Un inversor es un convertidor que transforma corriente continua en corriente alterna, normalmente mediante conmutación electrónica controlada.
Hasta ahora hemos visto el camino más habitual en una fuente de alimentación: partir de corriente alterna, rectificarla y filtrarla para obtener corriente continua. Ahora vamos a hacer justo el viaje contrario.
Esto es lo que necesitamos en un SAI, en una instalación solar aislada, en un variador de frecuencia o en un coche eléctrico. Tenemos una batería o un bus DC y queremos obtener una tensión alterna capaz de alimentar una carga.
Un inversor real puede trabajar con tensiones y corrientes peligrosas. Aquí estamos explicando el principio de funcionamiento, no construyendo un equipo conectado a red ni a 230V en la mesa de casa.
La idea básica
La corriente continua tiene polaridad fija. Un borne es positivo y el otro negativo. La corriente alterna, en cambio, cambia de polaridad periódicamente.
Así que el problema de un inversor es bastante directo:
Necesitamos hacer que la carga vea primero una polaridad y luego la contraria, muchas veces por segundo.
La forma más simple de conseguirlo es usar interruptores electrónicos (transistores MOSFET o IGBT) para cambiar la conexión de la carga.
El puente H
El circuito clásico para invertir la polaridad es el puente H. Se llama así porque, dibujado en un esquema, tiene una forma parecida a una H.
Tiene cuatro interruptores:
- Dos conectan la carga al positivo.
- Dos conectan la carga al negativo.
- Cerrando una diagonal, la corriente pasa en un sentido.
- Cerrando la diagonal contraria, la corriente pasa en el sentido opuesto.
Si alternamos esas diagonales, la carga ve una tensión que cambia de signo. Ya tenemos corriente alterna, aunque todavía bastante fea.
Nunca deben cerrarse a la vez los dos interruptores de la misma rama. Eso conecta el positivo y el negativo directamente y provoca un cortocircuito.
Onda cuadrada
El inversor más simple genera una onda cuadrada. Durante medio ciclo aplica +Vdc a la carga, y durante el otro medio ciclo aplica -Vdc.
Funcionar, funciona. De hecho, algunas cargas resistivas muy simples pueden alimentarse así. Pero una onda cuadrada tiene un problema importante: está llena de armónicos.
Esos armónicos hacen que motores, transformadores y algunas fuentes se calienten más, vibren o hagan ruido. Vamos, que la red eléctrica no se parece a eso por capricho.
PWM para aproximar una senoidal
Para generar algo más parecido a una senoidal usamos PWM (modulación por ancho de pulso).
La idea es encender y apagar los transistores muy rápido. Si queremos mucha tensión instantánea, dejamos el pulso más tiempo encendido. Si queremos poca tensión, lo dejamos menos tiempo.
La carga no ve una senoidal perfecta en cada microsegundo. Ve una sucesión de pulsos. Pero si la frecuencia de conmutación es alta, y filtramos bien, el resultado medio se parece mucho a una onda senoidal.
Por eso muchos inversores modernos se llaman de “senoidal pura”. No significa que dentro haya una senoidal misteriosa guardada en una cajita. Significa que generan una aproximación muy buena mediante conmutación y filtrado.
El filtro de salida
Después del puente H suele aparecer un filtro LC formado por bobinas y condensadores.
Su trabajo es dejar pasar la componente de baja frecuencia (50Hz o 60Hz) y atenuar la conmutación de alta frecuencia del PWM.
Así conseguimos varias cosas:
- Reducir el rizado y los armónicos de alta frecuencia.
- Entregar una tensión más suave a la carga.
- Disminuir interferencias electromagnéticas.
El filtro no es un adorno. En potencia, los transitorios, los picos y las interferencias son parte del problema real.
Inversores monofásicos y trifásicos
Un inversor monofásico puede usar un puente H para generar una sola tensión alterna.
Un inversor trifásico usa tres ramas de conmutación, una por fase. Controlando el PWM de cada rama con un desfase de 120 grados, puede generar un sistema trifásico completo.
Esto es exactamente lo que hace un variador de frecuencia: parte de un bus DC y genera tres fases con frecuencia y tensión controladas para regular la velocidad de un motor.
La idea es esta: un inversor no “crea” energía alterna desde la nada. Reordena en el tiempo la energía continua para que la carga vea una tensión alterna.
Dónde se usan
Los inversores aparecen en muchísimos sistemas modernos:
- SAI/UPS: alimentan equipos cuando falla la red.
- Fotovoltaica: convierten la energía DC de paneles o baterías en AC utilizable. Si trabajan conectados a la red, deben sincronizarse con ella e incorporar las protecciones y certificaciones exigidas.
- Variadores de frecuencia: controlan motores industriales.
- Vehículos eléctricos: alimentan motores AC desde baterías.
- Sistemas aislados: generan una red local desde acumuladores.
En todos los casos, el principio es el mismo. Cambian la potencia, la calidad de onda, las protecciones y el control, pero la base sigue siendo conmutar, modular y filtrar
