e fora da rede.
Sim, os inversores de alta frequência geralmente são mais eficientes, muitas vezes atingindo uma eficiência de até 95-99% em comparação com os modelos de baixa frequência. Seus transformadores menores e a comutação mais rápida reduzem a perda de energia, tornando-os ideais para soluções de energia solar e portátil.
Sim, os inversores de alta frequência são comumente usados em sistemas solares fora da rede devido ao seu design leve, alta eficiência e compatibilidade com controladores MPPT.
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