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Modified Sine/Square Wave-Low Frequency

Low frequency design means that the switches operate at 60 cycles per second (60 Hz). Present day inverters use FETs (Field Effect Transistors) or IGBTs (Insulated Gate Bi-Polar Transistor) in the oscillating circuit. For the most part, the H bridge design has replaced the push-pull method. However, there are still some inverters currently manufactured with the push-pull design. As mentioned previously, a push pull circuit uses an extra transistor to short the transformer between current oscillations. With the H bridge design, transistors are switched off in a particular pattern to produce each part of the waveform.

Baja Frecuencia de onda senoidal/cuadrada modificada.

Diseño de baja frecuencia significa que los conmutadores operan a 60 ciclos por segundo (60Hz). Los inversores actuales usan transistores de efecto de campo (FETs) o transistores bipolares de compuerta aislada (IGBTs) en el circuito oscilador. Para la mayor parte, el diseño del puente H ha reemplazado al método push-pull. Sin embargo, hay aún algunos inversores manufacturados con el diseño push-pull. Como se mencionó previamente, un circuito push-pull usa un transistor extra para poner en corto el transformador entre las oscilaciones de corriente. Con el diseño del puente H, los transistores son desconectados en una secuencia particular para producir cada parte de la forma de onda.  

Figure 9. The addition of an extra winding in the transformer along with a few other parts allows output of a Modifier Square Wave (often referred to a modified sine wave by marketing types) while still utilizing a push-pull topology

La adición de una bobina extra en el transformador junto con algunas otras partes permite la salida de una onda cuadrada modificada (con frecuencia conocida como onda senoidal por los tipos de marketing) mientras aún se utiliza una topología push-pull.

The 12 volt modified sine wave AC is then fed to a step up transformer which converts it to 120 volts modified sine wave AC (Figure 9). An advantage of the MSW type inverter is that the RMS (Root- Mean-Square) voltage can be regulated and maintained over a range of battery voltages by varying the duty cycle (Figures 10 & 11). Note: Figure 11 is exaggerated to illustrate the concept.

La forma de onda de corriente alterna de 12 voltios es entonces alimentada a un transformador elevador, que convierte la misma a una forma de onda modificada de corriente alterna de 120 voltios (figura 9). Una ventaja del inversor de onda senoidal modificada es que el voltaje RMS (raíz cuadrada media) o eficaz, puede ser regulado y mantenido sobre un rango de voltajes de batería variando el ciclo de trabajo (figuras 10 y 11). Nota: la figura 11 está exagerada para ilustrar el concepto.

Figure 10. Regulation of rms output voltage - Regulación de RMS de voltaje de salida.

Figure 11. RMS voltage regulation using PWM. Regulación del valor RMS del voltaje usando modulación de ancho de pulso.

 

The peak voltage, however, is not regulated and varies with battery voltage, typically from 174 VAC when battery voltage is 16 VDC to 114 VAC when battery voltage is 10.5 VDC. For this reason, MSW inverters may not be able to supply full power to devices that require peak voltage for optimum performance like microwave ovens. They have excellent surge capabilities and efficiency (80% to 95%). Idle power consumption is rated at low to medium. Harmonic distortion ranges from 15% to 35%.

MSW inverters exhibit some incompatibilities with various types of electronic equipment. Timers, digital clocks, bread machines, and rechargeable power tools or flashlights may be incompatible. These appliances often use modern switching type battery chargers and power supplies that only draw current at the peak of the sine overheating which results in premature failure. Modified sine wave inverters, commonly used in motorhome applications, range in output from 1000 watts to 3600 watts. Using inverters of this size can quite easily discharge house batteries, so provisions for recharging must be available.

We still have some not-so-fond memories of trying to recharge batteries with a ferroresonant converter. A major advancement in the motorhome electrical system was the integration of a high powered 3-stage charger in the inverter package by Heart Interface. Most of the other major manufacturers have now incorporated similar chargers into their products. When grid voltage is present, either from a generator or shore power, a transfer switch inside the inverter disconnects the unit's output circuit from the inverter output and connects it to grid AC. In addition, grid voltage is supplied to the transformer.

A separate winding allows the output transformer to step down the 120 VAC grid voltage to 16 VAC. It is then rectified to DC (12-16 volts) by using a part of the FETs as diodes. Control circuitry provides automatic 3-stage charging: bulk, absorption, and float, plus a manual equalizing stage. 3-stage charging can rapidly recharge house batteries. These chargers range in output from 100 to 130 amps. Charging at 100 amps or more requires 21 to 25 amps of AC power, so it is important to have 120 VAC with a peak voltage of 169 VAC. Low campground voltage or a low capacity generator may not be able to supply the power required for full output charging. Unlike the old ferroresonant converters, even when DC loads are present, these chargers can maintain battery voltage either at the bulk/absorption set point or the  float set point, whichever is in use.

It is also important to use temperature compensation when using modified sine wave technology. Low frequency MSW inverter/chargers superimpose AC current fluctuations on the DC wave and thereby produce ripple effects. We have found that this voltage and amperage distortion can produce undesirable elevations in battery temperature during high output charging. Temperature control circuits reduce charger output in order to limit temperature elevations but do not alter the fact that the temperature rises with high output charging.   Security experience determine to never use a modified sine wave inverter/charger without some method of determining battery temperature and a way to control charging output to limit the temperature elevation. These inverters and the high output chargers are less expensive to build than sine wave units and, to the consumer, this translates to more watts of power per dollar.

 

El voltaje de pico, sin embargo, no es regulado y varía con el voltaje de la batería , típicamente desde 174 voltios de corriente alterna cuando el voltaje de batería es de 16 voltios de corriente continua a 114 voltios de corriente alterna cuando el voltaje de batería es de 10,5 voltios corriente continua. Por esta razón, los inversores de forma de onda modificada pueden no estar preparados para suministrar una potencia total de alimentación a dispositivos que requieren voltaje de pico para desempeño óptimo como los hornos de microondas. Los mismo tienen excelentes capacidades de control de transitorios y eficiencia (80% al 95%). El consumo de potencia sin carga está en la escala de bajo a medio. La distorsión armónica se extiende del 15% al 35%.

Los inversores de onda senoidal modificada exhiben algunas incompatibilidades con varios tipos de equipamientos electrónicos. Temporizadores, relojes digitales, máquinas panaderas y herramientas con alimentación recargable o luces de flash pueden ser incompatibles. Estos electrodomésticos con frecuencia usan cargadores de batería de tipo de conmutación moderna y fuentes de alimentación que sólo consumen corriente en el pico senoidal de calentamiento, lo que da como resultado una falla prematura.  Los inversores de onda senoidal modificada, comúnmente usados en aplicaciones de casas rodantes, se extienden en salidas de 1000 vatios a 3600 vatios. El uso de inversores de este tamaño pueden fácilmente descargar las baterías de la casa rodante, por lo tanto se deben tomar las previsiones del caso para la recarga.

Nosotros tenemos aún algunos recuerdos no queridos de tratar de cargar baterías con conversores ferroresonantes.  Un gran avance en los sistemas eléctricos de casas rodantes, fue la integración de un cargador de alta potencia de 3 etapas en un paquete inversor por la empresa Heart Interface. La mayoría de otros fabricantes principales han ahora incorporado cargadores similares dentro de sus productos. Cuando el voltaje de red está presente, proveniente desde un generador o desde una alimentación de línea, una llave de transferencia que se conmuta dentro del inversor desconecta la salida de la unidad del inversor y la conecta al suministro de red de corriente alterna.

Un bobinado separado permite que la salida del transformador reduzca los voltajes de red de 120 VAC a 16 VAC (corriente alterna). La misma es después rectificada a corriente continua (12-16 voltios) usando una parte de los FETs como diodos. Un circuito de control proporciona carga automática en 3 etapas: descargada, fondo, flote, mas una etapa de ecualización manual. La carga en tres etapas puede rápidamente recargar baterías de casas. Estos cargadores se extienden en salida desde 100 a 130 amperios. La carga a 100 amperios requiere 21 a 25 amperios de intensidad de corriente alterna, por lo que es importante tener una tensión de corriente alterna de 120 VAC con voltaje de pico de 169 VAC. Un voltaje bajo de alimentación de camping o un generador de baja capacidad quizá no pueda suministrar la potencia requerida para salida de carga total. A diferencia de los viejos conversores ferroresonantes, aún cuando estén presentes cargas de corriente continua, estos cargadores pueden mantener un voltaje de batería tanto en el ajuste de descargado/fondo como en el punto de flote, no importa cuál es el que está en uso.

Es además importante usar compensación de temperatura al usar tecnología de onda senoidal modificada. Los inversores/cargadores de onda senoidal modificada superponen fluctuaciones de corriente alterna sobre la corriente continua y por lo tanto producen efectos de rizado. Hemos encontrando que este voltaje y las distorsiones de amperaje pueden producir elevaciones no deseadas en la temperatura de la batería durante una salida de carga elevada. Los circuitos de control de temperatura reducen la salida de carga de manera de limitar las elevaciones de temperatura, pero no alteran el hecho de que la temperatura se eleva con elevada salida de carga. La experiencia en seguridad determina nunca usar un cargador/inversor de onda senoidal modificada sin un método para determinar la temperatura de la batería, y alguna manera de controlar la salida de carga para limitar dicha  elevación. Estos inversores y los cargadores con elevada salida son menos caros para construir que las unidades de onda senoidal y, para el consumidor, esto se traduce en más vatios de potencia por dólar.

 

Figura 12. High frequency inverter flow schematic - Esquema de flujo de un inversor de alta frecuencia

Figura 13 - High frequency inverter with H-Bridge Topology - Inversor de alta frecuencia con topología de puente H

Modified Square/Sine Wave Output-High Frequency

High frequency design means the switches operate between 50,000 and 200,000 cycles per second. The transformers are much smaller and lighter in weight than the low frequency transformers. Therefore, MSW inverters using high frequency design, weigh a fraction of their low frequency counterparts.

Battery voltage (12 VDC) is converted to high frequency alternating current using Pulse Width Modulation (PWM) which is then stepped up to high voltage AC (Figures 12 & 13).

The high voltage AC is then rectified to high voltage DC. An H bridge with low frequency transistor switches produces modified sine wave AC. Off time is done on the AC side of the H Bridge (Figures 14 A, B, & C). A major advantage of high frequency MSW inverters is the peak voltage produced is not dependent on battery voltage and remains constant through varying levels of battery discharge.

As discussed previously, in square wave output, peak voltage equals RMS voltage. In low frequency MSW inverters, the length of off time is varied to regulate and maintain RMS voltage through varying levels of peak voltage, which varies with battery voltage. Because peak voltage is constant in high frequency designs, the off time is calculated to give 120 VAC RMS. The result is an inverter that produces consistent peak AC and RMS voltage. When inverter peak voltage is 155 or 165, microwave ovens, which depend on peak voltage, will operate at reduced power for a selected setting as compared to operating on shore power. However, this reduced level does remain constant for various states of battery discharge.

Total harmonic distortion is 15% to 35%, typical efficiency is 85%-90%, and idle power consumption is medium. Surge capability ranges from poor to good, but generally is lower than low frequency MSW inverters. The zero volt transistors on the H Bridge are not isolated from the AC line and are susceptible to voltage spikes. There is also a possibility of TV and radio interference because of the high voltage switcher.

Alta frecuencia de onda cuadrada/senoidal modificada de salida

 Diseño de alta frecuencia significa que los conmutadores operan entre 50.000 y 200.000 ciclos por segundos. Los transformadores son mucho mas pequeños y livianos que los transformadores de baja frecuencia. Por lo tanto, los inversores de onda senoidal modificada usando diseño de alta frecuencia, pesan una fracción de sus contrapartes de baja frecuencia. El voltaje de batería (12 voltios corriente continua)  es convertido a corriente alternada de alta frecuencia usando modulación de ancho de pulso (PWM), que luego es elevada a un alto voltaje de corriente alterna (figuras 12 &13).

La corriente alterna de alta frecuencia es posteriormente rectificada a corriente continua de alto voltaje. Un puente H con transistores conmutadores de baja frecuencia produce una onda de corriente alterna senoidal modificada. El tiempo de apagado es hecho en el lado de corriente alterna en el puente H (figuras 14 A, B & C). Una ventaja principal de los inversores de alta frecuencia de onda senoidal modificada es que el voltaje pico producido no es dependiente del voltaje de la batería, y permanece constante a través de los variados niveles de descarga de la misma.

Como hemos dicho anteriormente, en la salida de onda cuadrada, el voltaje de pico se iguala el voltaje RMS. En los inversores de baja frecuencia, la longitud del tiempo de corte es variado para regular y mantener el voltaje RMS a través de los variados niveles de voltaje de pico, los que varían con el voltaje de la batería. Debido a que el voltaje de pico es constante en diseños de alta frecuencia, el tiempo de corte es calculado para obtener unos 120 voltios de corriente alterna RMS. El resultado es un inversor que produce  un voltaje de pico y RMS consistente. Cuando el voltaje pico del inversor es de 155 o 165, los hornos de microondas, que dependen del voltaje de pico, operaran a potencia reducida para un ajuste selecto en comparación con su funcionamiento con corriente de línea. Sin embargo, este reducido nivel permanece constante para varios estados de descarga de la batería.

La distorsión armónica total es 15% a 35%, la eficiencia es 85%-90%, y el consumo de energía en parada es medio. La capacidad a los transitorios se extiende de pobra a buena, pero generalmente es mas baja que en los inversores de onda senoidal modificada de baja frecuencia. Los transistores de cero voltios en el puente H no están aislados de la línea de corriente alterna y son susceptibles a las alteraciones de voltaje. Existe además la posibilidad de la interferencia sobre radio y TV debido al conmutador de alto voltaje.

See: INVERTERS, POWER INVERTERS in Product Catalogs

Consejos para ahorrar energía en las empresas

En estos días, es casi imposible encender el televisor, abrir una revista o conectarse en línea y sin seguir los consejos sobre cómo ahorrar energía en el hogar. Pero ¿qué pasa en el lugar de trabajo? Piense en esto: usted está en el negocio para hacer dinero, pero cuanto más se gasta en los servicios públicos, menos se lleva a casa al final del día, por no hablar de los efectos de que todo ese consumo de energía tiene sobre el medio ambiente. Así que aproveche nuestros consejos de ahorro de energía, que se unen con los negocios en mente. ¿Quién sabe? Ellos quizá puedan salvar el planeta y su balance final.

Intercambiar los interruptores regulares por reguladores de intensidad.

La iluminación puede ser una pérdida de potencia significativa, especialmente en oficinas y otros lugares de trabajo, en los que las luces del techo están encendidas de  9 a 5 ... y más allá también. Usando reguladores (o dimmers) para bajar los niveles de luz, incluso un poco, no sólo se conserva energía y se reducen las facturas de electricidad, sino que también se extiende la vida útil de las bombillas. Oscureciendo las luces en sólo un 10% resulta en un cambio apenas perceptible para el ojo humano, pero puede duplicar la vida útil de las bombillas.

Coloque  sensores de presencia para apagar las luces, incluso cuando sus empleados no lo hacen.

La gente siempre se olvida de apagar las luces en la casa, así que ¿por qué lo recordarían en el trabajo? Aunque siempre hay que instar a los empleados y compañeros de trabajo a apagar las luces de una habitación al salir o regresar a casa por la noche, usted puede garantizar que realmente esto suceda con un pequeño y simple dispositivo llamado sensor de presencia (occupancy sensor en Inglés). También conocido como detectores de movimiento, estas maravillas de ahorro de energía pueden encender las luces cuando detectan movimiento en una habitación, y apagarlas cuando no lo detectan.

Enchufe en protecciones inteligentes.

¿Ha oído hablar de los vampiros electrónicos o eléctricos? Son dispositivos que continúan consumiendo una pequeña cantidad de energía incluso cuando no están en uso, y las oficinas están llenas de ellos. Piense en los monitores de ordenador, impresoras, altavoces, y todo lo que entra en el modo de espera, o muestra un LED que brilla intensamente, incluso cuando están apagados. Pedir a los empleados que apaguen los ordenadores antes de finalizar un día puede ayudar a reducir el consumo de electricidad, pero ¿qué pasa con los vampiros periféricos que se quedan toda la noche y siguen chupando la energía mientras usted duerme?

Coloque un supresor de sobretensiones con ahorro de energía (Power-Saving SurgeArrest), un tipo de PDU ecológico que proporciona protección contra sobretensiones para el ordenador y los periféricos mientras están en uso durante el día, y luego corta la energía a los periféricos de forma intuitiva, tan pronto como detecta que el dispositivo principal, o sea su equipo, se ha apagado.

Coloque luces al aire libre con temporizadores.

Ya sea que usted tiene que preocuparse más acerca de los accidentes de resbalones y caídas o robos, la iluminación exterior adecuada es crucial para la seguridad de sus empleados y locales. Esto es especialmente cierto para las tiendas minoristas, restaurantes y cualquier otra instalación que tiene una puerta trasera que se utiliza para las entregas y recolección de basura, o como una salida por la noche. Pero las luces exteriores habitualmente quedan encendidas hasta el momento después de que salga el sol, una práctica que desperdicia electricidad y dinero.

Para asegurarse de que las luces de seguridad están cuando se necesitan, pero sin derrochar energía, conéctelas a un temporizador fotocélula equipado para el aire libre. Debido a que éstos son capaces de detectar niveles de luz ambiente, estos temporizadores pueden conectar las luces al aire libre con la puesta del sol y desconectarlas tan pronto como regresa la luz del día.

Utilice películas para ventanas para ayudar a reducir los costos de enfriamiento.

Si su empresa se encuentra en algún lugar que tiene un clima caluroso y soleado, las películas de filtro UV para oscurecimiento de ventanas pueden ayudar a reducir en gran medida en costes de refrigeración. Al reducir la cantidad de luz solar intensa que entra por las ventanas de su edificio, evitará automáticamente que la temperatura interior suba demasiado, por lo que el aire acondicionado no tendrá que activarse tan seguido, o funcionar tanto tiempo cuando lo hace.

Aproveche la luz natural.

A pesar de que la luz del sol a veces puede tener el efecto no deseado de elevar las temperaturas en sus instalaciones, también se puede convertir en una ventaja natural. Tener una oficina o tienda que se inunda de luz natural puede reducir la cantidad de electricidad que se necesita para la iluminación artificial de energía. Y un montón de luz solar durante los meses de invierno puede reducir también los costos de calefacción.

Cambie a lámparas de bajo consumo.

Muchas empresas ya utilizan iluminación fluorescente general, pero si usted todavía está utilizando bombillas incandescentes o halógenas, lámparas y accesorios especiales, es el momento de hacer un cambio. El cambio a lámparas fluorescentes compactas (LFC) no sólo reduce su factura de electricidad, sino que también reduce el número de bombillas que usted vaya a comprar, gracias a que duran un promedio de 8 a 15 veces más que una bombilla incandescente estándar.

Compruebe las juntas y burletes en puertas y ventanas.

Una de las maneras más simples para aumentar la eficiencia energética de su empresa es asegurarse de que todas las ventanas y las puertas de sus instalaciones estén bien selladas y equipadas con burletes. Al sellar las grietas y huecos de fuga de aire, puede reducir las necesidades de calefacción y aire acondicionado, asegurándose que el aire caliente se mantenga adentro durante el invierno y afuera durante el verano.

Produzca su propia energía.

Si su empresa se encuentra en una instalación más grande que pueda disponer de espacio para una instalación de paneles solares en el techo, entonces es posible que desee considerar la producción de su propia energía. Mientras que los paneles solares suelen implicar una inversión inicial significativa, pueden reducir en gran medida, o incluso eliminar, la dependencia de la compañía eléctrica. Como cuestión de hecho, usted puede incluso ser capaz de hacer dinero de ellos! Los sistemas de paneles solares independientes almacenan el exceso de energía en una batería, pero si se opta por un sistema conectado a la red, en realidad se puede vender el exceso de electricidad a la compañía eléctrica local.

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