Suponha que a energia seja desligada e tudo o que você tenha em mãos seja uma bateria de carro de 12 V. Você pode usá-lo para alimentar sua geladeira para que a comida não estrague? Infelizmente, a resposta é não, porque está faltando algo importante e não estamos falando apenas de um receptáculo para o plugue. Você precisa de um dispositivo que converta a energia CC da bateria em energia CA que pode operar o compressor do refrigerador.
Este conversor DC para AC é chamado de inversor. É bastante fácil converter corrente CA em CC - tudo o que você precisa fazer é alimentar a corrente por meio de um diodo, que passa a corrente apenas em uma direção. Converter de DC para AC é mais complicado, porque você precisa de algum tipo de oscilador que inverta a direção da corrente na frequência necessária. Existe uma maneira de fazer isso mecanicamente, mas a maioria dos inversores depende de resistores, capacitores, transistores e outros dispositivos de circuito.
Um inversor precisa de mais uma coisa: uma forma de alterar a tensão da fonte de corrente para ser usada pelo dispositivo que vai usar a energia. Em outras palavras, ele precisa de um
transformador. Por exemplo, se você estiver alimentando seu refrigerador de 120 V com uma bateria de 12 V, o inversor precisa de um transformador elevador que aumenta a tensão em 10 vezes. Por funcionar apenas com corrente alternada, o transformador entra no circuito após os componentes que alteram a corrente de CC para CA.O que são correntes AC e DC?
A maioria das pessoas aprende sobre a corrente CC em sua introdução à eletricidade, e a melhor maneira de visualizá-la é pensar em uma bateria. Se você conectar os terminais da bateria com fio condutor, os elétrons fluem do terminal negativo para o positivo, como formigas seguindo umas às outras enquanto se alimentam.
Se você colocar uma carga como uma luz no circuito, os elétrons fluem através da carga e trabalham em seu caminho para o terminal positivo. No caso de uma lâmpada, o trabalho é aquecer o filamento para que brilhe.
Em vez de fluir em uma única direção, a corrente CA inverte a direção muitas vezes por segundo, e isso se deve à maneira como é gerada. Fazendo uso de indução eletromagnética, um fenômeno pelo qual um campo magnético variável produz uma corrente em um fio condutor, um gerador CA produz eletricidade com um rotor giratório e uma bobina de condução fio. Em uma versão, o rotor é um ímã permanente e, à medida que gira, gera uma corrente na bobina que muda de direção a cada meia rotação do rotor.
A corrente CA não se move pelo fio da mesma forma que a corrente CC. A melhor maneira de pensar nisso é como se os elétrons no fio estivessem vibrando no lugar. Durante a primeira metade do giro do rotor, os elétrons se movem em uma direção, e durante a segunda metade do giro, eles se movem na outra direção.
Se você plotar o movimento de um único elétron em função do tempo, ele gerará uma forma de onda conhecida como onda senoidal. A frequência da onda é governada pela velocidade de rotação do rotor do gerador.
Um conversor mecânico simples de CC para CA
Um dispositivo que pode mudar a corrente DC para AC deve ser capaz de desligar a corrente que vai em uma direção e enviá-la para outra, e então reverter o processo em intervalos regulares. Uma maneira de fazer isso seria colocar uma roda giratória entre um par de terminais e organizar os contatos de forma que a roda alternasse as conexões da bateria a cada giro. A corrente fluiria em uma direção quando a roda estivesse em seu ponto inicial e na direção oposta quando a roda tivesse girado 180 graus.
Essa configuração rudimentar produziria uma corrente do tipo tudo ou nada em cada direção e, se você representasse graficamente o movimento de um elétron no circuito, obteria o que é conhecido como onda quadrada. Este não seria um bom inversor de energia para a casa. A corrente pode ser capaz de realizar tarefas simples, como acender um elemento de aquecimento, mas não funcionaria com equipamentos eletrônicos sensíveis. Além disso, você precisaria de uma maneira precisa de controlar a rotação da roda para tornar útil a energia CA resultante.
Inversores usam componentes de circuito para alterar a direção da corrente
Em vez de rodas giratórias, os inversores comerciais usam componentes de circuito como capacitores, resistores e transistores. Um esquema de inversor DC para AC comum mostra circuitos paralelos com transistores em série com resistores e circuitos cruzados com capacitores e transistores de potência, ou MOSFETs (Transistores de efeito de campo de óxido metálico). Outro tipo emprega um Oscilador ponte Wien, que é construído com resistores e capacitores.
Ambos os inversores descritos acima são inversor de onda senoidal pura (PSW)s, e o sinal que eles geram pode ser usado por todos os dispositivos eletrônicos. Se você está procurando um inversor de potência para a casa, precisa de um inversor PSW, pois ele funcionará com os componentes eletrônicos do seu fogão, secadora, lavadora e demais eletrodomésticos.
O outro tipo de conversor DC para AC é um inversor de onda senoidal modificada (MSW). Ele emprega componentes mais baratos, como diodos e tiristores, que são semelhantes aos transistores. O sinal de um inversor MSW é como uma onda quadrada com seus cantos ligeiramente arredondados e, embora possa alimentar grandes aparelhos, não é adequado para equipamentos eletrônicos. Seria o melhor inversor de energia para um carro, disponibilizando a bateria para ferramentas elétricas e equipamentos de reparo automotivo.
Mais uma coisa: o transformador
Mesmo se você converter o sinal de uma fonte de alimentação DC, como uma bateria ou painel solar, para AC, a tensão não será grande o suficiente para alimentar um aparelho de 120 V. Felizmente, é fácil aumentar a tensão CA. Tudo que você precisa é um transformador, que também opera no princípio da indução eletromagnética.
O funcionamento de um transformador é simples. Duas bobinas condutoras são colocadas lado a lado - ou uma dentro da outra - e a corrente que passa por uma bobina, chamada de bobina primária, induz uma corrente na outra, que é a bobina secundária. A relação das correntes nas duas bobinas, bem como suas tensões, é determinada pela diferença no número de voltas nas bobinas.
Se a bobina secundária tiver mais voltas do que a primeira, o transformador aumentará a tensão em um quantidade igual ao número de voltas na bobina secundária dividido pelo número de voltas na primária bobina.
Você pode projetar um inversor para fornecer qualquer voltagem que você quiser, mas se você quiser um conversor DC para AC que irá transformar seu 12 V bateria de carro em uma fonte de alimentação de 120 V para sua casa, você precisa fazer a relação entre o primário e o secundário 1 para 10. Os transformadores inversores comerciais têm centenas de voltas e os fios geram calor resistivo, então o inversor precisa de aletas - e possivelmente de uma ventoinha - para se manter frio. Além disso, as bobinas às vezes são enroladas em torno de um núcleo sólido para fazer uma indução mais eficaz e isso pode tornar o inversor muito pesado.