Ce este invertorul?

Definitia clasica a invertorului spune ca acesta face conversia curentului continuu in curent alternativ. Dupa cum se stie, tensiunea in curent continuu are o valoare constanta independenta de timp, in timp ce tensiunea alternativa depinde de timp. Unul dintre cele mai populare exemple pentru o sursa c.c. este bateria electrica, iar pentru c.a. tensiunea pe care o avem acasa, la 50 Hz.

Utilizarea invertoarelor este larg raspandita in diferite sisteme de conversie a energiei, controlul motoarelor (energia electrica in energie motrice) pentru sistemul de aer conditionat sau masinile de spalat, masini de gatit cu inductie (energie electrica in energie termica), convertoare de putere care convertesc energia electrica produsa de panourile solare in energie electrica de curent alternativ sau sunt folosite ca stabilizatoare de tensiune.

CUM FUNCTIONEAZA INVERTORUL?

Sistemul de comanda al invertorului este compus din doua circuite principale. Unul dintre acestea este “Generatorul undei originale” pentru tensiunea a.c., iar celalalt este “Generatorul a.c.” care produce o unda a.c. tinta.

Generatorul undei originale produce o serie de impulsuri ale caror inaltimi sunt identice dar au latimile selectate de generator. Seria de impulsuri este “Unda originala” pentru unda tinta c.a.. Latimea fiecarui impuls este determinata de un calcul special care va fi prezentat mai jos.

Iar generatorul c.a. transforma semnalul original in semnal c.a..Acest circuit are in interior cateva perechi de comutatoare. Pentru a simplifica explicatia, considerati cazul in care exista doar o pereche de comutatoare in circuitul de decodificare.

Una dintre bornele unui comutator este legata la sursa de tensiune c.c. (V+) iar o borna a celuilalt comutator la potentialul pamantului (masa). Celelalte borne ale ambelor comutatoare sunt conectate intre ele, formand borna de iesire a generatorului a.c.. Fiecare comutator este controlat prin modificarea undei semnalului original. Aceasta configuratie poate produce trei nivele de tensiune cum sunt nivelul tensiunii c.c. (V+), nivelul masei, si un nivel intermediar intre V+ si masa.

Explicatia este dedicata doar celor doua comutatoare, dar este de inteles ca mai multe comutatoare si un sistem de control mai sofisticat vor crea o unda c.a. mai complexa plecand de la nivelurile simple ale c.c. si al masei.

Semnalul sinusoidal

In multe cazuri unda a.c. tinta va fi sinusoidala. De exemplu, un sistem de control al motorului va avea nevoie de o unda sinusoidala pentru a controla motorul pentru ca o unda sinusoidala ideala ofera cea mai silentioasa rotire si cel mai mic consum de energie. Alt exemplu este al convertoarelor de frecventa de putere care genereaza unda sinusoidala de 50 Hz pentru livrarea energiei electrice in reteaua publica.

Acum vom discuta despre cum este produsa unda originala de catre generator, care va fi transformata intr-o unda sinusoidala de catre generatorul de c.a..

Nivelele maxim si minim ale generatorului de c.a. sunt +V si respectiv –V. Iar amplitudinea este mai mica decat valoarea 2 x V.

Este utilizat apoi un triunghi isoscel. Inaltimea triunghiului este 2 x V si se repeta de-a lungul axei orizontale (axa timpului) iar baza este un interval fix de timp. Unda sinusoidala este figurata pe grafic avand in fundal triunghiurile insiruite.

Comparand valorile triunghiului cu cele ale sinusoidei, va fi considerat 1 daca sinusoida este mai mare decat triunghiul si 0 in caz contrar. Astfel vor rezulta impusluri secventiale de o unitate, care reprezinta unda originala a sinusoidei.

Unda originala (Semnal S) arata ca impulsurile mai largi apar la valorile mai mari ale sinusoidei. Pentru o mai buna intelegere, daca impulsurile ar fi modificate pentru a umple spatiul invecinat fara a schimba suprafata impulsului, se va contura forma unei sinusoide. (Semnal Sa).

Este usor de inteles ca forma va fi cu atat mai apropiata de o sinusoida cu cat triunghiurile vor fi mai ascutite (cu baza mai mica). Trebuie sa notam ca semnalul Sa nu este o unda reala ci una conceptuala.

Tehnologia generarii unei unde precum unda originala, care este compusa din impulsuri cu inaltime constanta si latime variabila, se numeste PWM (Pulse Width Modulation). Controlul invertorului se face prin tehnologia PWM.

Controlul prin feedback

Baza functionarii sistemului de comanda al invertorului este: generatorul undei originale produce unda originala PWM iar generatorul a.c. va produce o unda sinusoidala modificata de unda originala. In situatia reala insa aceasta nu este totul.

Sistemul de control are un motor sau un alt dispozitiv conectat, adica o sarcina. Cand sarcina este in functiune, va distorsiona unda sinusoidala de pe iesirea generatorului c.a.. Amplitudinea undei sinusoidale poate descreste, faza se poate schimba usor, sau frecventa poate fi instabila, si asa mai departe. Sistemul trebuie sa dispuna de inca cateva functii pentru a obtine curba ideala a undei sinusoidale.

O functie de monitorizare a undei pe iesire a generatorului a.c. (care alimenteaza sarcina). Apoi semnalul monitorizat trebuie comparat cu forma ideala a undei. Ca rezultat, daca amplitudinea semnalului monitorizat este mai mica, semnalul generatorului undei originale, impulsurile PWM, trebuie sa fie mai largi, si vice versa. Dupa repetarea acestui proces unda generata este foarte apropiata de unda ideala.

O bucla precum cea de mai jos este cunoscuta ca sistem de control cu feedback. Datorita acestui sistem, controlul prin inverter poate fi utilizat intr-o varietate de sarcini.

Circuitele necesare pentru controlul invertorului

Sunt necesare un circuit de monitorizare pentru a monitoriza semnalul emis de generatorul a.c., un generator de semnal cu triunghiuri isoscele, un circuit pentru compararea semnalului monitorizat cu semnalul triunghiular (un generator de semnal S), un comparator al semnalului S al semnalului monitorizat cu semnalul S ideal al sinusoidei ideale, memorarea semnalului ideal S, generator PWM, si desigur generatorul a.c..

Circuitul de monitorizare al semnalului emis de generatorul a.c. este un convertor AD care converteste semnalul analogic monitorizat in valori digitale. Aceasta conversie face mai usoara compararea amplitudinii valorilor convertite cu valorile triunghiurilor isoscele (valori digitale).

Un circuit de contorizare este folosit la generarea triunghiurilor isoscele. Contorul trebuie sa numere impulsurile cu un ceas de mare frecventa, urca pana la o valoare predefinita si descreste dupa atingerea acesteia. Acesta genereaza triunghiurile isoscele.

Compararea va fi facuta cu un calculator digital.

Semnalul S al curbei sinusoidale ideale este stocat in memorie.

Impulsurile PWM vor fi generate de un circuit special care este dedicat controlului unei serii de impulsuri PWM.

Dupa cum se poate intelege, aproape toate circuitele pentru functia de control a invertorului sunt integrate intr-un microcontroler.

Utilizarea unui microcontroler cu control PWM IP (Intellectual Property) este una dintre cele mai bune solutii pentru sistemul de comanda al invertorului.