Inversores de tensão

Um circuito inversor de tensão é um circuito que é capaz de converter tensão contínua CC em tensão alternada CA. Pode parecer estranho a primeira vista transformar uma tensão alternada em tensão contínua para depois transformá-la novamente em tensão alternada. No entanto, é muito pertinente essa conversão, pois a tensão fornecida pela rede elétrica é uma tensão que apresenta valor (amplitude) e frequência fixos, e para efetuar o controle de motores elétricos é necessário que essas quantias possam ser alteradas.

Os inversores de tensão são construídos também baseados em chaves, como é o caso dos retificadores, o que muda é a topologia do circuito e o controle dessas chaves. A escolha das chaves e da estratégia adequada para o controle de abertura e fechamento, assim como o sincronismo entre elas, é o que faz com que um inversor seja mais eficiente que outro. A chave pode ser qualquer uma que tenha um tempo de abertura e fechamento rápido, condizente com a aplicação desejada. A Figura 2 mostra um circuito básico de um inversor no qual podemos perceber o seu princípio de operação.

O circuito gera uma onda monofásica de tensão baseada na operação de duas chaves, Q1 e Q2, que operam em oposição, ou seja, quando uma está aberta (off) a outra está fechada (on). Observando a forma de onda VR, percebemos que a onda gerada não é exatamente uma onda senoidal, pois esse é um circuito muito simples. Porém, na prática, os inversores mais elaborados têm seu sinal de saída mais próximo de um sinal senoidal, mas não geram exatamente sinais senoidais, o que ocorre é que são utilizados filtros que transformam o sinal de saída dos inversores em sinais próximos a senoides.

Nos circuitos inversores é comum verificar os diodos em paralelo com as chaves, eles são colocados dessa forma para garantir um caminho para a corrente no caso de cargas com características indutivas. Esses diodos são chamados de diodos de roda livre ou de circulação (do inglês – freewheeling diode).

A Figura 3 mostra o circuito inversor nas duas situações de operações: quando a chave Q1 está fechada (on) e a Q2 aberta (off) e a situação contrária, quando Q1 está aberta e Q2 fechada. A corrente em ambos os casos é mostrada na Figura 3. Note que na condução de Q1 uma corrente passa pela carga R da direita para a esquerda e na condução de Q2 o contrário, a mesma corrente passa da esquerda para a direita, isso garante a inversão da tensão mostrada no gráfico da Figura 2 e a simetria necessária.

Um fato importante que se deve ter cuidado na operação dos inversores é o sincronismo das chaves. O funcionamento mostrado na Figura 3 leva em consideração que as chaves funcionem de forma bem definida, uma abra no momento em que a outra fecha, se isso não ocorrer, o funcionamento do inversor pode ficar comprometido. Mesmo tendo cuidado com a implementação do controle das chaves, sempre há dispositivos de segurança para impedir que os componentes sejam danificados caso sejam ligados ao mesmo tempo.

O uso de retificadores e de inversores juntos para acionamento e controles de motores elétricos de corrente alternada é tão comum que esses dois módulos normalmente são disponibilizados juntos e, quando isso acontece, o módulo é chamado de inversor de frequência, pois entra no módulo a tensão alternada da rede elétrica (com frequência em torno de 60 Hz no Brasil) e sai desse módulo a tensão com a frequência desejada. Nessa situação não há apenas a inversão de tensão, mas também a inversão de frequência.