Invertor

Un invertor pentru o instalație solară autoportantă instalată în Speyer , Germania .

Prezentare generală a invertoarelor.

Un invertor (termen din limba engleză care poate fi tradus în italiană ca invertor ), în electronică , este un dispozitiv electronic de intrare / ieșire capabil să convertească un curent continuu de intrare într-un curent alternativ de ieșire și să varieze parametrii de amplitudine și frecvență. Este funcțional dispozitivul antitetic al unui redresor de curent .

fundal

Primul care a folosit invertor cuvânt în inginerie electrică sectorul a fost David Chandler Prince , care în 1925 a publicat un articol în The General Electric Review, în care a ilustrat funcționarea invertorului în conversie directă curent la o singură fază și în mai multe faze alternativ curent.

Aplicații și utilizare

Aplicațiile sunt multe:

în sursele de alimentare neîntreruptibile convertesc tensiunea furnizată de baterie în curent alternativ
în transmiterea energiei electrice convertesc energia în curent continuu transferat în unele linii electrice pentru a fi alimentate în rețea în curent alternativ
în utilizarea panourilor fotovoltaice , permite transformarea tensiunii directe în tensiune alternativă care poate fi utilizată în casă sau plasată în rețeaua de distribuție (dacă curentul este alimentat în rețeaua națională, este utilizat un invertor Grid-tie )
Pentru a crea osursă de comutare , pentru transformarea în curent continuu , cu avantaje considerabile în ceea ce privește eficiența, dimensiunea și greutatea
În domeniul aerospațial, acestea sunt utilizate pentru a furniza echipamentelor avionice ale aeronavelor cu un curent alternativ foarte stabil chiar dacă sunt furnizate de baterii (în caz de defecțiune electrică)
Variația de turație a motoarelor electrice
Pe autoturisme, rulote și pick-up-uri: convertesc curentul continuu de 12V al bateriei la 230V în curent alternativ pentru a funcționa dispozitivele de 230V.

Cel mai simplu tip de invertor constă dintr-un oscilator care acționează un tranzistor , care generează o undă pătrată prin deschiderea și închiderea unui circuit. Unda este apoi aplicată unui transformator care furnizează tensiunea necesară la ieșire prin rotunjirea undei pătrate într-o oarecare măsură. Dispozitivele mai eficiente precum MOSFET , tiristor sau IGBT sunt adesea folosite în locul tranzistorului comun.

Forma de undă pătrată generată de aceste dispozitive are problema de a fi bogată în armonici superioare, în timp ce unda sinusoidală a rețelei electrice nu. Acest lucru duce la o eficiență mai mică a echipamentului alimentat, la un zgomot mai mare și la zgomot electric și la probleme grave de compatibilitate electromagnetică .

Invertoarele mai complexe utilizează abordări diferite pentru a genera o formă de undă cât mai sinusoidală posibil. Un circuit electronic produce o tensiune treptată prin modulare a lățimii pulsului (PAM) cât mai aproape de un sinusoid posibil. Semnalul, numit sinusoid modificat , este netezit de condensatori și inductoare plasate la intrarea și ieșirea transformatorului pentru a suprima armonicele.

Cele mai bune și mai scumpe invertoare își bazează funcționarea pe modulația lățimii impulsurilor (PWM). Sistemul poate fi alimentat înapoi pentru a oferi o tensiune de ieșire stabilă, deoarece tensiunea de intrare variază. Pentru ambele tipuri de modulații, calitatea semnalului este determinată de numărul de biți utilizați. Acesta variază de la un minim de 3 biți la un maxim de 12 biți, capabil să descrie sinusoidul cu o aproximare excelentă.

La motoarele asincrone și cu atât mai mult cu motoarele sincrone , viteza de rotație este direct legată de frecvența tensiunii de alimentare. Oriunde este necesar în industrie să se schimbe viteza unui motor, se utilizează invertoare de curent alternativ la curent alternativ (AC-AC). În aceste sisteme, tensiunea de intrare este mai întâi convertită în curent continuu de un redresor și netezită de condensatori, apoi aplicată secțiunii de inversare. Prin urmare, în practică, acestea sunt sisteme „redresoare-invertoare”, chiar dacă sunt indicate în orice caz numai ca „invertoare” (adică doar „invertoare”). Scopul acestei operații duble este doar de a varia frecvența dorită într-un interval prestabilit și prezența unui transformator nu este necesară, deoarece nu este necesar să se varieze valoarea tensiunii de ieșire care rămâne aceeași cu cea a intrării . Frecvența de ieșire este determinată în cele mai simple cazuri de un semnal analog furnizat invertorului de exemplu de un potențiometru sau de un semnal digital trimis de un PLC .

Invertoare fotovoltaice pentru alimentare cu rețea

Același subiect în detaliu: Sistem fotovoltaic .

Un invertor pentru alimentarea rețelei: în stânga intrările a 2 șiruri, în centru ieșirea monofazată de curent alternativ.

Este un tip special de invertor conceput special pentru a converti energia electrică sub formă de curent continuu produs de un modul fotovoltaic , în curent alternativ pentru a fi alimentat direct în rețeaua electrică . Aceste mașini extind funcția de bază a unui invertor generic cu funcții extrem de sofisticate și avangardiste, prin utilizarea unor sisteme speciale de control software și hardware care permit extragerea puterii maxime disponibile din panourile solare în orice condiție meteo.

Această funcție se numește MPPT, un acronim inițial englez pentru M aximum P ower P oint T racker. De fapt, modulele fotovoltaice au o curbă caracteristică V / I , astfel încât există un punct de lucru optim, numit Punct maxim de putere, unde este posibil să se extragă puterea maximă disponibilă.

Acest punct caracteristic variază continuu în funcție de nivelul radiației solare care lovește suprafața celulelor, temperatura celulei și altele rezultate din condițiile ideale. Este evident că un invertor capabil să rămână „agățat” în acest moment (care este prin natura sa în mișcare) va obține întotdeauna puterea maximă disponibilă în orice condiție. Există mai multe tehnici de implementare a funcției MPPT, care diferă în ceea ce privește performanța dinamică (timpul de stabilire) și acuratețea. Deși acuratețea MPPT este extrem de importantă, timpul de decantare este, în unele cazuri, cu atât mai mult. În timp ce toți producătorii de invertoare sunt capabili să obțină o precizie mare pe MPPT (de obicei între 99-99,6% din maximul disponibil), doar câțiva sunt capabili să combine precizia cu viteza.

De fapt, în zilele cu înnorări variabile apar schimbări mari și bruște ale energiei solare. Este foarte obișnuit să detectați variațiile din 100 W / m² a 1 000 –1 200 W / m² în mai puțin de 2 secunde. În aceste condiții, care sunt foarte frecvente, un invertor cu timp de decantare mai mic de 5 secunde poate produce cu până la 5% -10% mai multă energie decât unul lent.

Unele invertoare fotovoltaice sunt echipate cu trepte de putere modulare, iar altele sunt chiar echipate cu un MPPT pentru fiecare etapă de putere. În acest fel, producătorii lasă ingineriei de sistem libertatea de a configura funcționarea independentă master / slave sau MPPT . Utilizarea MPPT-urilor independente oferă un avantaj obiectiv în condiții de iradiere inegale ale panourilor. De fapt, nu este neobișnuit ca suprafața panourilor solare să fie expusă la soare într-un mod diferit pe întregul câmp. Acest lucru se datorează faptului că este dispus pe două pasuri diferite ale acoperișului, deoarece modulele nu sunt distribuite pe șiruri de lungime egală sau din cauza umbririi parțiale a modulelor în sine. În acest caz, utilizarea unui singur MPPT ar conduce invertorul să facă toate panourile să funcționeze în afara punctului de putere maximă posibil, în timp ce împărțirea sistemului în blocuri diferite ar funcționa pe MPPT-ul său și, în consecință, producția de energie ar fi maximizată. O altă caracteristică importantă a unui invertor fotovoltaic este interfața de rețea. Această funcție, în general integrată în mașină, trebuie să îndeplinească cerințele impuse de reglementările diferitelor corpuri de alimentare cu energie electrică.

În Italia, CEI a lansat standardul CEI 0-21, aflat în prezent în ediția 2. Această legislație prevede o serie de măsuri de siguranță pentru a preveni introducerea energiei în rețeaua electrică dacă parametrii acesteia sunt în afara limitelor de acceptabilitate.

În cazul unei defecțiuni de la corpul de distribuție, cele mai recente modele de invertoare fotovoltaice (chiar dacă panourile continuă să producă energie) încetează introducerea de energie în sistem către corpul de distribuție pentru a preveni transmiterea unei tensiuni în jurul sistemului electric sistemul este oprit fără ca instalatorul sau tehnicianul de întreținere sau tehnicienii companiei de utilități să știe despre existența unui sistem fotovoltaic care ar putea produce energie.

Randament

Eficiența maximă a acestei mașini statice este cuprinsă între 0,97 și 0,99, în cazul invertoarelor fotovoltaice, acestea necesită o cantitate minimă de energie pentru a fi eficiente, aproximativ 10% din puterea maximă generată de panoul fotovoltaic, în caz contrar se reduce rapid la 0, în general, panourile fotovoltaice funcționează aproape întreaga lor viață la sarcini parțiale și din acest motiv a fost concepută eficiența europeană, care ia în considerare eficiența de conversie la diferite sarcini și coeficienți diferiți care reprezintă timpul mediu al puterii relative de intrare (0,03 x η5% + 0,06 x η10% + 0,13 x η20% + 0,10 x η30% + 0,48 x η50% + 0,20 x η100%) aceasta permite o mai bună exprimare a curbei de eficiență a invertorului și a valorii sale medii în practică. ^[1]