Como um aumento na frequência operacional resulta na diminuição do tamanho de um circuito inversor?

Eu estava lendo sobre inversores em um livro em que o autor diz que

O tamanho e o custo do circuito podem ser reduzidos em certa medida se a frequência operacional for aumentada, mas então os tiristores de grau do inversor devem ser utilizados, que são caros.

Como um aumento na frequência afeta o tamanho do circuito do inversor (ou afeta o restante do circuito também?). Existe alguma física envolvida que causa isso?

O maior fator isolado é geralmente o tamanho do indutor. Se você, por exemplo, dupla frequência, pode reduzir pela metade a indutância (já que a impedância de um indutor puro é proporcional à frequência). Na prática, vários fatores se aplicam para que não seja um relacionamento diretamente linear, mas bom o suficiente.

Se você precisar de uma corrente de pico de 1A, então o tempo necessário para aumentar de 0 a 1A está relacionado principalmente à indutância e à tensão aplicada. Se o indutor é 10 vezes menor, as rampas atuais estão em ~ 10x a taxa. O tempo de descarga também é acelerado da mesma forma e o ciclo geral é mais rápido, portanto a frequência de operação é mais alta. Você pode ver isso como o indutor menor, causando uma operação de frequência mais alta ou a frequência mais alta, permitindo indutores menores.

Se o texto mencionou tiristores nesse contexto, provavelmente é antigo ou está lidando com níveis de potência extremamente altos. Atualmente, para a maioria dos propósitos, os inversores usariam MOSFETs ou IGBTs. Os inversores muito maiores ainda podem usar válvulas Thyratron - como as muitas unidades MegaWatt usadas para conversão de energia CC em CA para cabos submarinos CC.

Em aplicações modernas portáteis típicas, um inversor que pode ter sido operado a 100 kHz ou menos há 10 anos atrás agora pode operar de 500 kHz a 2 MHz e alguns operam novamente mais alto. A 1 MHz + e níveis de potência de alguns Watts, o tamanho do indutor pode ser de 10% a 20% do tamanho a 100 kHz e o indutor ainda pode dominar o tamanho geral.

Observe que a capacidade de carga atual ~ proporcional à área do fio, mas a indutância é proporcional às curvas ao quadrado. Isso não significa que o tamanho do núcleo seja alterado apenas com o sqrt de frequência, pois você terá problemas de seção transversal do núcleo, comprimento do caminho do núcleo, tamanho da janela de enrolamento e muito mais para adicionar à diversão.

O uso de frequência mais alta requer capacitores menores, indutores / transformadores fisicamente menores e seus núcleos e, portanto, reduz o tamanho geral de um projeto.

• Reatância capacitiva $X_C = \dfrac{1}{2\pi fC}$, portanto, para qualquer reatância desejada (filtragem etc.), uma frequência mais alta fpermite uma capacitância mais baixa C.
• Reatância indutiva $X_L = 2 \pi fL$então, novamente, para qualquer reatância, uma frequência mais alta fpermite uma indutância menor L.

Por outro lado, dependendo da finalidade pretendida, um inversor de alta frequência pode não ser adequado à finalidade: Para inversores de potência domésticos, é necessária uma saída pelo menos aproximadamente próxima à frequência da rede elétrica para a maioria dos equipamentos.

A maneira como alguns inversores de onda senoidal lidam com isso é operando com uma frequência muito maior, de kilohertz a megahertz, e gerando a forma de onda senoidal via PWM. Assim, a maior parte da transmissão de energia ocorre na frequência mais alta, com um filtro passa-baixo de estágio final para eliminar os harmônicos mais altos do sinal PWM e deixar para trás uma onda senoidal suave nos 50/60 Hz desejados.

Eu estava tendo o mesmo problema e aqui está o que encontrei:

Qual é o valor de x na equação ax2 + bx
+ c
= 0?

Quando f aumenta, XL aumenta.
Quando XL aumenta, Z aumenta.
I é inversamente proporcional a Z, portanto, quando Z aumenta, eu diminui.
Portanto, o aumento da frequência resulta em diminuição da corrente.