Aviação: Inversores (Eletricidade)

Um inversor é usado em alguns sistemas de aeronaves para converter uma parte da energia CC da aeronave em CA. Este AC é usado principalmente para instrumentos, rádio, radar, iluminação e outros acessórios. Esses inversores geralmente são construídos para fornecer corrente a uma frequência de 400 cps, mas alguns são projetados para fornecer mais de uma tensão; por exemplo, 26 volts AC em um enrolamento e 115 volts em outro. 

Existem dois tipos básicos de inversores: o rotativo e o estático. Qualquer tipo pode ser monofásico ou multifásico. O inversor multifásico é mais leve para a mesma potência do que o monofásico, mas há complicações na distribuição de energia multifásica e em manter as cargas equilibradas.

Inversores Rotativos 

Existem muitos tamanhos, tipos e configurações de inversores rotativos. Esses inversores são essencialmente geradores CA e motores CC em uma carcaça. O campo do gerador, ou armadura, e o campo do motor, ou armadura, são montados em um eixo comum que gira dentro da carcaça. Um tipo comum de inversor rotativo é o inversor de ímã permanente.   

Inversor Rotativo de Ímã Permanente 

Um inversor de ímã permanente é composto por um motor CC e um conjunto de gerador CA de ímã permanente. Cada um tem um estator separado montado dentro de uma carcaça comum. A armadura do motor é montada em um rotor e conectada à alimentação CC através de um comutador e conjunto de escovas. Os enrolamentos de campo do motor são montados na carcaça e conectados diretamente à alimentação CC. Um rotor de ímã permanente é montado na extremidade oposta do mesmo eixo da armadura do motor e os enrolamentos do estator são montados na carcaça, permitindo que a CA seja retirada do inversor sem o uso de escovas. A figura mostra um diagrama de fiação interno para este tipo de inversor rotativo. O rotor do gerador tem seis pólos, magnetizados para fornecer pólos norte e sul alternados em torno de sua circunferência.  

Quando o campo do motor e a armadura são excitados, o rotor começa a girar. À medida que o rotor gira, o ímã permanente gira dentro das bobinas do estator CA e o fluxo magnético desenvolvido pelos ímãs permanentes é cortado pelos condutores nas bobinas do estator CA. Uma tensão CA é produzida nos enrolamentos cuja polaridade muda à medida que cada pólo passa pelos enrolamentos.

Este tipo de inversor pode ser multifásico colocando mais bobinas do estator CA na carcaça para deslocar a fase na quantidade adequada em cada bobina.

O motor DC neste inversor é um motor de enrolamento composto de quatro pólos. As quatro bobinas de campo consistem em muitas voltas de fio fino, com algumas voltas de fio pesado colocadas no topo. O fio fino é o campo shunt, conectado à fonte DC através de um filtro e ao terra através de um regulador centrífugo. O fio pesado é o campo em série, que é conectado em série com a armadura do motor. O regulador centrífugo controla a velocidade desviando um resistor que está em série com o campo de derivação quando o motor atinge uma determinada velocidade.

O alternador é um gerador CA trifásico, de quatro polos, conectado em estrela. A entrada CC é fornecida às bobinas de campo do gerador e conectada ao terra através de um regulador de tensão. A saída é retirada da armadura através de três anéis coletores para fornecer energia trifásica. O inversor seria um inversor monofásico se tivesse um único enrolamento de armadura e um anel coletor. A frequência deste tipo de unidade é determinada pela velocidade do motor e pelo número de pólos do gerador.

Inversor Rotativo Tipo Indutor 

Os inversores do tipo indutor usam um rotor feito de lâminas de ferro macio com ranhuras cortadas lateralmente na superfície para fornecer pólos que correspondem ao número de pólos do estator. As bobinas de campo são enroladas em um conjunto de pólos estacionários e as bobinas da armadura CA no outro conjunto de pólos estacionários. Quando DC é aplicada às bobinas de campo, um campo magnético é produzido. O rotor gira dentro das bobinas de campo e, à medida que os pólos do rotor se alinham com os pólos estacionários, um caminho de baixa relutância para o fluxo é estabelecido do pólo de campo através dos pólos do rotor até o pólo da armadura CA e através da carcaça de volta ao campo pólo. Nesta circunstância, há uma grande quantidade de fluxo magnético ligando as bobinas CA.

Quando os pólos do rotor estão entre os pólos estacionários, há um caminho de alta relutância para o fluxo, consistindo principalmente de ar; então, há uma pequena quantidade de fluxo magnético ligando as bobinas CA. Este aumento e diminuição da densidade de fluxo no estator induz uma corrente alternada nas bobinas CA.

Inversores Estáticos

Em muitas aplicações onde a tensão contínua CC deve ser convertida em tensão alternada, inversores estáticos são usados ​​no lugar de inversores rotativos ou grupos geradores de motor. O rápido progresso feito pela indústria de semicondutores está ampliando a gama de aplicações de tais equipamentos em faixas de tensão e potência que seriam impraticáveis ​​alguns anos atrás. Algumas dessas aplicações são fontes de alimentação para equipamentos CA militares e comerciais sensíveis à frequência, sistemas CA de emergência de aeronaves e conversão de potência de ampla faixa de frequência para potência de frequência precisa. 

O uso de inversores estáticos em pequenas aeronaves também aumentou rapidamente nos últimos anos, e a tecnologia avançou a tal ponto que os inversores estáticos estão disponíveis para qualquer requisito preenchido por inversores rotativos. Por exemplo, fontes AC de emergência de 250 VA operadas a partir de baterias de aeronaves estão em produção, assim como fontes AC principais de 2.500 VA operadas por um gerador de frequência variável. Este tipo de equipamento apresenta algumas vantagens para aplicações aeronáuticas, nomeadamente a ausência de partes móveis e a adaptabilidade ao arrefecimento por condução.

Os inversores estáticos, conhecidos como inversores de estado sólido, são fabricados em uma ampla variedade de tipos e modelos que podem ser classificados pelo formato da forma de onda de saída CA e pelas capacidades de saída de potência. Um dos inversores estáticos mais usados ​​produz uma saída de onda senoidal regulada. Um diagrama de blocos de um inversor estático de onda senoidal regulado típico é mostrado na Figura. Este inversor converte uma baixa tensão CC em uma tensão CA mais alta. A tensão de saída CA é mantida em uma tolerância de tensão muito pequena, uma variação típica de menos de 1% com uma mudança total de carga de entrada. As derivações de saída são normalmente fornecidas para permitir a seleção de várias tensões; por exemplo, podem ser fornecidos taps para saídas de 105, 115 e 125 volts CA. A regulação de frequência está normalmente dentro de um intervalo de um ciclo para uma mudança de carga de 0 a 100 por cento.