Inverter e conversioni dc/ac e ac/ac

A. Costantini | (la videolezione) I sistemi per la conversione dc/ac, ma anche quelli per la conversione ac/ac a frequenza variabile, si realizzano con i cosiddetti inverter. Il tipo più semplice ed economico di inverter è quello ad onda quadra. Sebbene l'elettricità che varia in questo modo sia, tecnicamente , una corrente alternata, non è affatto come la corrente alternata fornita alle nostre case, che varia in un'onda sinusoidale molto più dolcemente ondulata). In generale, gli elettrodomestici pesanti nelle nostre case che utilizzano energia grezza (cose come stufe elettriche, lampade ad incandescenza, bollitori o frigoriferi) non si preoccupano molto della forma dell'onda che ricevono: tutto ciò che vogliono è energia e molta, quindi le onde quadre non li infastidiscono davvero. I dispositivi elettronici, d'altra parte, sono molto più esigenti e preferiscono l'input più fluido che ottengono da una corrente sinusoidale. Questo spiega perché gli inverter sono disponibili in due versioni distinte: inverter a onda sinusoidale vera/pura (spesso abbreviata in PSW) e inverter a onda sinusoidale modificata/quasi (abbreviata in MSW). Come suggerisce il nome, i veri inverter utilizzano quelli che vengono chiamati trasformatori toroidali (a forma di ciambella) e circuiti elettronici per trasformare la corrente continua in una corrente alternata a variazione graduale molto simile al tipo di onda sinusoidale pura. Possono essere utilizzati per alimentare qualsiasi tipo di apparecchio ac da una sorgente cc, inclusi TV, computer, radio e impianti stereo. Gli inverter a onda sinusoidale modificata, invece, utilizzano componenti elettronici relativamente economici ( tiristori, diodi e altri componenti semplici) per produrre una sorta di onda quadra "arrotondata" (un'approssimazione di un'onda sinusoidale) e mentre vanno bene per fornire energia a pesanti apparecchi elettrici, possono causare problemi con delicati elettronica (o qualsiasi cosa con un controller elettronico o a microprocessore), quindi, in generale, ciò significa che non sono adatti per cose come laptop, apparecchiature mediche, orologi digitali e dispositivi domestici intelligenti. Inoltre le loro onde quadre arrotondate forniscono più potenza all'apparecchio in generale rispetto a un'onda sinusoidale pura (c'è più area sotto un quadrato che una curva). Questo li rende meno efficienti e la potenza sprecata, dissipata sotto forma di calore, significa che c'è qualche rischio di surriscaldamento. Nello schema che segue è rappresentato lo schema di un inverter ad onda quadra, con il vantaggio di una sola tensione di alimentazione Vcc, gli interruttori funzionano a coppia. In una semionda saranno chiusi solo S1 ed S4, nell'altra S2 ed S3. Si noti che questo schema è lo stesso di quello per il pilotaggio a 4 quadranti di un motore cc. Qui dobbiamo pensare che R rappresenti un motore in alternata e che il nostro circuito converte la tensione continua Vcc in una alternata di frequenza variabile e dipendente da quella delle forme d'onda che pilotano i dispositivi. In sostanza lo stesso circuito per pilotare in 4 quadranti un motore cc può funzionare anche da inverter e pilotare un motore ca.

La forma d'onda dell'inverter risulta:

Frequenze di lavoro tipiche, utilizzate con dispositivi lenti come gli anzianotti SCR, erano 50 o 400 Hz (frequenze nel campo dell'udibile). Il funzionamento di questi aggeggi è di conseguenza affetto da noiosissimi fischi. Frequenze fuori del campo dell'udibile, ad esempio 20 Khz, possono richiedere il passaggio a dispositivi diversi quali i power MOSFET. l caso trifase si può vedere, in generale, come tre circuiti monofasi con uscite sfasate di 120°, tramite gli impulsi di comando del dispositivo utilizzato con lo schema di principio di figura.

Chiudendo i sei interruttori con le opportune sequenze di comando, estensioni del caso monofase, è possibile alimentare un carico trifase che in figura appare collegato a triangolo. L'andamento ad onda quadra delle tensioni di uscita degli inverter visti (trifase o monofase) molto spesso non crea grossi problemi. Se il surriscaldamento provocato dalle armoniche in eccesso rispetto al caso di tensione di uscita sinusoidale non è accettabile (la vita media di un motore dipende dalla sua temperatura di lavoro), si ricorre a filtri che possono risultare costosi, pesanti ed ingombranti. In tali casi si ricorre ad inverter con uscita sinusoidale pura. Il convertitore di frequenza (convertitore ac/ac), per l’alimentazione a velocità variabile di motore in alternata, viene usualmente realizzato ponendo in cascata un raddrizzatore non controllato ed un inverter, quando si alimenti dalla rete in alternata.