IT
USA
DE
FR
ES
IT
EN
USA
DE
ZH
ES
FR
PT
JP
RU
AR
KR
PL
RO
VN
HE
TR
CS
HR
DA
FI
EL
NL
SR
SK
SV
HU
Gli inverter hanno assunto un ruolo fondamentale grazie alla crescente diffusione delle macchine elettriche e in generale di tutte quelle tecnologie che sfruttano le energie rinnovabili.
Ma cos’è un inverter e a cosa serve?
In elettronica l’inverter è un apparato elettronico di ingresso/uscita in grado di convertire una CORRENTE CONTINUA IN INGRESSO in una CORRENTE ALTERNATA IN USCITA e di variarne i parametri di AMPIEZZA e FREQUENZA.
Come avevamo spiegato nel nostro precedente video sulla storia e il funzionamento del motore elettrico, la comune presa elettrica nel muro fornisce CORRENTE ALTERNATA. In genere è utilizzata per alimentare apparecchi elettrici più grandi come elettrodomestici, ecc.
Se si osserva la CORRENTE ALTERNATA si vedrà un andamento ondulatorio in cui la tensione si alterna fra i due suoi picchi massimo e minimo simmetrici, passando per un valore nullo.
Si può paragonare la corrente alternata al livello del mare fra le sue condizioni estreme di alta e bassa marea. Fra questi valori estremi di livello, l’acqua del mare scorrerà a livelli intermedi cambiando anche direzione.
Le comuni batterie invece forniscono CORRENTE CONTINUA e rappresentano i generatori di tensione continua. La loro caratteristica è quella di presentare ai morsetti una polarità fissa, ovvero un polo positivo ed uno negativo. Questo tipo di alimentazione è utilizzato principalmente da dispositivi come schede elettroniche, pannelli solari, ecc.
La CORRENTE CONTINUA si trova sempre alla sua massima tensione e il suo flusso scorre sempre in un’unica direzione seguendo una linea retta. Possiamo immaginare un fiume o un canale che scorre continuamente, in moto rettilineo, in una sola direzione, con un flusso costante.
Gli inverter vengono solitamente impiegati nei pannelli solari o fotovoltaici. Questi dispositivi infatti generano sempre corrente continua, mentre come abbiamo detto, gli elettrodomestici nelle nostre case utilizzano corrente alternata. Per far funzionare gli elettrodomestici dunque è necessario una conversione da corrente continua a corrente alternata.
Per questo esistono in commercio varie tipologie di inverter. JAES nel suo catalogo offre un’ampia scelta di inverter dei maggiori costruttori.
Una tipologia più complessa di inverter è necessaria quando essi sono integrati in variatori di frequenza o unità di controllo della velocità, per il controllo della velocità, della coppia e della direzione dei motori in corrente alternata.
Come avevamo visto nel nostro precedente video sul calcolo delle pompe centrifughe, un modo pratico per cambiare la velocità di rotazione della girante della pompa è quello di utilizzare un convertitore di frequenza e mantenere così i criteri di progettazione inalterati.
È possibile dunque trovare gli inverter in pompe, ventilatori, compressori e fondamentalmente in qualsiasi apparecchiatura che genera rotazione.
Come notiamo in questa animazione l’inverter è accoppiato ad un raddrizzatore e la corrente alternata in entrata
viene convertita in continua, e poi di nuovo in alternata. Ma i driver interni cambieranno la frequenza e di conseguenza la forma dell’onda sinusoidale. Questo permetterà di controllare con precisione le prestazioni di un motore collegato ad un carico, un compressore ecc.
In questo video spiegheremo come ottenere della corrente elettrica sinusoidale pura in uscita da una corrente continua in entrata.
La corrente alternata inverte periodicamente la sua direzione. Per questo motivo il valore medio della corrente alternata su un ciclo è zero.
Prima di procedere con la costruzione dell’onda sinusoidale vediamo cos’è un’onda quadra.
In questo 3D possiamo vedere la ricostruzione di un circuito a 4 interruttori e una tensione di ingresso. Questo circuito è noto come Inverter a ponte di diodi. E l’uscita è rappresentata tra i punti A e B.
Per facilitare l’analisi di questo circuito, sostituiamo questo carico con questo carico ipotetico.
Come possiamo vedere c’è un flusso di corrente solo se gli interruttori 1 e 4 sono accesi ed 2 ed 3 sono disattivati, ora basta invertire ed osservare il flusso di corrente.
È chiaro che in questo caso il flusso di corrente è opposto. Come la tensione in uscita attraverso il carico.
Questa è la tecnica di base che produce un onda quadra alternata.
La frequenza della corrente alternata nelle nostre case è di 60 Hertz, questo significa che avremmo bisogno di accendere e spegnare l’interruttore 120 volte in un secondo. Cosa impossibile da fare manualmente o usando degli interruttori meccanici.
Per questo motivo entrano in gioco gli interruttori a semiconduttore MOSFET che a questo scopo sono in grado di effettuare l’accensione e lo spegnimento per migliaia di volte al secondo usando segnali di controllo. E possono pilotare agevolmente l’accensione e lo spegnimento dei transistor.
Ma cos’è un inverter e a cosa serve?
In elettronica l’inverter è un apparato elettronico di ingresso/uscita in grado di convertire una CORRENTE CONTINUA IN INGRESSO in una CORRENTE ALTERNATA IN USCITA e di variarne i parametri di AMPIEZZA e FREQUENZA.
Come avevamo spiegato nel nostro precedente video sulla storia e il funzionamento del motore elettrico, la comune presa elettrica nel muro fornisce CORRENTE ALTERNATA. In genere è utilizzata per alimentare apparecchi elettrici più grandi come elettrodomestici, ecc.
Se si osserva la CORRENTE ALTERNATA si vedrà un andamento ondulatorio in cui la tensione si alterna fra i due suoi picchi massimo e minimo simmetrici, passando per un valore nullo.
Si può paragonare la corrente alternata al livello del mare fra le sue condizioni estreme di alta e bassa marea. Fra questi valori estremi di livello, l’acqua del mare scorrerà a livelli intermedi cambiando anche direzione.
Le comuni batterie invece forniscono CORRENTE CONTINUA e rappresentano i generatori di tensione continua. La loro caratteristica è quella di presentare ai morsetti una polarità fissa, ovvero un polo positivo ed uno negativo. Questo tipo di alimentazione è utilizzato principalmente da dispositivi come schede elettroniche, pannelli solari, ecc.
La CORRENTE CONTINUA si trova sempre alla sua massima tensione e il suo flusso scorre sempre in un’unica direzione seguendo una linea retta. Possiamo immaginare un fiume o un canale che scorre continuamente, in moto rettilineo, in una sola direzione, con un flusso costante.
Gli inverter vengono solitamente impiegati nei pannelli solari o fotovoltaici. Questi dispositivi infatti generano sempre corrente continua, mentre come abbiamo detto, gli elettrodomestici nelle nostre case utilizzano corrente alternata. Per far funzionare gli elettrodomestici dunque è necessario una conversione da corrente continua a corrente alternata.
Per questo esistono in commercio varie tipologie di inverter. JAES nel suo catalogo offre un’ampia scelta di inverter dei maggiori costruttori.
Una tipologia più complessa di inverter è necessaria quando essi sono integrati in variatori di frequenza o unità di controllo della velocità, per il controllo della velocità, della coppia e della direzione dei motori in corrente alternata.
Come avevamo visto nel nostro precedente video sul calcolo delle pompe centrifughe, un modo pratico per cambiare la velocità di rotazione della girante della pompa è quello di utilizzare un convertitore di frequenza e mantenere così i criteri di progettazione inalterati.
È possibile dunque trovare gli inverter in pompe, ventilatori, compressori e fondamentalmente in qualsiasi apparecchiatura che genera rotazione.
Come notiamo in questa animazione l’inverter è accoppiato ad un raddrizzatore e la corrente alternata in entrata
viene convertita in continua, e poi di nuovo in alternata. Ma i driver interni cambieranno la frequenza e di conseguenza la forma dell’onda sinusoidale. Questo permetterà di controllare con precisione le prestazioni di un motore collegato ad un carico, un compressore ecc.
In questo video spiegheremo come ottenere della corrente elettrica sinusoidale pura in uscita da una corrente continua in entrata.
La corrente alternata inverte periodicamente la sua direzione. Per questo motivo il valore medio della corrente alternata su un ciclo è zero.
Prima di procedere con la costruzione dell’onda sinusoidale vediamo cos’è un’onda quadra.
In questo 3D possiamo vedere la ricostruzione di un circuito a 4 interruttori e una tensione di ingresso. Questo circuito è noto come Inverter a ponte di diodi. E l’uscita è rappresentata tra i punti A e B.
Per facilitare l’analisi di questo circuito, sostituiamo questo carico con questo carico ipotetico.
Come possiamo vedere c’è un flusso di corrente solo se gli interruttori 1 e 4 sono accesi ed 2 ed 3 sono disattivati, ora basta invertire ed osservare il flusso di corrente.
È chiaro che in questo caso il flusso di corrente è opposto. Come la tensione in uscita attraverso il carico.
Questa è la tecnica di base che produce un onda quadra alternata.
La frequenza della corrente alternata nelle nostre case è di 60 Hertz, questo significa che avremmo bisogno di accendere e spegnare l’interruttore 120 volte in un secondo. Cosa impossibile da fare manualmente o usando degli interruttori meccanici.
Per questo motivo entrano in gioco gli interruttori a semiconduttore MOSFET che a questo scopo sono in grado di effettuare l’accensione e lo spegnimento per migliaia di volte al secondo usando segnali di controllo. E possono pilotare agevolmente l’accensione e lo spegnimento dei transistor.
L’uscita dell’onda quadra rappresenta la prima approssimazione dell’uscita sinusoidale.
I vecchi Inverter che producono onde quadre sono facilmente riconoscibili dal loro classico ronzio durante il loro funzionamento: come i ventilatori o altri apparecchi che utilizzano potenze in onda quadra, anche perché solitamente i loro componenti interni si surriscaldano molto.
I moderni inverter invece, producono onda sinusoidale pura in uscita. Vediamo nel dettaglio come fanno.
La tecnica si chiama PWM (dall’inglese Pulse-width modulation, ovvero Modulazione a larghezza di impulso). Lo scopo della Modulazione a larghezza di impulso è semplice:
Si genera un impulso quadrato di ampiezza temporale e di tensione variabile in modo da comporre una forma molto simile ad una sinusoide.
Questa adesso è la parte più complicata: cosa succede se mediamo questi impulsi in un piccolo intervallo di tempo? sarete sorpresi di vedere che la forma media degli impulsi sembra molto simile alla curva sinusoidale. Più sottile è l’impulso che viene utilizzato, migliore sarà la forma sinusoidale.
In questa situazione come possiamo produrre questi impulsi e come facciamo a trovare un modo pratico per ricavarne una media?
Vediamo ora come questi impulsi sono implementati in un inverter. Per questo scopo si usano i comparatori.
I comparatori confrontano un’onda sinusoidale con onde triangolari. Un comparatore usa l’onda sinusoidale e l’altro comparatore usa un’onda sinusoidale invertita: il primo comparatore controlla gli interruttori i1 e i2 mentre il secondo comparatore controlla gli interruttori i3 e i4.
Gli interruttori i1 e i2 determinano il livello di tensione al punto A e gli altri due interruttori determinano il livello di tensione al punto B. Quindi puoi vedere che il ramo dell’uscita del comparatore è dotato di una logica esclusiva. Vuol dire che quando i1 è aperto i2 sarà chiuso e viceversa.
Questo significa che non possiamo mai accendere i1 e i2 allo stesso tempo, il che causerà il cortocircuito del circuito a corrente continua.
La variazione della chiusura del circuito tramite i1 che dà tensione al punto A e l’accensione di i2, otterrà una tensione pari a zero. Stessa cosa per il punto B.
La logica di commutazione della Modulazione a larghezza di impulso è semplice: quando il valore dell’onda sinusoidale è superiore a quello dell’onda triangolare, il comparatore produce un segnale altrimenti il segnale è zero.
Ora osserviamo la variazione di tensione. Il segnale di controllo di uno accende il MOSFET. Gli impulsi di tensione prodotti al punto A sono mostrati.
Basta applicare la stessa logica di commutazione e osservare gli impulsi di tensione generati nel punto B.
Dal momento che stiamo tracciando la tensione di uscita tra il punto A e B la tensione netta sarà ottenuta dalla differenza tra A e B.
Questo è il treno di impulsi di cui abbiamo bisogno per creare questa onda sinusoidale. Più piccola ed accurata è l’onda triangolare più accurato è il treno di impulsi.
La domanda ora è: come facciamo ad implementare in modo pratico la media per renderlo esattamente potenza elettrica alternata sinusoidale?
Elementi passivi reattivi come induttori e condensatori sono usati per smussare la forma d’onda della potenza.
Questi elementi sono chiamati filtri passivi.
Gli induttori sono usati per smussare la corrente e i condensatori sono usati per smussare la tensione.
Con un inverter ponte, un buon modulatore a larghezza di impulso (PWM) ed un filtro passivo è possibile generare tensione sinusoidale e alimentare tutti i tuoi apparecchi in corrente alternata senza problemi.
La tecnologia inverter che abbiamo ora spiegato ha solo due livelli di voltaggio. Ma cosa succede se utilizziamo un livello di tensione aggiuntivo, questo darà una migliore approssimazione dell’onda sinusoidale e porterà ad una riduzione dell’errore istantaneo.
Questa tecnologia inverter multi-livello è utilizzata in tecnologie di alta precisione come le turbine eoliche e le auto elettriche.
Gli inverter utilizzati nelle auto elettriche hanno frequenza e ampiezza modulabili.
Infatti il controllo mediante una logica complessa della tensione e della frequenza modifica la velocità e la potenza utilizzata dall’auto come un cervello centrale che ne ottimizza i parametri per una guida ideale.
I vecchi Inverter che producono onde quadre sono facilmente riconoscibili dal loro classico ronzio durante il loro funzionamento: come i ventilatori o altri apparecchi che utilizzano potenze in onda quadra, anche perché solitamente i loro componenti interni si surriscaldano molto.
I moderni inverter invece, producono onda sinusoidale pura in uscita. Vediamo nel dettaglio come fanno.
La tecnica si chiama PWM (dall’inglese Pulse-width modulation, ovvero Modulazione a larghezza di impulso). Lo scopo della Modulazione a larghezza di impulso è semplice:
Si genera un impulso quadrato di ampiezza temporale e di tensione variabile in modo da comporre una forma molto simile ad una sinusoide.
Questa adesso è la parte più complicata: cosa succede se mediamo questi impulsi in un piccolo intervallo di tempo? sarete sorpresi di vedere che la forma media degli impulsi sembra molto simile alla curva sinusoidale. Più sottile è l’impulso che viene utilizzato, migliore sarà la forma sinusoidale.
In questa situazione come possiamo produrre questi impulsi e come facciamo a trovare un modo pratico per ricavarne una media?
Vediamo ora come questi impulsi sono implementati in un inverter. Per questo scopo si usano i comparatori.
I comparatori confrontano un’onda sinusoidale con onde triangolari. Un comparatore usa l’onda sinusoidale e l’altro comparatore usa un’onda sinusoidale invertita: il primo comparatore controlla gli interruttori i1 e i2 mentre il secondo comparatore controlla gli interruttori i3 e i4.
Gli interruttori i1 e i2 determinano il livello di tensione al punto A e gli altri due interruttori determinano il livello di tensione al punto B. Quindi puoi vedere che il ramo dell’uscita del comparatore è dotato di una logica esclusiva. Vuol dire che quando i1 è aperto i2 sarà chiuso e viceversa.
Questo significa che non possiamo mai accendere i1 e i2 allo stesso tempo, il che causerà il cortocircuito del circuito a corrente continua.
La variazione della chiusura del circuito tramite i1 che dà tensione al punto A e l’accensione di i2, otterrà una tensione pari a zero. Stessa cosa per il punto B.
La logica di commutazione della Modulazione a larghezza di impulso è semplice: quando il valore dell’onda sinusoidale è superiore a quello dell’onda triangolare, il comparatore produce un segnale altrimenti il segnale è zero.
Ora osserviamo la variazione di tensione. Il segnale di controllo di uno accende il MOSFET. Gli impulsi di tensione prodotti al punto A sono mostrati.
Basta applicare la stessa logica di commutazione e osservare gli impulsi di tensione generati nel punto B.
Dal momento che stiamo tracciando la tensione di uscita tra il punto A e B la tensione netta sarà ottenuta dalla differenza tra A e B.
Questo è il treno di impulsi di cui abbiamo bisogno per creare questa onda sinusoidale. Più piccola ed accurata è l’onda triangolare più accurato è il treno di impulsi.
La domanda ora è: come facciamo ad implementare in modo pratico la media per renderlo esattamente potenza elettrica alternata sinusoidale?
Elementi passivi reattivi come induttori e condensatori sono usati per smussare la forma d’onda della potenza.
Questi elementi sono chiamati filtri passivi.
Gli induttori sono usati per smussare la corrente e i condensatori sono usati per smussare la tensione.
Con un inverter ponte, un buon modulatore a larghezza di impulso (PWM) ed un filtro passivo è possibile generare tensione sinusoidale e alimentare tutti i tuoi apparecchi in corrente alternata senza problemi.
La tecnologia inverter che abbiamo ora spiegato ha solo due livelli di voltaggio. Ma cosa succede se utilizziamo un livello di tensione aggiuntivo, questo darà una migliore approssimazione dell’onda sinusoidale e porterà ad una riduzione dell’errore istantaneo.
Questa tecnologia inverter multi-livello è utilizzata in tecnologie di alta precisione come le turbine eoliche e le auto elettriche.
Gli inverter utilizzati nelle auto elettriche hanno frequenza e ampiezza modulabili.
Infatti il controllo mediante una logica complessa della tensione e della frequenza modifica la velocità e la potenza utilizzata dall’auto come un cervello centrale che ne ottimizza i parametri per una guida ideale.