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Bogotá, 31 de julio de 2014
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INVERSOR DE VOLTAJE DC/AC DE 300W (parte 1)

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Inversor (circuito tanque)

La necesidad de utilizar energía eléctrica en corriente alterna es indispensable en cualquier  lugar y  a todo momento.  En espacios donde no llega la red pública, se hace necesario utilizar sistemas de energía alternativa, que consisten en recoger y almacenar energía,  en recipientes diseñados para este fin, lo que comúnmente conocemos como baterías. El problema  de estas, es que solo entregan corriente directa (DC) y la mayoría de electrodomésticos trabajan con corriente alterna (AC). Es en este momento que el inversor toma importancia, para convertir esa corriente continua en corriente alterna.

Nikola Tesla científico e inventor  serbio, nacido el 10 de julio de 1856, en  Smilyan, que hoy en día se conoce como Croacia, fue un gran físico, ingeniero mecánico, ingeniero eléctrico, haciendo grandes aportes a la ingeniería eléctrica y la ingeniería de radio.
Tesla dedico su vida al estudio del comportamiento de la energía eléctrica, sus propiedades, el magnetismo, desarrollando las bases para la generación de corriente alterna.

Todo indica que el concepto del inversor de voltaje, fue una de las tantas creaciones de
Tesla. No siempre un descubrimiento o un suceso,  cuenta con todas las fuentes y pruebas para indicar que tal suceso en concreto ocurrió. Incluso, muchos descubrimientos, se los apropian ciertos personajes,  que por difundirlo en público o patentarlo primero, relegan al verdadero genio. Tesla quien además de genio, fue una persona que trato de ayudar a la humanidad, no busco gloria ni dinero. Característica que no cabe en un mundo ignorante, seducido y manipulado por los monopolios, que vieron la forma de controlar y vender la energía. Opacando  e invisibilizando a Tesla, quien dio su vida por dar  energía gratis a la humanidad, conocido en su lema “energía gratis para todos
No hay que ser un genio ni un gran historiador, para entender, por la serie de inventos de Tesla, sus deducciones y legado, que el fue el verdadero creador del inversor de
Voltaje.

Conceptos básicos del inversor

Un inversor es un convertidor estático de energía, que convierten la corriente continua DC en corriente alterna AC, permitiendo alimentar una carga en su salida de alterna, regulando la tensión y la frecuencia. Dicho de otro modo un inversor transfiere potencia desde una fuente de corriente continua a una carga de corriente alterna.

Los inversores de potencia son utilizados en:
• Automóviles
• Sistemas de alimentación ininterrumpida (UPS)
• Sistemas de corriente alterna que trabajan con la energía de una batería.
• Energías alternativas (energía solar o eólica).

Conversión de DC a AC

Lo primero es entender la diferencia entre corriente alterna y corriente directa;

La corriente alterna cambia de manera cíclica su magnitud y dirección, es decir; se invierte la polaridad periódicamente en ciclos por segundo, llamados hercios (hertz). Sin embargo, a pesar de este constante cambio de polaridad, la corriente siempre fluye del polo negativo al positivo.

La corriente continua, tiene como característica principal el desplazamiento de electrones de manera continua, tanto en su intensidad como en su dirección. La corriente fluye de mayor voltaje, a menor voltaje, manteniéndose siempre la misma polaridad.

El transformador
Es un componente eléctrico que tiene la capacidad de cambiar el nivel del voltaje y de la corriente, mediante dos bobinas enrolladas alrededor de un núcleo o centro común. Si tenemos un transformador con un devanado para 120 voltios y otro de 12 voltios, tendremos; que si le conectamos los 120 voltios AC en el devanado correspondiente, obtendremos 12 voltios AC en el otro devanado. Pero si hacemos lo contrario, le conectamos 12 voltios AC en el devanado correspondiente, obtendremos 120 voltios en el otro devanado.

Ahora bien: un transformador sólo puede conducir corriente alterna AC, por lo que no podemos conectar una batería de corriente directa DC y esperar que salgan los 120 o lo que queramos al otro lado. Es necesario convertir primero esos 12V DC en 12V AC.
La manera mas sencilla de demostrar eso es conectando una batería al transformador por sólo una fracción de segundo, y obtendremos un pulso de corriente a la salida del transformador, pero no se sostiene si dejamos la batería conectada. Al contrario. La batería se descarga y lo que se genera en un corto circuito. Esto quiere decir que debemos conectar y desconectar la batería a gran velocidad, para lograr obtener corriente alterna a la salida del transformador.

En el dibujo anterior podemos apreciar la manera como se pueden producir semiciclos positivos de corriente alterna, con sólo presionar un pulsador que cierra el circuito, entre el devanado primario de un transformador y la batería. El problema de este sistema es que no se pueden producir semiciclos negativos, por esta razón aparece el transformador con TAP central.

En la figura 2 se aprecia un transformador con tap central, al que le llega la corriente positiva por el TAP y el negativo es conmutado alternadamente, hacia los extremos del transformador. Este sistema logra entregar a la salida una onda senoidal cuadrada completa con su semiciclo positivo y su semiciclo negativo.

Ahora necesitamos cambiar los interruptores por algún sistema que haga la conmutación o el swicheo de manera uniforme, precisa y automática. Es ahí que colocamos dos  transistores, cada uno entro el negativo de la batería y cada extremo del transformador respectivamente. Los transistores con activados mediante un pulso de corriente que se le aplica en la base de manera alterna, tal como se hizo en el ejercicio anterior.

En la figura 4 se puede apreciar como excitar los transistores mediante un par de devanados de 6 voltios del mismo transformador. La batería alimenta los dos devanados y estos envían pulsos de corriente alterna a los transistores. En ese momento los transistores conmutan el negativo de la batería, generando un campo magnético en el devanado de 12 x12V del transformador. Ese campo magnético induce una corriente en el devanado de salida de 115 o 220V, o según sea la necesidad. Es en ese momento que abtenemos el voltaje deseado. A su vez, el campo magnético generado por el devanado de salida, induce una corriente en los devanados de 6 voltios, para que estos alimenten las bases de los transistores. Por esta razón a este circuito se le llama circuito tanque.

 

La batería o acumulador eléctrico es un dispositivo que convierte la energía química en energía eléctrica, que posteriormente es usada como fuente de energía, hasta descargarse casi en su totalidad. La batería puede ser cargada y descargada un número determinado de veces. Para este inversor aconsejamos una batería de 12 voltios con un mínimo de 24 amperios. En este caso usamos una batería de automóvil de 40 amperios. El tiempo de trabajo del inversor, depende, tanto del consumo de energía del aparato se piense alimentar con el inversor, como de la cantidad de corriente que entregue la batería. Por esta razón entre más amperios tenga la batería, mayor será el tiempo de duración de la carga.

 

 

 

El inversor de voltaje convierte la tensión de corriente continua (en este caso los 12 voltios de una batería), en un voltaje de corriente alterna, que puede ser de 220V o 120V, dependiendo del país o del uso que se le piense dar a este circuito. La frecuencia de este inversor es de entre 50 Hz y 60Hz. No es necesario calibrarla, ya que esto lo hace el transformador automáticamente.

 

 

La construcción del transformador para este inversor, se puede realizar usando un núcleo de 3.8 centímetros, por 5 cm. Como la función de este transformador es la de elevar y no la de reducir el voltaje, se hace al contrario que los transformadores convencionales. Primero de hace el devanado secundario, que ahora será el primario. Debe ser de 12x12 voltios, que equivale a 24 voltios con TAP central. Debemos dar 54 vueltas de alambre calibre 11 o 12, deteniéndonos en la vuelta 27, para sacar el TAP central y luego dar las otras 27 vueltas. También se puede enrollar en doble y sólo dar 27 vueltas, tal como se muestra en nuestro video de cómo construir un transformador.
Luego de hacer el devanado primario, debemos hacer un par de devanados de 6 voltios. Estos se hacen dando 13 vueltas de alambre calibre 24
El devanado secundario o de salida, depende del voltaje que queramos que entregue el inversor. Para un voltaje de salida de 120 voltios AC, se deben dar 265 vueltas de alambre calibre 18. Para un voltaje de salida de 220VAC, se deben dar 486 vueltas de alambre calibre 20, según la tabla AWG. Si desea mas potencia deberá calcular el transformador, usando las fórmulas dadas en nuestro articulo de cálculo de transformadores.

 

 

Este inversor entrega una potencia de 300W. Cada par de transistores 2N3055 entregan 100W. Hemos colocado de a tres transistores en paralelo, es decir; unimos colectores entre si, al igual que las bases y los emisores, convirtiendo los tres transistores en un solo transistor que maneja el triple de corriente. Es importante usar cables gruesos, para evitar el recalentamiento, al igual que un buen disipador.

 

 

 

 

 

 

 

En la foto se aprecian los tres transistores por su parte posterior y sus patas; base y emisor atravezando el disipador. Los transistores están aislados del disipador con aislantes de mica y pasamuros. Van bien asegurados con tornillos pasantes y tuercas.
Observe como van unidas las bases entre si con un cable encauchetado, al igual que los emisores.

 

 

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