Inversor sin transformador:todo lo que necesita saber

A veces, la tecnología puede hacer grandes avances para la comunidad colectiva. La tecnología sin transformador es uno de estos desarrollos. Ofrece servicios públicos, productores de energía independientes e integradores, entrega de energía ilimitada y complejidad reducida. Significa que los dos tipos más comunes de instalaciones fotovoltaicas comerciales pueden utilizar métodos más eficientes y reducir costos.

Los inversores sin transformador son más pequeños y livianos que sus contrapartes con transformador, lo que puede ser una razón importante para considerarlos.

Siga leyendo para descubrir cómo funcionan los inversores sin transformador, los mejores circuitos para ellos, las consideraciones de instalación y sus beneficios.

¿Qué es un inversor sin transformador?

Un inversor de energía convierte la electricidad de corriente continua (CC) de voltaje más bajo en electricidad de corriente alterna (CA) de voltaje más alto, que utilizan los electrodomésticos.

En lugar de necesitar un transformador interno para convertir la energía, un inversor sin transformador puede aumentar el voltaje mediante un proceso computarizado de varios pasos. Los componentes electrónicos dentro del inversor cambian la energía de CC de baja frecuencia a CA de alta frecuencia. Luego vuelve a convertir la energía a CC y finalmente a voltaje de CA de frecuencia estándar.

3 mejores circuitos para inversores sin transformador

Las tres mejores configuraciones de circuitos para inversores sin transformador son el IC 4047, un diseño compacto de 200 vatios y los circuitos inversores solares. Son pequeños, relativamente simples y dependen de baterías o energía solar en lugar de un transformador interno.

CI 4047

Figura 4:IC 4047

El IC 4047 es uno de los circuitos más simples que puede usar para un inversor sin transformador. No requiere arranque ni necesita circuitos integrados de controladores especiales.

Sin embargo, es de dos a tres veces más grande que dispositivos de canal N similares con menor tolerancia térmica y mayores especificaciones de corriente. Por lo tanto, los diseñadores lo evitan para unidades profesionales y comerciales.

Cómo funciona

El IC 4047 es un multivibrador de baja potencia que puede utilizar tanto en modo MV astable como monoestable. Puede integrar entradas de activación externas en modo astable (interrupción verdadera o activación complementaria). En el modo monoestable, puede activar el borde positivo o el borde negativo del IC.

Su característica reactivable le permite extender el tiempo de salida a la cantidad que necesita.

También tiene un oscilador incorporado que permite opciones de frecuencia variable con una red RC externa.

Configuración

• Poder: Baterías clasificadas para 190 V cuando están completamente cargadas y 160 V cuando están moderadamente cargadas
• CI 555 :PWM
• CI Opamp :configurado como un comparador con ondas triangulares para procesar los SPWM requeridos
• Interruptor de búfer de BJT :configurado de acuerdo con los pulsos SPWM con MOSFET de lado bajo cambiados al mismo patrón
• MOSFET :debe estar clasificado para manejar un inversor sin transformador de 3kva (como IRFB4137PBF-ND)
• Núcleo de ferrita :en lugar de transformador de hierro pesado

Pruebas de frecuencia

Utilice la siguiente fórmula, midiendo f en Hz, Rt en ohmios y Ct en faradios:

f =1/1,453 x Rt x Ct

Deberá probar la salida del rango de frecuencia con un frecuencímetro digital hasta que obtenga los resultados deseados.

Lista de piezas

• C1 =0,1 uF/PPC 
• R1 =56k
• Resistencia del pin 10/11 del IC =330 ohmios - 2nos 
• MOSFET de canal P superior =FQP4P40 – 2nos
• MOSFET de canal N inferior =IRF740 =2nos
• Resistencias de compuerta MOSFET =100k – 2nos
• Optoacopladores =4N25 - 2 n.º
• Diodos Zener =12 V, 1/2 vatio – 2 n.

Diseño compacto de 200 vatios

La configuración de 200 vatios es simple y eficiente y no requiere un transformador pesado. Las baterías que lo alimentan no ocupan mucho espacio y emiten 110 V CA a 200 vatios.

Cómo funciona

El circuito inversor simple de 200 vatios utiliza voltaje de entrada de CC de alto voltaje de dieciocho baterías de 12 voltios. El circuito integrado necesita un voltaje de funcionamiento estricto de 5 a 15 voltios, por lo que proviene de una de las baterías de 12 voltios.

Configuración

• Poder: dieciocho baterías de 12 voltios en serie
• Oscilador :puerta N1 (del IC 4093)
• CI :entrada de una de las baterías de 12 voltios, aplicada a la salida IC relevante
• Para una verdadera inversión de onda sinusoidal :use un generador de onda sinusoidal en lugar de un oscilador de entrada

Lista de piezas

• Batería =12V/4AH, 18 n.
• D1 =1N4148
• CI NAND =4093,
• Q1, Q2 =MPSA92
• Q3 =MJE350
• Q4, Q5 =MJE340
• Q6, Q7 =K1058,
• Q8, Q9 =J162

Circuito inversor solar sin transformador

Fig. 3:Sistema de circuito inversor solar sin transformador

Un diseño de circuito de inversor solar sin transformador elimina un transformador mediante el uso de MOSFET de alto voltaje para aprovechar la energía solar. Un regulador de voltaje puede ayudar a regular las fluctuaciones de energía en función de la pérdida de energía y la ganancia de las fluctuaciones de la luz solar.

Cómo funciona

Los circuitos inversores solares sin transformador convierten la energía solar en electricidad de CA. Tienen tres etapas principales:el oscilador, la salida y la entrega de potencia.

Configuración

• Poder :paneles solares con un rango de voltaje de circuito abierto de 17 V (anochecer) a 24 V (luz solar intensa), alimentados en B1 y B2
• Resistencia de caída y diodo zener :límite de tensión zener de 15 V
• Estabilizador de voltaje: para regular el voltaje de salida solar entre días soleados y nublados, que puede oscilar entre 170 V y 260 V
• Mosfet :Tipos N y P clasificados a 450 V y 5 amperios
• Oscilador :CI 555
• Salida :MOSFET de potencia de alto voltaje

Fórmulas para R₁ , R₂ y C₁

T₁ =0.7(R₁ +R₂ )C y T₂ =0.7R₁ C

entonces

T=0.7(R₁ +2R₂ )C o f=1.4/(R₁ +2R₂ )C

donde

T₁ =periodo alto, T₂ =período bajo, T =período total y f =frecuencia

Lista de piezas

• B1 y B2 =del panel solar
• C1 =0,1 uF
• Diodos =son 1N4148
• R1 =6K8
• R2 =140K
• R3 =10K, 10 vatios,
• R4, R5 =100 ohmios, 1/4 de vatio
• Z1 =5,1 V 1 vatio

Alternativamente, puede instalar un circuito inversor de puente H completo. La ventaja de esto es que solo necesitará instalar un solo panel solar para tener una salida de 220 V.

Fig. 5:Sistema de circuito inversor solar sin transformador

Un diseño de circuito de inversor solar sin transformador elimina un transformador mediante el uso de MOSFET de alto voltaje para aprovechar la energía solar. Un regulador de voltaje puede ayudar a regular las fluctuaciones de energía en función de la pérdida de energía y la ganancia de las fluctuaciones de la luz solar.

Configuración

• Poder :paneles solares con un rango de voltaje de circuito abierto de 17 V (anochecer) a 24 V (luz solar intensa), alimentados en B1 y B2
• Resistencia de caída y diodo zener :límite de tensión zener de 15 V
• Estabilizador de voltaje: para regular el voltaje de salida solar entre días soleados y nublados que puede oscilar entre 170 V y 260 V
• Mosfet :Tipos N y P clasificados a 450 V y 5 amperios
• Oscilador :CI 555
• Salida :MOSFET de potencia de alto voltaje

Fórmulas para R₁ , R₂ y C₁

T₁ =0.7(R₁ +R₂ )C y T₂ =0.7R₁ C

entonces

T=0.7(R₁ +2R₂ )C o f=1.4/(R₁ +2R₂ )C

donde

T₁ =periodo alto, T₂ =período bajo, T =período total y f =frecuencia

Lista de piezas

• B1 y B2 =del panel solar
• C1 =0,1 uF
• Diodos =son 1N4148
• R1 =6K8
• R2 =140K
• R3 =10K, 10 vatios,
• R4, R5 =100 ohmios, 1/4 de vatio
• Z1 =5,1 V 1 vatio

Alternativamente, puede instalar un circuito inversor de puente H completo. La ventaja es que solo necesitará instalar un solo arreglo de panel solar para tener una salida de 220V.

Consideraciones de instalación de inversores sin transformador

Fig 4:Trabajadores que instalan y prueban inversores sin transformador

El uso de inversores tradicionales significa que cada uno debe emparejarse con un transformador de aislamiento único o personalizado. La potencia se reduce inmediatamente ya que los transformadores aislados tienen una eficiencia máxima del 99%. Además, el tamaño voluminoso y el límite de alcance se interponen inmediatamente en tu camino. Inversores sin transformador conectados directamente al edificio o al subpanel si es de tamaño suficiente.

Sin el pesado transformador, el diseño es liviano y maniobrable, lo que aumenta las opciones de instalación. También eliminaría las cantidades masivas de cableado de CC y la longitud y el costo del cableado de CA. Puede conectar múltiples inversores paralelos sin transformadores utilizando la energía directa para un rendimiento más estable.

Diferencias entre inversores con transformador y sin transformador

La principal diferencia entre los inversores sin transformador y los inversores tradicionales es el propio transformador. La ausencia de transformador libera espacio para un diseño más limpio, ligero y directo. También lo hace más eficiente. El proceso computarizado y los componentes eléctricos actualizados sustituyen a un transformador.

Estas fuentes de alimentación ininterrumpida ahora son comunes en entornos de centros de datos con instalaciones más pequeñas. Están disponibles en una gama de potencias nominales desde menos de 10 kVA hasta alrededor de 300 kVA.

Beneficios de usar un inversor sin transformador

Fig. 5:Inversor sin transformador ligero y compacto

Los inversores sin transformador son más eficientes que los convencionales y pueden evitar la pérdida de energía interna. También elimina los costos de componentes adicionales debido a la ausencia de un transformador, que es voluminoso y grande. Las versiones sin transformador son ligeras y compactas y utilizan conmutación electrónica en lugar de mecánica.

Los inversores sin transformador también tienen menos ruido mecánico y menos calor de los componentes mecánicos. En general, estas propiedades hacen que la construcción sea más económica debido a que no se necesitan ventiladores de refrigeración, transformadores y otros componentes voluminosos.

Los inversores convencionales funcionan a través de un único PowerPoint. Es decir, el rendimiento de un componente bajo reducirá la salida de CC general. Con inversores sin transformador, puede instalarlos en dos direcciones diferentes mientras genera una salida de CC.

Conclusión

En general, los inversores sin transformador son rentables debido a que tienen menos componentes eléctricos y son más eficientes. Tiene diferentes opciones para elegir con circuitos, pero la ventaja general de los modelos sin transformador es la versatilidad. El uso de electrodomésticos y dispositivos electrónicos más pequeños y compactos hace que la producción y el costo sean más baratos para el consumidor.

Las opciones de circuito dependen del tipo de salida de CC que se requiera. Alternativamente, los componentes sin transformador brindan la ventaja de la velocidad y la eficiencia. Esta tecnología lleva décadas desarrollándose y mejorando y revolucionará el consumo electrónico en el futuro.