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Um transistor do inversor é um componente essencial em um conversor de energia. Ele é responsável por controlar e converter efetivamente a entrada da fonte em saída. Ele é vital em vários sistemas de energia, principalmente em soluções de energia renovável e eletrônicos de consumo.
O que é um transistor inversor?
O O transistor do inversor é um componente eletrônico que funciona como uma chave em um placa de circuito impresso do inversor para regular o fluxo de corrente elétrica no circuito do inversor. Um inversor é um dispositivo que converte corrente contínua (CC) em corrente alternada (CA). Os transistores do inversor permitem esse processo controlando quando e por quanto tempo a corrente elétrica flui no circuito.
Embora tenham o mesmo princípio de funcionamento que os transistores comuns, um transistor inversor tem recursos e projetos exclusivos para capacidades de potência maiores, materiais semicondutores mais resistentes ao calor e invólucros mais robustos.
Tipos de transistores de inversor
Em geral, há três tipos diferentes de inversores de transistor. Veja a seguir os detalhes:
Transistor de junção bipolar (BJT)
O BJT é um tipo de transistor que usa dois tipos de semicondutores, PNP (positivo-negativo-positivo) e NPN (negativo-positivo-negativo), para regular o fluxo de eletricidade. O BJT é um regulador de fluxo de corrente elétrica com o princípio de fluxo de corrente elétrica controlado por uma pequena corrente no terminal da base. A corrente que entra na base impedirá que uma corrente muito maior flua do coletor para o emissor. Isso é chamado de amplificação de corrente.
Transistor de efeito de campo de óxido metálico e semicondutor (MOSFET)
Os MOSFETs são componentes eletrônicos que controlam o fluxo de corrente elétrica em um circuito. Os MOSFETs são usados com frequência em dispositivos como inversores, amplificadores de sinal e fontes de alimentação devido à sua capacidade de controlar grandes correntes com pequenos sinais.
O MOSFET consiste em três partes principais: porta (G), um terminal de controle que controla o fluxo; dreno (D), por onde a corrente sai; e fonte (S), por onde a corrente entra.
Transistor bipolar de porta isolada (IGBT)
O IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) é um componente semicondutor usado com frequência em circuitos de alta potência, como inversores, motores elétricos e controladores de tensão. Os IGBTs combinam as vantagens dos MOSFETs e dos BJTs para controlar grandes correntes de forma eficiente.
Veja inversor IGBT para obter informações detalhadas.
Tabela de comparação de transistores de inversor entre BJT, MOSFET e IGBT
| Característica | BJT | MOSFET | IGBT |
|---|---|---|---|
| Princípio de funcionamento | Controla a corrente usando uma corrente de base. | Controla a corrente usando a tensão da porta. | Controla a corrente usando a tensão da porta. |
| Estrutura interna | Camadas NPN/PNP com base, coletor e emissor. | Camada isolante que separa a porta do canal. | Combinação de MOSFET (controle) e BJT (saída de potência). |
| Mecanismo de controle | Corrente controlada por uma pequena corrente de base. | Corrente controlada pela tensão da porta. | Corrente controlada pela tensão da porta. |
| Eficiência energética | Menos eficiente para alta potência. | Altamente eficiente para potência baixa a média. | Altamente eficiente para alta potência. |
| Velocidade de comutação | Moderado (mais lento que o MOSFET). | Muito rápido, adequado para comutação de alta frequência. | Moderado (mais lento que o MOSFET, mas mais rápido que o BJT). |
| Manuseio de alta corrente | Bom, mas requer uma corrente de base significativa. | Adequado para potência baixa a média. | Excelente para aplicações de alta potência. |
| Perda de energia (dissipação de calor) | Alta devido à maior resistência interna. | Baixo, muito eficiente em comutação rápida. | Moderado, inferior ao BJT, mas superior ao MOSFET. |
| Controle de tensão/corrente | Requer uma corrente de base significativa. | Requer o mínimo de energia para controlar o portão. | Requer o mínimo de energia para controlar o portão. |
| Complexidade do circuito | Simples. | Moderado. | Complexo (combinação de MOSFET e BJT). |
| Aplicativos | Amplificação de sinais, circuitos analógicos. | Comutação de baixa a média potência, drivers de motor, reguladores. | Inversores de alta potência, motores industriais e veículos elétricos (EVs). |
| Custo | Barato. | Moderado. | Caro (devido à alta potência). |
Princípio de funcionamento de um transistor inversor
Os transistores do inversor funcionam em um aplicação do inversor regulando o fluxo de eletricidade por meio de chaves eletrônicas (transistores). Os transistores podem abrir e fechar o fluxo de eletricidade muito rapidamente, criando pulsos que são então regulados para produzir ondas CA. A modulação por largura de pulso (PWM) é uma técnica usada com frequência para controlar a frequência e a tensão de saída. Abaixo estão as etapas passo a passo.
Fonte de alimentação CC: O inversor recebe corrente contínua (CC) de baterias ou painéis solares.
Os transistores como interruptores funcionam como interruptores ON e OFF rápidos para interromper e conectar a CC.
Gerar forma de onda CA: Ao controlar os transistores, o inversor gera uma onda quadrada de CA a partir da CC.
PWM para onda senoidal: Em inversores avançados, a modulação por largura de pulso (PWM) aproxima uma forma de onda senoidal mais suave.
Transformadores: Os transformadores são usados para aumentar a tensão de 12V para 220V ou 120V.
Filtro de saída: Filtros, tais como capacitores do inversor e indutores, suavizam o sinal CA antes de enviá-lo aos dispositivos elétricos.
Função principal de um transistor inversor
A principal função dos transistores nos inversores é como interruptores eletrônicos de alta velocidade que regulam o fluxo de corrente do inversor abrindo e fechando rapidamente os caminhos de corrente para converter corrente contínua (CC) em corrente alternada (CA).
Além de amplificar pequenos sinais de controle para controlar as grandes correntes necessárias na saída de CA, os transistores ajudam a moldar a onda de CA controlando a polaridade e a duração do sinal usando técnicas como a modulação por largura de pulso (PWM), que também regula a tensão de saída para garantir a estabilidade. Os transistores minimizam a perda de energia e de calor durante a conversão de energia com um desempenho de comutação eficiente.
Principais funções e sua aplicação em sistemas modernos de energia
As principais funções de um transistor inversor nos sistemas modernos de energia incluem as funções essenciais de geração, gerenciamento e distribuição de energia de forma eficiente e sustentável:
Geração de energia: Esse processo gera eletricidade a partir de fontes de energia, como combustíveis fósseis e energia renovável (solar, eólica, hídrica etc.).
Armazenamento de energia: Armazenamento do excesso de energia durante a alta demanda, como por meio de baterias ou outras tecnologias de armazenamento.
Gerenciamento da rede: A rede elétrica distribui eletricidade aos consumidores com sistemas inteligentes para otimizar o fluxo de energia e melhorar a confiabilidade.
Transmissão e distribuição: As linhas de transmissão transportam a eletricidade por longas distâncias, enquanto a distribuição a fornece para residências e empresas.
Resposta à demanda e eficiência: Programado para ajustar o consumo de energia nos horários de pico e usar tecnologias de economia de energia.
Descentralização e microrredes: Sistemas de energia locais autossuficientes, aumentando a resiliência e reduzindo a dependência de grandes redes.
Descarbonização da rede: Redução de emissões usando fontes de energia de baixo carbono, como energia renovável.
Digitalização e tecnologia inteligente: Uso de tecnologias como IA e IoT para um gerenciamento de energia mais eficiente e inteligente.
Leia também: inversor vs conversor no uso moderno de energia para obter mais informações.
Conclusão
O transistor do inversor desempenha uma função essencial em um sistema de conversão de energia e é um dos componentes do inversor que não pode ser ignorado.
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Perguntas frequentes
Os transistores são usados devido à sua capacidade de controlar grandes correntes com pequenos sinais e altas velocidades de comutação.
O calor é gerado pelas perdas de energia durante a comutação de alta corrente, especialmente em transistores com alta resistência.
Sim, especialmente ao usar transistores de alta eficiência, como MOSFETs ou IGBTs com bom gerenciamento de comutação.
Neste artigo, vamos orientá-lo a entender como ler e interpretar a especificação de um inversor e os mal-entendidos mais comuns.
Este artigo contém informações que você deve saber sobre os dois principais tipos de frequências a serem comparadas: inversores de baixa frequência versus inversores de alta frequência.
Um inversor de energia é um dispositivo útil que transforma a eletricidade de corrente contínua (CC), geralmente de baterias de carro ou painéis solares, em eletricidade de corrente alternada (CA). Neste artigo, você encontrará a resposta sobre o que é um inversor de energia, o que um inversor de energia faz e o que você deve considerar ao escolher o melhor para suas necessidades.
