Suponga que se corta la energía y todo lo que tiene a mano es una batería de automóvil de 12 V. ¿Puedes usarlo para alimentar tu refrigerador para que la comida no se eche a perder? Desafortunadamente, la respuesta es no, porque le falta algo importante y no solo estamos hablando de un receptáculo para el enchufe. Necesita un dispositivo que convierta la energía de CC de la batería en energía de CA que pueda operar el compresor del refrigerador.
Este convertidor de CC a CA se llama inversor. Es bastante fácil convertir la corriente CA en CC; todo lo que necesita hacer es alimentar la corriente a través de un diodo, que solo pasa la corriente en una dirección. La conversión de CC a CA es más complicada, porque necesita algún tipo de oscilador que invierta la dirección de la corriente a la frecuencia que necesita. Hay una forma de hacer esto mecánicamente, pero la mayoría de los inversores se basan en resistencias, condensadores, transistores y otros dispositivos de circuito.
Un inversor necesita una cosa más: una forma de alterar el voltaje de la fuente de corriente para que lo utilice el dispositivo que utilizará la energía. En otras palabras, necesita un
transformador. Por ejemplo, si está alimentando su refrigerador de 120 V con una batería de 12 V, el inversor necesita un transformador elevador que aumente el voltaje en 10 veces. Como solo funciona con corriente alterna, el transformador va en el circuito después de los componentes que alteran la corriente de DC a AC.¿Qué son las corrientes CA y CC?
La mayoría de las personas aprenden sobre la corriente continua en su introducción a la electricidad, y la mejor manera de visualizarla es pensar en una batería. Si conecta los terminales de la batería con un cable conductor, los electrones fluyen desde el terminal negativo al positivo, al igual que las hormigas que se suceden mientras se alimentan.
Si coloca una carga como una luz en el circuito, los electrones fluyen a través de la carga y trabajan en su camino hacia la terminal positiva. En el caso de una bombilla, el trabajo consiste en calentar el filamento para que brille.
En lugar de fluir en una sola dirección, la corriente CA invierte la dirección muchas veces por segundo, y eso se debe a la forma en que se genera. Haciendo uso de la inducción electromagnética, un fenómeno por el cual un campo magnético cambiante produce un corriente en un cable conductor, un generador de CA produce electricidad con un rotor giratorio y una bobina de conductor cable. En una versión, el rotor es un imán permanente y, a medida que gira, genera una corriente en la bobina que cambia de dirección con cada medio giro del rotor.
La corriente CA no se mueve a través del cable de la misma manera que lo hace la corriente CC. La mejor manera de pensarlo es como si los electrones del cable vibraran en su lugar. Durante la primera mitad del giro del rotor, los electrones se mueven en una dirección y durante la segunda mitad del giro, se mueven en la otra dirección.
Si traza el movimiento de un solo electrón en función del tiempo, generará una forma de onda conocida como onda sinusoidal. La frecuencia de la onda se rige por la velocidad de rotación del rotor del generador.
Un convertidor mecánico simple de CC a CA
Un dispositivo que puede cambiar la corriente CC a CA debe poder desconectar la corriente que va en una dirección y enviarla en la otra dirección, luego revertir el proceso a intervalos regulares. Una forma de hacerlo sería colocar una rueda giratoria entre un par de terminales y disponer los contactos de modo que la rueda alternara las conexiones de la batería con cada giro. La corriente fluiría en una dirección cuando la rueda esté en su punto de partida y en la dirección opuesta cuando la rueda haya girado 180 grados.
Una configuración tan burda produciría una corriente de todo o nada en cada dirección, y si graficara el movimiento de un electrón en el circuito, obtendría lo que se conoce como onda cuadrada. Este no sería un buen inversor de energía para el hogar. La corriente podría realizar tareas simples, como hacer que un elemento calefactor brille, pero no funcionaría para equipos electrónicos sensibles. Además, necesitaría una forma precisa de controlar la rotación de la rueda para que la potencia de CA resultante sea útil.
Los inversores utilizan componentes de circuito para cambiar la dirección de la corriente
En lugar de ruedas giratorias, los inversores comerciales utilizan componentes de circuitos como condensadores, resistencias y transistores. Un esquema común de inversor de CC a CA muestra circuitos en paralelo con transistores en serie con resistencias y circuitos cruzados con capacitores y transistores de potencia, o MOSFETs (Transistores de efecto de campo de semiconductores de óxido metálico). Otro tipo emplea un Oscilador de puente de Viena, que está construido con resistencias y condensadores.
Ambos inversores descritos anteriormente son inversor de onda sinusoidal pura (PSW)s, y la señal que generan puede ser utilizada por todos los dispositivos electrónicos. Si está buscando un inversor de corriente para el hogar, necesita un inversor PSW, porque funcionará con los componentes electrónicos de su estufa, secadora, lavadora y otros electrodomésticos.
El otro tipo de convertidor de CC a CA es un inversor de onda sinusoidal modificada (MSW). Emplea componentes más baratos, como diodos y tiristores, que son similares a los transistores. La señal de un inversor MSW es como una onda cuadrada con sus esquinas ligeramente redondeadas y, aunque puede alimentar grandes electrodomésticos, no es adecuada para equipos electrónicos. Sería el mejor inversor de energía para un automóvil, haciendo que la batería esté disponible para herramientas eléctricas y equipos de reparación de automóviles.
Una cosa más: el transformador
Incluso si convierte la señal de una fuente de alimentación de CC, como una batería o un panel solar, a CA, el voltaje no será lo suficientemente grande para alimentar un aparato de 120 V. Afortunadamente, es fácil aumentar el voltaje de CA. Todo lo que necesitas es un transformador, que también funciona según el principio de inducción electromagnética.
El funcionamiento de un transformador es sencillo. Dos bobinas conductoras se colocan una al lado de la otra, o una dentro de la otra, y la corriente que pasa a través de una bobina, llamada bobina primaria, induce una corriente en la otra, que es la bobina secundaria. La relación de las corrientes en las dos bobinas, así como sus voltajes, se rige por la diferencia en el número de vueltas de las bobinas.
Si la bobina secundaria tiene más vueltas que la primera, el transformador aumentará el voltaje en un cantidad igual al número de vueltas en la bobina secundaria dividido por el número de vueltas en el primario bobina.
Puede diseñar un inversor para suministrar cualquier voltaje que desee, pero si desea un convertidor de CC a CA que convertirá sus 12 V batería del automóvil en una fuente de alimentación de 120 V para su hogar, debe establecer la relación entre el primario y el secundario 1 a 10. Los transformadores inversores comerciales tienen cientos de vueltas y los cables generan calor resistivo, por lo que el inversor necesita aletas, y posiblemente un ventilador, para mantenerse fresco. Además, las bobinas a veces se enrollan alrededor de un núcleo sólido para lograr una inducción más efectiva, y eso puede hacer que el inversor sea muy pesado.