Los inversores, a veces denominados entre nosotros convertidores, son los dispositivos electrónicos capaces de transformar la corriente directa (DC) de un determinado voltaje en una corriente alterna (AC) de igual o distinta tensión (esto último lo más común).
La corriente alterna, como seguro casi todos saben, es la disponible en la red eléctrica nacional de todos los países (en unos casos con 220 v y 50 Hz de frecuencia, y en otros, como en Cuba, con 110 v y 60 Hz de frecuencia); esta corriente es la capaz de hacer funcionar electrodomésticos como ventiladores, aun si otros dispositivos como lo sería un taladro eléctrico deberían de poder funcionar también con corriente continua, en este caso por poseer un motor de inducción universal.
Nota: En muchos otros casos, como con los bombillos ahorradores, también se podría usar corriente directa de la tensión adecuada para alimentarlos por las características de sus circuitos.
En fin, en este tema me gustaría compartir un circuito de un inversor de poca potencia, dado como por lo visto el problema de la energía no va a tener una solución estable a corto plazo, tal vez pueda serle de utilidad a alguna persona si dispone de los elementos necesarios para construirlo.
El diseño ha sido tomado del libro Transistor Circuit Manual de Allan Lytel, y se trata de un inversor de 12-14 v DC a 110 v AC con 50 watt de potencia, los cuales deberían ser suficientes para poner a funcionar un ventilador pequeño, puesto muchos de estos poseen una potencia de 45 a 50 watt (otros pueden llegar a tener 100 watt y no podrían conectarse a menos se hagan cambios en el circuito).
Por las características de este circuito, según su autor con un 75% de eficiencia, en su salida se obtiene una tensión con 60 Hz de frecuencia similar a la existente en la red de distribución eléctrica, aun cuando como se puede ver en su diagrama, la forma de onda no es exactamente sinusoidal como la de dicha red, a pesar de mejorar mucho usando el filtro (este filtro puede reducir la frecuencia a 56 Hz lo cual no debe influir demasiado en la pérdida de velocidad del ventilador).
Listado de componentes:
Transformador: 12 v a 110 v con derivación central (o sea, 2 devanados de 12 v).
Transistores X1 y X2: 2N176 (o podrían ser otros de características similares).
Resistencias R1 y R2: 100 Ohm 2 watt.
Resistencias R3 y R4: 15 Ohm 2 watt.
Condensador C1: 3 MFD 250 v.
Condensador C2: 0.25 MFD 250 v.
Bobina del filtro L1: 10 µH.
En este caso sería necesario elaborar la bobina del filtro y también el transformador, a menos tengamos a mano uno con las características necesarias, como podría ser uno de alimentación de los televisores Krim 218 (o Caribe a transistores); el núcleo de ese transformador es mucho más grande de lo necesario para la potencia del inversor y me parece (no recuerdo bien sus características) de todos modos sería necesario hacerle un par de modificaciones a sus devanados.
Por otro lado, como es natural, nada de esto serviría de nada si no se dispone de una batería.
En resumen, espero este sencillo circuito pueda serle de utilidad a alguno, y también los invito a estudiar el libro (si bien es un tanto antiguo) de donde fue tomado, dado en este se exponen muchos otros circuitos útiles, entre ellos otros inversores.
Nota: El libro está escrito en inglés y por tanto para entenderlo deben tener por lo menos un conocimiento básico de ese idioma.
Por último, me gustaría pudieran comentar su propio parecer acerca de lo expuesto en este texto (como he dicho tomado del libro Transistor Circuit Manual de Allan Lytel), y tal vez también recomendar otras soluciones más eficientes o por lo menos factibles de ser realizadas en nuestras condiciones actuales.
El sencillo inversor de poca potencia comentado en este tema, como sucede con otros de su clase, necesita de un transformador elevador de tensión.
Por eso, seguidamente vamos a ver un procedimiento más bien simple para calcular los devanados de un transformador, de modo nos sea posible elaborar uno a la medida.
Los inversores más simples como el expuesto transforman la tensión a una frecuencia relativamente reducida, como la existente en las redes de distribución (50 a 60 Hz), por lo cual se hace necesario el uso de un núcleo del transformador un poco más grande y pesado; en cambio, si se tratara de un inversor con un diseño más elaborado, con varios circuitos o etapas más, se podría usar un transformador mucho más pequeño y ligero de núcleo de ferrita, como los usados en fuentes conmutadas, pero en ese caso sería más complicado y caro de hacer dado utilizaría más componentes.
En fin, en primer lugar, se necesita comprobar si nuestro núcleo podría proporcionar la potencia necesitada, y para eso se puede utilizar la fórmula 1:
donde:
S – Área de la sección del núcleo en centímetros cuadrados.
Ptr – Potencia del transformador en watt.
En la figura 1 mostrada a continuación podremos notar sombreada en amarillo el área (S) de la sección transversal de un núcleo del tipo acorazado, en ella podemos ver cómo se calcula dicha área multiplicando el grosor de dicho núcleo por el ancho de la lengüeta central de una lámina.
En nuestro caso particular, si deseamos obtener 50 watt, necesitaremos un núcleo de por lo menos 9.2 centímetros cuadrados de área de su sección transversal. En caso de tener un núcleo con un área superior a esta, eso significa podría proveer más potencia. El área más grande de un núcleo de transformador, además de lo comentado, también posibilita reducir el número de espiras de alambre esmaltado en sus devanados.
Nota: Las dimensiones de los núcleos de transformadores están estandarizadas.
En este momento, una vez conocemos el valor del área de la sección transversal de un núcleo, y hemos comprobado es suficiente para la potencia demandada por nosotros, podemos calcular el número de espiras por volt de los devanados primario y secundario, para lo cual usaremos la fórmula 2:
donde:
W – Vueltas por volt.
S – Área de la sección transversal del núcleo en centímetros cuadrados.
En nuestro caso particular, suponiendo para simplificar encontramos en núcleo con un área de la sección transversal de 10 centímetros cuadrados, el número de vueltas por volt sería de 5; este número 5 multiplicado por las tensiones necesarias del primario y del secundario del transformador, nos daría el número de vueltas de cada uno de esos devanados; así, como se trata de un transformador elevador y el primario es de 12 v, el número de vueltas de ese devanado es de 60, por su parte, el número de vueltas en el secundario serían 550 para obtener 110 v.
Por supuesto, como éste transformador en particular tiene un primario con derivación central, en realidad ese devanado deberá de tener 120 vueltas (primero se devanan 60 vueltas, luego se saca la derivación central, y después se continúa devanando las otras 60 vueltas).
En todo caso, antes de poder enrollar el transformador, todavía debemos determinar el calibre de alambre esmaltado a utilizar (y tener en cuenta otros detalles). Por lo común dicho calibre será diferente en el devanado primario y en el secundario, a menos se trate de un autotransfomador. En este caso deberemos tener en cuenta la intensidad de la corriente en cada devanado, puesto esta está relacionada con la potencia y la tensión (la potencia se podría considerar igual mas evidentemente no pasa así con la tensión).
La intensidad de la corriente en el primario o el secundario podemos saberla usando la fórmula 3:
donde:
P – Potencia (Watt).
V – Tensión (Volt).
I – Intensidad (Ampere).
La fórmula 3 (una vez despejamos I) nos indica como, asumiendo igual potencia en los dos devanados (100% de rendimiento), en el primario de nuestro transformador deben de haber por lo menos 4.16 A de intensidad de la corriente, en tanto en el secundario nos podríamos encontrar con 0.45 A.
Nota: En los transformadores reales el rendimiento nunca llega a ser de 100% puesto siempre se producen distintas pérdidas, y así, la potencia entregada por el secundario siempre será un poco menor a la del primario; el rendimiento de los trasformadores de mucha potencia podría llegar a un 99% en tanto los transformadores de menor potencia pueden lograr un rendimiento de 80% a 90%.
En cuanto disponemos de la intensidad de corriente en cada devanado, y decidimos la densidad de corriente a ser tolerada, podemos dividir dicha intensidad de corriente entre la densidad seleccionada para obtener el diámetro en milímetros de los conductores esmaltados.
Nota: Por lo común en transformadores pequeños de entre 50 y 100 watt se usan 3.5 A por milímetro cuadrado de densidad de la corriente permitida.
El diámetro en milímetros obtenido podemos utilizarlo después para buscar en una tabla de calibres AWG de alambre cuál calibre resultaría más adecuado.
En nuestro caso hipotético el diámetro del conductor esmaltado del primario (utilizando 3.5 A/mm^2 de densidad permitida de corriente) sería de 1.19 milímetros. Por su parte, el secundario debería de devanarse usando alambre esmaltado de 0.13 milímetros. El diámetro de cada conductor podemos buscarlo ahora en la mencionada tabla de calibres donde encontraremos se corresponden con los calibres 16 (primario) y 35 (secundario).
Por último, como tenemos los datos importantes, sólo nos restaría proceder a enrollar nuestro transformador siguiendo las pautas recomendadas para realizar esa clase de trabajos, o sea, colocar cada espira una junto a la otra formando capas a la vez se impide amontonarlas, aislar cada capa con papel fino, y separar los devanados primario y secundario con papel un poco más grueso, etc.
Por supuesto, primero deberíamos hacer los cálculos para comprobar si los devanados calculados caben en la ventana del núcleo teniendo en cuenta el diámetro del alambre, la cantidad de vueltas por capa, el número de capas, el grueso del papel aislante, lo cual no comentaré más por ser más o menos sencillo.
¿Qué más podrían comentar sobre este procedimiento simplificado?