¿Cuáles son los desafíos de convertir un inversor de 12 V CC a un inversor de CA de 110 V?

AC = corriente alterna, o una buena onda sinusoidal limpia, normalmente se produce al girar un electromagnético dentro de los devanados del estator. Se parece a esto:

DC = corriente continua, que no tiene frecuencia (no es periódica, pero, um, directa ), puede ser producida por una fuente química (baterías) o fotovoltaica (paneles solares). Se parece a esto:

Ahora, no es fácil convertir DC en AC, porque no hay forma de onda periódica con DC para que podamos modificar. En cambio, la forma más simple es usar un interruptor realmente rápido para apagar y encender el suministro de CC. Me gusta, muy rápido. 60 ciclos de CA se apagan y encienden 60 veces por segundo, o una vez cada 17 ms. Podemos usar un transistor o un SCR para esto, y terminaremos con algo parecido a esto:

Impresionante, piensas. ¡Ahora tenemos una onda de CA! Bueno, en eso se alterna una onda cuadrada, eso es cierto. Pero si conectas algo que espera una onda sinusoidal (también conocido como algo que se conecta a una toma de corriente) con una onda cuadrada, dejarás que la magia se escape. La potencia se puede visualizar como el área debajo de la curva, y una onda sinusoidal produce aproximadamente la mitad de una onda cuadrada de la misma frecuencia y amplitud. Los ángulos rectos también son difíciles para los equipos rotativos. Entonces, en este punto, tenemos dos opciones:

  1. Podemos fingir la alimentación de CA tradicional utilizando formas de onda moduladas por ancho de pulso . PWM funciona enviando pulsos de longitud variable. Cuanto más largo es el pulso y más cerca están juntos, mayor es el voltaje promedio que representa. Dado que los pulsos suceden 20-1000 veces por ciclo, parece una onda sinusoidal de CA a la carga. Vea la parte inferior de la imagen a continuación para obtener una representación gráfica.

El problema con esto es que es desordenado, lo que significa que a la electrónica no le gusta. Intente ejecutar un microondas o una computadora de escritorio con una fuente de alimentación PWM y los quemará en cuestión de semanas. Los inversores de CA baratos están etiquetados como inversores de onda sinusoidal modificada . “Onda sinusoidal modificada” es un término de marketing completamente artificial que significa “Onda sinusoidal falsa modulada por ancho de pulso”.

O, hay puerta # 2:

2. Podemos hacer una verdadera onda sinusoidal usando electrónica elegante. Esencialmente, en lugar de desconectar el suministro de CC y encenderlo a 60Hz para hacer una onda cuadrada, lo cambiaremos varias veces por ciclo para hacer un híbrido de onda cuadrada / onda sinusoidal (a veces también llamada onda sinusoidal modificada), así:

Esto se puede hacer con tecnología de conmutación como IGBT. Como se muestra, requeriría 2 de ellos, pero con frecuencia veremos UPS de gran tamaño (con salida de onda sinusoidal muy limpia) construidos con 8. Más IGBT significan más pasos en nuestra escalera anterior, lo que significa que es una aproximación más cercana de una onda sinusoidal.

Cuando tenemos una onda cuadrada modificada que se aproxima mucho a la curva general de una onda sinusoidal, se ejecutará a través de un inductor (como un transformador de aislamiento) para suavizar los bordes afilados, dejándonos con un AC encantador (esperamos) puro. onda sinusoidal. Si, como en la pregunta original, necesitamos un voltaje diferente, ese último paso de suavizado puede ser fácilmente un transformador dimensionado para emitir cualquier voltaje de CA que necesitemos.

Si no va a generar CA, un inversor de onda sinusoidal pura es la siguiente mejor manera de obtener CA de CC, sin dudas.

¡No mucho! La parte difícil del diseño depende principalmente de la potencia nominal, el tipo de curva de salida (onda cuadrada, onda sinusoidal modificada o pura / aproximadamente 90% o mayor que el tipo de onda sinusoidal), voltaje fijo y control de frecuencia, THD bajo (desde apagado) se puede otorgar una cuadrícula inferior al 20%). También, a veces, la parte más difícil es elegir qué diseño usar (después de asumir que todos esos criterios deben completarse). Hay un oscilador IC de 555 temporizadores, oscilación basada en relé, oscilación basada en LC opamp, cristal de cuarzo y microcontrolador u oscilación basada en opamp, oscilación basada en pwm y, por último, oscilación en estado sólido.

Los circuitos osciladores generalmente convierten CC a CA, mientras que el transformador amplifica la pequeña señal de CA del oscilador a un voltaje mucho más alto, como 110 V o 220 V. El inversor moderno contiene muchas cosas que permitirán la seguridad, la sofisticación inteligente y la buena conversión de energía eficiente y el manejo de todos los dispositivos que están conectados de manera segura.

La respuesta que he dado es más como general con amplio espectro y no pudo reducirla ya que no pudo proporcionar suficiente información en su pregunta. El inversor puede parecer pequeño, pero contiene muchos segmentos diferentes, cada uno de los cuales controla una tarea en particular y requieren un gran conocimiento de ingeniería eléctrica para armar.

Hacer un controlador lo suficientemente bueno para sus transistores de potencia. Dicho controlador debe detectar de alguna manera el voltaje de salida y ajustar el ancho de los pulsos de activación en consecuencia. Debe realizar un filtrado de paso bajo en esta retroalimentación para evitar resonancia. Debería intentar alguna onda sinusoidal utilizando varios pulsos variables para cada media onda en lugar de un pulso simple. Los transistores de potencia deben elegirse cuidadosamente para que se abran completamente, se recuperen rápidamente, se calienten poco y no se arruinen por el pico de voltaje inductivo.
¡Y el mayor desafío de todos es competir con esos inversores chinos!

Los desafíos son mínimos porque hay muchos convertidores de 12 voltios CC a 110/120 voltios en el mercado hoy en día y esto hace que “Hacerlo usted mismo” quede obsoleto. Antes de jubilarse, mi empleador le pediría a mi departamento que construyera dispositivos especiales, y utilizaré su inversor como ejemplo. Le preguntaría a mi jefe por qué gastar varios miles de dólares construyendo esto cuando puedo comprar lo mismo en Radio Shack por $ 50.