Os conversores de tensão de 12 a 220 V são utilizados sempre que haja necessidade de ligar dispositivos eléctricos que consumam corrente padrão de rede a fontes de tensão alternada. Em muitos casos, esta fonte de alimentação pode não estar disponível. A utilização de um gerador de gasolina autónomo exige o cumprimento das regras da sua manutenção: controlo constante do nível de combustível em funcionamento, assegurando a ventilação. A utilização de conversores, completos com baterias de veículos, pode resolver o problema da melhor maneira possível.
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Designação e princípio de funcionamento
O que é um conversor de voltagem. Um dispositivo electrónico que altera o valor de um sinal de entrada. Pode ser utilizado como um dispositivo que aumenta ou diminui o valor da tensão de entrada. A tensão de entrada após a conversão pode mudar tanto a sua magnitude como a sua frequência. Os dispositivos que alteram a tensão DC (convertem-na) num sinal de saída AC são chamados inversores.
Os conversores de tensão são utilizados tanto como unidades autónomas que fornecem energia CA aos consumidores como como parte de outros produtos: sistemas e fontes de alimentação ininterrupta, unidades de impulso de tensão CC ao valor requerido.
Os inversores são geradores de tensão harmónica. Uma fonte de corrente contínua é criada através de um circuito de controlo especial para permitir a inversão periódica da polaridade. O resultado é um sinal de tensão alternada nos contactos de saída do dispositivo, ao qual a carga está ligada. A sua magnitude (amplitude) e frequência é determinada pelo circuito do inversor.
O dispositivo de controlo (controlador) define a frequência de comutação da fonte e a forma do sinal de saída, e a sua amplitude é determinada pelos elementos da fase de saída do circuito. São concebidos para a potência máxima consumida pela carga no circuito AC.
O controlador é também utilizado para controlar o sinal de saída, o que é conseguido através do controlo da largura do impulso (aumentando ou diminuindo a largura do impulso). A informação sobre alterações no valor do sinal de saída para a carga é enviada ao controlador por um circuito de feedback, que é utilizado para formar o sinal de controlo para manter os parâmetros necessários. Este método é chamado sinal PWM (Pulse Width Modulation).
Os circuitos de comutação de potência do inversor de 12V podem utilizar transístores bipolares compostos de alta potência, tiristores de estado sólido, e transístores de efeito de campo. Os circuitos controladores baseiam-se em microcircuitos, que são dispositivos prontos a usar com as funções necessárias (microcontroladores), especialmente concebidos para tais conversores.
O circuito de controlo fornece a sequência chave para assegurar que a saída do inversor fornece o sinal necessário para o funcionamento normal dos dispositivos de consumo. Além disso, o circuito de controlo deve assegurar a simetria da tensão de saída da meia-onda. Isto é especialmente importante para circuitos que utilizam transformadores de impulsos escalonados na saída. A componente DC da tensão, que pode aparecer se a simetria não for mantida, deve ser evitada.
Existem muitas variantes de circuitos de inversores de tensão (VI), mas existem 3 circuitos básicos:
- Um inversor de ponte sem transformador IN;
- Transformador UUT com condutor neutro;
- Circuito de ponte com um transformador.
Cada um deles é utilizado no seu próprio campo, dependendo da fonte de alimentação utilizada no mesmo e da potência de saída necessária para abastecer os consumidores. Cada um deve ter elementos de protecção e sinalização.
A protecção contra subtensão e sobretensão da fonte DC determina a gama de funcionamento "input" dos inversores. A protecção de sobretensão e subtensão de saída AC é necessária para o funcionamento normal do equipamento do consumidor. O intervalo de disparo é definido de acordo com os requisitos da carga utilizada. Estes tipos de protecção são reversíveis, ou seja, o funcionamento pode ser restaurado quando o equipamento é restaurado ao normal.
Se a protecção disparou devido a um curto-circuito na carga ou a um aumento excessivo da corrente de saída, deve ser efectuada uma análise minuciosa da causa do evento antes que o equipamento possa continuar a funcionar.
O inversor de 12V é o mais adequado para a criação de uma fonte de alimentação local. A disponibilidade de um grande número de carros e baterias de 12V DC permite a sua utilização para satisfazer os pedidos dos utilizadores. Tais redes podem ser estabelecidas numa variedade de locais, começando pelo seu próprio carro. São móveis e não dependem de um lugar de estacionamento.
Conversores de 12 V a 220 V
Os conversores simples de 12 a 220 são concebidos para requisitos de baixa potência. Os requisitos para a qualidade da tensão de alimentação de saída e para a forma do sinal são baixos. Os seus circuitos clássicos não utilizam microcontroladores PWM. O flip-flop montado com elementos lógicos I-Ne gera impulsos eléctricos com uma frequência de repetição de 100 Hz. Um gatilho D é utilizado para criar um sinal em fase. Divide-se a frequência do oscilador mestre por 2. O sinal de contra-fase na forma de impulsos quadrados é gerado nas saídas directas e inversas do gatilho.
Este sinal, através dos elementos tampão sobre os elementos lógicos, NÃO controla o circuito de saída do inversor, que é construído sobre transístores chave. A sua potência determina a potência de saída dos inversores.
Os transístores podem ser bipolares compostos e transístores de efeito de campo. Os circuitos de drenagem ou colectores incluem metade dos circuitos primários do transformador. O seu enrolamento secundário é concebido para uma tensão de saída de 220 V. Uma vez que o gatilho divide a frequência do multivibrador de 100Hz por 2, a frequência de saída será de 50Hz. Este valor é necessário para alimentar a grande maioria do equipamento eléctrico e de rádio doméstico.
Todos os componentes do circuito são alimentados pela bateria do veículo com elementos adicionais de estabilização e protecção contra interferências de alta frequência. A própria bateria está também protegida contra eles.
Os circuitos inversores simples não incluem elementos de protecção ou de controlo automático. A frequência de saída é determinada pela escolha da capacidade do condensador e da resistência incluída no circuito do oscilador principal. A protecção mais simples contra um curto-circuito na carga é um fusível no circuito que alimenta a bateria do carro. Um conjunto de fusíveis de reserva deve, portanto, estar sempre disponível.
Os conversores DC para AC modernos mais potentes utilizam um circuito diferente. O controlador PWM define o modo de funcionamento. Também determina a amplitude e frequência do sinal de saída.
O circuito conversor 2000W (12V+220V+2000W) utiliza a ligação paralela de elementos activos de potência nas suas fases de saída para obter a potência de saída necessária. Neste desenho de circuito, as correntes dos transístores são somadas.
Mas uma forma mais fiável de aumentar o parâmetro de potência é combinar vários conversores DC/DC como entrada para um inversor DC/AC (corrente contínua/corrente alternada) comum, cuja saída é utilizada para ligar uma carga pesada. Cada inversor DC/DC consiste num inversor com uma saída de transformador e um rectificador para essa voltagem. Uma tensão DC de aproximadamente 300 V está presente nos terminais de saída. Todos eles estão ligados em paralelo na saída.
É difícil obter mais de 600W de potência a partir de um único inversor. Todo o circuito da unidade é alimentado pela voltagem da bateria.
Estes circuitos são fornecidos com todos os tipos de protecção, incluindo a protecção térmica. Os sensores de temperatura são montados nas superfícies dos dissipadores de calor dos transístores de saída. Geram uma tensão em função do grau de calor. Um dispositivo de limiar compara-o com o setpoint na fase de concepção e dá um sinal para parar a unidade com um alarme apropriado. Cada tipo de protecção tem o seu próprio alarme, muitas vezes audível.
O arrefecimento forçado adicional é aplicado por meio de um refrigerador de ar instalado na caixa que se activa automaticamente por comando do respectivo sensor térmico. Além disso, a caixa em si é um dissipador de calor fiável porque é feita de metal corrugado.
De acordo com a forma do sinal de tensão de saída
Os conversores de tensão monofásicos podem ser divididos em dois grupos:
- Com uma saída de onda sinusoidal pura;
- Com uma forma de onda de saída sinusoidal modificada.
No primeiro grupo, um conversor de alta-frequência produz uma tensão constante. O seu valor está próximo da amplitude do sinal sinusoidal necessário à saída do dispositivo. Num circuito de ponte, um componente que está muito próximo de uma forma de onda sinusoidal é extraído desta tensão DC por modulação da largura do impulso do controlador e um filtro passa-baixo. Os transístores de saída abrem várias vezes em cada meio período por uma lei harmónica variável no tempo.
É necessária uma onda sinusoidal pura para dispositivos que tenham um transformador ou motor como entrada. A maioria dos dispositivos actuais permite uma tensão cuja forma se aproxima de uma onda sinusoidal. Os produtos com fontes de alimentação comutadas têm requisitos particularmente baixos.
Unidades de transformação
Os conversores de voltagem podem conter transformadores. Nos circuitos inversores, estão envolvidos no funcionamento de geradores de bloqueio, que produzem impulsos com uma forma que se aproxima da de uma onda quadrada. Um transformador de impulsos é utilizado como parte de um oscilador deste tipo. Os enrolamentos estão ligados de tal forma que se cria um feedback positivo, resultando numa oscilação amortecida.
O núcleo magnético é feito de uma liga que tem uma grande largura de banda magnética. Isto faz com que o transformador funcione num modo insaturado. Vários tipos de ferrite, permalloy têm estas propriedades.
Os geradores de bloqueio de transformadores foram substituídos por multivibradores. Os multivibradores utilizam circuitos de última geração e têm uma maior estabilidade de frequência do que os seus predecessores. Além disso, os circuitos multivibradores podem alterar a frequência de funcionamento do oscilador de uma forma simples.
Nos modelos inversores modernos, os transformadores funcionam nas fases de saída. O chumbo do ponto central do enrolamento primário abastece os colectores ou dreno dos transístores neles utilizados com uma tensão de alimentação da bateria. Os enrolamentos secundários são calculados, utilizando uma relação de transformação, para a tensão CA de 220V. Este é o valor utilizado para dar poder à maioria dos consumidores domésticos.
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