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miércoles, 16 de diciembre de 2015

Acerca del inversor de 600W

Hola amigos,

Me veo obligado a escribir este post para comunicaros que la segunda parte del inversor se va a retrasar un poco más de lo previsto. Las dificultades que entraña un circuito electrónico con intensidades de 50 amperios son muchas.

Mi negativa a utilizar materiales caros, o difíciles de conseguir (para que todos podamos hacerlo sin gastar mucho dinero), junto con las altas exigencias de este montaje han derivado en esta situación contradictoria: 

- O renuncio al proyecto (que de eso nada, de momento)
- O tendré que "pasar por el aro" y usar esos materiales especiales

Me refiero al hilo para bobinar el transformador. Ya visteis la dificultad para encontrar hilo de cobre esmaltado con un diámetro superior a 2.2 mm, y nosotros lo necesitamos de nada menos que 4 mm... o un poco más...

Existe la posibilidad de bobinar varios cables de 2.2 mm de diámetro en paralelo para sumar la sección, pero bobinar manualmente varios cables simultáneamente nunca será tan eficiente como bobinar un único cable. El espacio ocupado es mucho menor con cable único, tened en cuenta que el núcleo toroidal se llena de cobre antes de lo que nos pensamos, y llega un momento en que no caben todas las espiras. La verdad es que este inversor de 600W a 12V con sus 50A se ha convertido en un verdadero desafío...

Siguiendo el lema "No hay pescado gordo que pese poco", tendremos que rendirnos a la evidencia y usar cobre de sección adecuada. Estoy a la espera de que una empresa de material eléctrico me conteste a un correo que hoy mismo les he enviado, y dicen tener hilo de cobre esmaltado soldable de hasta   ¡¡¡5 mm de diámetro!!!  Ese hilo sería genial, pues con 4.5 mm de diámetro tenemos 16 mm2 de sección, lo que haría un devanado muy eficiente.

Por otra parte...

Contra toda lógica, el bobinado primario de 6+6V no era correcto. Tiene que ser de 12+12V. Es algo que no entiendo. Porque  12+12 son 24, y no vamos a trabajar con 24V sino con 12V, pero en fin...

Aprovechando que haré un nuevo bobinado con cable de 4-5 mm de diámetro, también daré el doble de vueltas para obtener una tensión correcta a la salida del inversor, pues estaba obteniendo aproximadamente 400V, y aunque el circuito tiene una regulación PWM para los mosfets que permite bajar a 220V, esto hace que funcionen "a medio gas" y no me parece óptimo. Mejor hagamos un trafo con una relación de transformación correcta y que los mosfets trabajen plenamente.


En resumen:


UNO:

En el vídeo 1 de 2 (el dedicado al transformador) en el minuto 15:18 se hace un bobinado de prueba con 10 espiras. La tensión obtenida se utiliza para, con una regla de tres, obtener las espiras necesarias para obtener 12 voltios. Pues bien, esa regla de tres no la hagáis para 12 voltios. Hacedla para 24 voltios. Obtendréis el doble de vueltas.

En mi caso el resultado eran 26 espiras (La mitad, 13, con hilo doble, recordad lo de la toma central). Pues ahora serían 52 vueltas (26 con hilo doble).

DOS:

Bobinaremos con hilo esmaltado de entre 4 y 5 mm de diámetro (ya diré la medida exacta en el vídeo 2 de 2, pues estoy a la espera de que esa empresa me conteste).


miércoles, 2 de diciembre de 2015

Circuitos ÚTILES 13. Interruptor crepuscular


Mis redes sociales:

ÍNDICE

1. Para qué sirve un interruptor crepuscular
2. Este vídeo es una colaboración entre youtubers
3. Esquema y funcionamiento
4. Lista de componentes
5. Hacer el PCB
6. Colocar invento en belén
7. El vídeo
8. Mi colección de vídeos en Youtube




1. Para qué sirve un interruptor crepuscular

Casi todos, cuando éramos niños, creíamos que el encendido y apagado del alumbrado público corría a cargo de algún diligente operario que cada día, a la hora exacta, accionaba el botón correspondiente. Bueno, esto es cierto en tiempos pasados, donde existía la figura del "farolero" que tenía precisamente esa misión.

Desde hace bastante tiempo, el encendido y apagado del alumbrado público se hace por medios automáticos: Con un interruptor crepuscular.

El interruptor crepuscular es un circuito electrónico que tiene un sensor capaz de medir la luz en el ambiente. Cuando la luz decae por debajo de un valor umbral prefijado, el circuito activa la alimentación eléctrica para las farolas o luminarias y éstas se encienden. Y así permanecen toda la noche. Cuando llega el amanecer, la creciente luz, al superar nuevamente ese umbral, desactiva la alimentación apagando las luces.


Fig 1. Circuito terminado del interruptor crepuscular.



Un buen diseño de este circuito debe evitar el apagado momentáneo de las luces en plena noche a causa de iluminaciones súbitas y repentinas que le hacen "creer" al sensor de luz que es de día: Relámpagos, fuegos artificiales, flashes de cámaras de fotos... lo veremos más adelante.

Un interruptor crepuscular es un circuito sencillo y económico. Si deseas iluminar durante la noche tu terraza, jardín, camino privado, etc, este circuito te será muy útil.




2. Este vídeo es una colaboración entre youtubers

Lo digo en el vídeo, y también lo comento aquí en el blog: Este proyecto (Interruptor crepuscular) es una colaboración entre varios youtubers, a iniciativa de Gastón, el titular del canal de youtube "Proyectos LED". 

Quedamos en que cada youtuber haría un vídeo (cada uno con su temática), pero orientado a un motivo navideño. Esa es la razón de porqué emplearé este interruptor crepuscular en una maqueta, concretamente un Belén. El consumo será mínimo ya que sólo se van a encender 4 diodos LED en serie, lo que implica el manejo de una tensión continua de tan sólo 12 voltios (3 volt. para cada LED) y con una intensidad que apenas llegará a los 50 mA.

Pero nada impide que este mismo circuito, sin modificaciones, pueda ser empleado en una aplicación más "real" como las descritas anteriormente: Un patio, un jardín, una senda particular con farolas...

Este circuito tiene capacidad para gestionar luces hasta una potencia máxima de casi 5 Kw si usamos un relé de cuatro contactos con capacidad de 10 Amp en cada contacto (2400w), lo que nos permitirá poner en cada contacto unos 1.200w (la mitad del máximo de 2400w por motivos de no sobrecargar al relé), por ejemplo 12 bombillas de 100w cada una. Si usamos los cuatro contactos serían 48 bombillas de 100w cada una.

Si ponemos un relé de más potencia, o varios relés en paralelo podemos gestionar 10Kw o incluso más.

Ah! Los enlaces a los otros vídeos de esta colaboración navideña, así como los canales de YT respectivos los tenéis en la descripción de este vídeo.




3. Funcionamiento y Esquema

El componente principal sin lugar a dudas es la resistencia LDR, (por sus iniciales en inglés: Light Dependent Resistor). También se usa el nombre de fotorresistencia. Es una resistencia cuyo valor depende de la luz que incide sobre ella. En condiciones de oscuridad total su resistencia es muy elevada, del orden de megaohmios. A medida que la luz hace acto de presencia su resistencia va disminuyendo, hasta llegar a valores muy bajos (unos pocos ohmios) cuando la intensidad luminosa es muy alta. Es decir, una relación inversa:


A más luz -> Menos resistencia

Este hecho se puede aprovechar para incluir la LDR en un circuito y gestionar de forma automatizada un evento tal como encender/apagar luces.



Fig 2. Fotorresistencia o LDR

Una LDR típica tiene una apariencia como la de la figura 2 (está en un protoboard).

Tienen dos terminales, sin polaridad (no importa cómo conectes sus terminales), y en su fabricación se utilizan materiales fotosensibles basados en compuestos de cadmio.

La parte donde debe incidir la luz es la que tiene el dibujo en forma de S






En el siguiente esquema vemos un circuito operacional, el IC1 que es un 741. Tiene dos entradas: La 2 (inversora, marcada con  un  signo "-") y la entrada 3 (entrada no inversora, marcada con un signo "+")

El circuito 741 hace una operación matemática de resta con las dos tensiones suministradas a sus pines 3 y 2. 

- Si el resultado de la resta es positivo, la salida en el pin 6 será "nivel alto", la de alimentación (en este caso unos 12v). 

-  Si el resultado es negativo, la salida 6 será nivel bajo (cero voltios o unos pocos milivoltios).

Según sea alta o baja la salida en el pin 6, se activará o no el transistor T1 ya que la salida del pin 6 del 741 se aplica a la base de dicho transistor a través de R4. Cuando el transistor conduce, se activa el relé, los contactos conmutan y las luces se encienden. Cuando el transistor no conduce, el relé pasa a reposo y los contactos del relé se separan dejando de funcionar las luces.

Veamos dos casos:

Supongamos que es de día. La LDR recibe luz, su resistencia será baja, así que la tensión en el pin 2 del IC1 será mas bien alta (más que la de la entrada del pin 3). El resultado de restar la tensión de los pines 3 y 2 será negativo,  así que la salida 6 de IC1 tendrá nivel bajo. La base de T1 no tiene polarización suficiente para hacerlo entrar en conducción y la bobina del relé RL1 no se excita. Las luces permanecen apagadas.

Ahora pongámonos en el caso de que llega la noche. La luz cada vez es menor, la resistencia de LDR va aumentando consecuentemente, y también decrecerá la tensión en el pin 2 de IC1 hasta que llega un momento en que ambas son iguales. A partir de aquí, si la luz sigue decayendo, la tensión en el pin 2 será menor que la del 3, y entonces la resta será positiva, el IC1 tendrá nivel alto en su salida pin 6. El transistor T1 conduce, excita a la bobina del relé y los contactos de dicho relé conmutan... dando servicio a la iluminación conectada a sus contactos.

Fig 3. Esquema del interruptor crepuscular

La alimentación del circuito es a 12v, en la parte más izquierda del esquema. Puede hacerse una sencilla fuente con trafo + puente de diodos + 2 condensadores de filtro y todo ello montado en el mismo PCB aunque en el esquema no aparece. También podemos usar un alimentador comercial con salida de 12 V continua, opción esta última que voy a elegir, por seguridad.

La alimentación del IC1 es en los pines 7 (positivo) y 4 (negativo).

R2 es un potenciómetro ajustable cuya finalidad es ajustar a qué nivel de iluminación se produce el encendido/apagado de las luces. Lo más normal es que el circuito no funcione la primera vez que lo usemos por estar R2 desajustado. Para ajustarlo, conectar todo y reproducir unas condiciones de luz correspondientes al momento en que deseemos que las luces se enciendan. Ajustar R2 hasta que veamos que las luces se apagan (si estaban encendidas) o viceversa. Ese será el nivel de luz en que sucederá la conmutación.

C2 cumple la importante función de evitar que los relámpagos o fuegos artificiales apaguen el alumbrado durante un instante (lo que dura el relámpago). Cuando la salida pin 6 de IC1 cae momentáneamente a cero por un flash de relámpago, el condensador C2 permite a T1 seguir trabajando durante un segundo gracias a la carga que almacena, y un segundo es tiempo más que suficiente para cubrir la duración total de un relámpago. De este modo evitamos que el alumbrado se desvanezca cada vez que hay un relámpago, lo que no solo es molesto, también supone stress para la instalación.


Fig 4. Transistor BC337

El transistor BC337 es capaz de suministrar hasta 800 mA de forma continua, por lo que puede excitar no uno sino varios relés en paralelo, pues cada bobina consume unos 100 mA o menos.

Es raro necesitar poner varios relés, ya que con uno solo se puede gestionar bastante potencia. Pero en caso de que vayamos a controlar una instalación realmente grande, esa posibilidad existe.







El diodo D1 en paralelo con la bobina del relé evita que la fuerza contraelectromotriz de la bobina del relé destruya el transistor T1. Siempre hay que tener presente que cada vez que se envía corriente (o se deja de enviar corriente) a la bobina del relé, ésta devuelve un breve pero potente pulso de tensión que destruirá a T1, y esto es una certeza.

La protección consiste en que D1 será el que absorba ese pico de tensión y no T1. El diodo D1 Puede ser de cualquier tipo de propósito general, por ejemplo 1N4007, 1N4148, BY127...

Los contactos del relé serán alimentados con la tensión oportuna para hacer funcionar al alumbrado. En mi caso serán 12v continua para hacer trabajar 4 diodos LED en serie. Como cada uno necesita 3v, pues 3v x 4 diodos = 12v.

Si por el contrario quieres usar corriente alterna de 240v/110v para iluminación "normal", debes tener en cuenta la intensidad máxima que soporta el relé. Si por ejemplo soporta 10A, tenemos que a 240v serán 2400w. No está mal. Sin embargo, no aconsejo irse al límite con el relé si se le va a hacer trabajar de forma continua como es nuestro caso (toda la noche). Mejor limitémonos a la mitad de su capacidad, en este caso serían 1200 w en lugar de 2400 w. Sigue estando muy bien, pues podemos gestionar 12 lámparas de 100 w.

Si nos quedamos cortos con 1200 w, recuerdo que hay relés de dos y cuatro contactos, y cada uno de esos contactos puede con 1200 w, así que con cuatro contactos podemos manipular hasta 4800 w (48 lámparas de 100 w).

¿Sigue siendo poca potencia? Por eso decía antes que los 800mA máximos de intensidad emisor-colector de T1 nos permite excitar como mínimo tres relés en paralelo. 

Si ponemos tres relés, la potencia máxima que podemos gestionar sería:

3 relés x 4 contactos cada uno x 1200 w cada contacto = ¡¡ 14.400 w !!

Cortos en potencia no creo que nos quedemos...




4. Lista de componentes

Siempre que me es posible procuro terminar los proyectos. quiero decir, no sólamente hacer el circuito, sino también darles un acabado, y esto incluye montarlos en una caja con todos los accesorios necesarios: Enchufes, entradas, salidas, potenciómetros  y controles, señalizaciones, sujeción de disipadores en caso de que los haya, etc.

Pero hay ocasiones (como en ésta) en que no resulta claro o útil montar el circuito en una caja dándole así un "acabado", pues su utilización es muy variable y las opciones muchas. Yo veo tres al menos:

1) Por ejemplo, para usarlo en una maqueta casi sería más útil y práctico dejar el circuito al aire ya que irá oculto en dicha maqueta y no necesitará protección contra la intemperie, y tampoco ofrece riesgo eléctrico al haber un transformador separador y funcionar con sólo 12 voltios. El interior del pesebre (caja de cartón) donde irá alojado el circuito no contiene ningún elemento susceptible de provocar cortocircuito.

2) Si por contra este interruptor crepuscular se va a utilizar para la típica aplicación de exteriores, se puede sopesar la opción de montarlo en una caja, a ser posible estanca, con toma de 220, salida de 220 conmutada del relé, y otra salida tipo jack para situar el sensor no en la caja, sino mediante un cable, en el exterior (que es donde debemos medir la luz), de esta forma, el circuito puede estar resguardado en el interior y la LDR en el exterior.

Quiero dejar claro que cuando hablo de 220/240v, también incluyo la tensión de 110/125v utilizada en muchos países.

3) Una tercera posibilidad sería hacer la caja hermética y a prueba de exteriores para situar ambas cosas (caja y LDR) en el exterior. En este caso podemos omitir la salida jack y el cable para la LDR y fijar dicha  LDR empotrada en la misma caja para tener un montaje completamente compacto.

Por esta razón la lista de componentes puede cambiar según cual de estas tres opciones prefiráis.  A continuación tenéis la lista para la primera opción, la más sencilla: Tanto el circuito como la LDR en interior, sin caja:


Fig 5. Componentes del interruptor crepuscular, desplegados

- 1 Circuito impreso virgen de una cara de 80mm 60mm

- R1 Resistencia 470K (amarillo, violeta, amarillo)
- R2 Potenciómetro lineal 10K
- R3 Resistencia 82K (gris, rojo, naranja)
- R4 Resistencia 82K (gris, rojo, naranja)
Las resistencias pueden ser de 1/4w

- LDR Cualquier tipo, una genérica

- C1 Condensador electrolítico 10µF / 16v 
- C2 Condensador electrolítico 470µF / 16v
- C3 Condensador electrolítico 100µF / 16v
Los tres electrolíticos también pueden ser de 25/50 voltios

- D1 Diodo rectificador de propósito general por ejemplo 1N4007
- T1 Transistor BC337 o cualquier NPN de tipo similar
- IC1 Circuito integrado 741 (µA741, LM741...)

- Opcional (Recomendado): Zócalo de 4+4 pines para IC1

- RL1 Relé con bobina de 12v y 1 contacto. El contacto puede ser de tres terminales (conmutador) o de dos terminales (interruptor). El relé usado en este montaje es de dos terminales, así que este relé tiene 4 terminales: Dos para la bobina y dos para el contacto.

- 3 Conectores PCB de dos vías:
Uno para alimentación de 12v, 
otro para la salida de corriente a los LEDs, 
y otro para la LDR.

- 4 LEDs de alto brillo



5. Hacer el PCB

También en esta ocasión recurriré al método del rotulador por ser un circuito sencillo. Obraré como de costumbre:

1) Diseño grosero en papel de las pistas y componentes no a escala
2) Diseño en papel "a limpio" ya a escala, en décimas de pulgada
3) Cortar y limpiar un trozo de PCB de tamaño adecuado
4) Marcamos los taladros en PCB con un punzón
5) Dibujamos pads y pistas con rotulador
6) Sometemos el PCB al atacado químico.
7) Limpiamos PCB
8) Terminamos de hacer los taladros
9) Comprobamos continuidad de las pistas
10) Serigrafía casera, opcional. Si queremos hacerla, ahora es el momento
11) Soldar los componentes en el PCB

Las siguientes fotos corresponden a algunas de las fases en la fabricación de este PCB:



Fig 6. Diseño "grosero"
Diseño "grosero"
Dibujo no a escala, para situar los componentes y resolver cruces de pistas. Para evitar el cruce de pistas está el recurso de dar un rodeo o mejor aún, pasar la pista por debajo de algún componente. Ejemplos:

R3 sirve de puente para una pista. También IC1 se sirve de sí mismo para permitir el paso de la pista que va a su pin 3.






Fig 7. Diseño a escala, real
Diseño a escala en papel cuadriculado. Para dibujar el circuito a tamaño real, teniendo en cuenta las dimensiones de los componentes. Si es necesario, pondremos sobre el papel los componentes para medir cuantos cuadros hay de distancia entre sus terminales (Tuve que hacerlo con el potenciómetro R2 y el relé).

No olvidar los márgenes de al menos 5 mm en cada costado.






Fig 8. Marcando los pads con un punzón
Marcar los PADs
Pegamos, bien centrado, el diseño al PCB previamente limpiado con alcohol. No olvidar voltear el diseño para evitar el efecto espejo.

Con un punzón vamos marcando la posición de cada pad. El pequeño relieve que se crea en el cobre nos ayudará a la hora de dibujar los PADs con el rotulador: Actuarán de guía.






Fig 9. Pistas ya hechas con el rotulador  permanente
Rotular el PCB
Con un  rotulador  permanente, primero dibujamos los PADs, después trazamos las pistas. 

Si hay un error, podemos borrarlo con alcohol y un bastoncito de algodón.

Se recomienda hacer al menos dos pasadas de rotulador dejando un minuto entre pasada y pasada.






Fig 10. Circuito después de ser tratado con ácidos
Atacado con ácido
Una vez que estamos SEGUROS que el diseño está libre de errores y no hemos olvidado nada, preparamos los productos químicos para someter el PCB al atacado, el cual hará desaparecer el cobre que no está protegido por el rotulador.









Fig 11. Comprobando continuidad en las pistas
Comprobar continuidad de las pistas
Dependiendo de nuestro esmero (y la suerte) las pistas pueden presentar discontinuidades casi invisibles. Es importante asegurarse que todas las pistas están OK, con el multímetro seleccionado en "continuidad".

Estañar las pistas es un medio de subsanar este defecto además de darles mayor conductividad y protección al paso del tiempo.




Fig 12. Serigrafía casera con rotulador permanente
Serigrafía (opcional)
Con un rotulador permanente fino, podemos marcar la posición de los componentes. Ayuda mucho en el montaje y, sobretodo, más tarde si tuviéramos que hacer alguna reparación.












Fig 13. Circuito con los componentes ya soldados
Insertar los componentes en el PCB y soldarlos. 
Prestaremos atención a aquéllos componentes que deben ir en una posición determinada, tal es el caso de los tres condensadores, diodo D1, transistor T1, circuito integrado, potenciómetro ajustable R2 y el relé.








Para ver este proceso de fabricación del PCB con más detalle, te recomiendo eches un vistazo al Tutorial de electrónica básica capítulo 15. Allí se hace una PCB explicando detenidamente cada una de las 11 etapas anteriores.



6. Colocar invento en belén


Fig 14. Belén con la instalación. El interruptor crepuscular está oculto en el pesebre. Por su techo, a la derecha asoma la LDR. También se pueden ver las cuatro farolas hechas con pajillas y cucharillas de plástico con un LED cada una.


Para colocar el invento en la maqueta (Belén) haremos llegar 12v a algún punto dentro de esa maqueta desde un alimentador 220v/12v. Uno de 4 w de potencia (0.3 Amp) es más que suficiente.

Conectamos los cuatro LED en serie a la salida del relé, al conector correspondiente. Conectamos los cables de la LDR en el conector del circuito y la posicionamos de modo que reciba luz del ambiente. Y, finalmente, conectamos el alimentador de 12 voltios al conector del circuito.


Es posible que necesitemos volver a ajustar R2 para que el encendido/apagado se realice en un nivel de luz a nuestro gusto. 


Fig 15. Belén con la iluminación artificial funcionando gracias al interruptor crepuscular


























7. El vídeo






9. Toda mi colección de vídeos de Youtube

En Youtube, una "lista de reproducción" es una colección de vídeos, normalmente de una misma temática. A continuación tienes mis listas de reproducción:












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miércoles, 25 de noviembre de 2015

INVERSOR 12V - 110/220V 600W Parte 1/2 Transformador



Mis redes sociales:
1. Presentación
2. El transformador es la parte problemática
3. Potencia de un trafo toroidal
4. Adquirir el transformador
5. CONSTRUCCIÓN DEL TRAFO
-  5.1. Trabajos previos en el núcleo
-  5.2. Herramienta para bobinar
-  5.3. Devanado primario (12 V - 50 amp)
-        5.3.1. Cálculo del número de espiras del primario 12V
-        5.3.2. Determinar la sección del hilo de cobre
-        5.3.3. Determinar los metros de hilo necesario
-        5.3.4. Bobinado del primario
-  5.4. Finalización del trafo
6. Prueba final del trafo
7. Sujeción del trafo
8. Ficha técnica resumen de este trafo
9. El vídeo
10. Otros vídeos que te pueden interesar
11. Toda mi colección de vídeos de Youtube



1. Presentación

Me hubiera gustado hacer este trabajo en una sola entrega, un único vídeo, un único post en este blog, pero creo que sería demasiado extenso. Mejor, lo voy a dividir en dos partes, en dos vídeos:

1) Ésta, donde nos ocuparemos del transformador, porque lo vamos a hacer nosotros, veremos porqué, y cómo.


Por cierto, en adelante, para referirme al transformador usaré la abreviatura "Trafo", nombre con el que también se les designa.

Un inversor tiene la tarea de convertir la corriente continua en corriente alterna, normalmente ofreciendo un mayor voltaje a la salida. Los hay de muchos tipos y potencias, desde minúsculos circuitos por ejemplo los que llevan las cámaras de fotos para proporcionar los 300 voltios necesarios para cargar el condensador del flash (y eso lo hacen a partir de dos pilas de voltio y medio). También las raquetas matamoscas están basadas en un inversor pequeño.

También están los inversores que manejan una potencia más bien elevada, como el que vamos a montar en este proyecto de 600 W. La aplicación típica de uno de estos inversores es obtener 220/125 voltios de corriente alterna a partir de 12/24 voltios de una o varias baterías. El uso que se les da es poder utilizar electrodomésticos de 220/125 voltios a bordo de un barco, en el camping, en el coche y sobretodo, para electrificar una casa con la energía obtenida mediante eólica y/o solar. Los paneles solares y la turbina eólica cargan baterías, y éstas alimentan al inversor que suministra 220/125 V a la casa.

Para los que empiezan con la electrónica diré que no se puede usar un simple transformador para convertir los 12 voltios de una batería en 220 voltios. La razón: Un transformador sólo funciona con corriente alterna, y la que proporciona una batería es continua. Si se conecta una batería a un transformador se producirá un cortocircuito que puede terminar en fuego en el transformador y la batería reventada. Por eso, la manera correcta de hacerlo es conectar a la batería un circuito (llamado inversor) que convierte la corriente continua en alterna (es como un oscilador de potencia) y esa alterna que devuelve el inversor ahora sí se puede aplicar a un transformador elevador para que la suba a 220 o 125 voltios.


Fig 1. Esquema en bloques de un inversor típico para obtener 220/125 voltios a partir de baterías



Las prestaciones de este inversor serán:
- Tensión de entrada: 12 voltios continua (pero puedes elegir 24, 36 y 48V)
- Tensión de salida: A elegir entre 125 y 220 voltios
- Potencia máxima: 600 W
- Tipo de onda: Senoidal modificada
- Regulador automático de tensión
- Función de alarma y desconexión contra batería baja
- Ventilador refrigerador interno
- Uso de Mosfets de muy baja resistencia interna
- El Trafo es de 600W, pero el circuito soportaría más de 1000 W



2. El Transformador es la parte problemática

Si de verdad queremos hacer un inversor de 600 W no podemos usar un transformador del tamaño de un puño o menor. Los transformadores, cuando son de potencia, son voluminosos y pesados.


Fig 2. Y hay quienes pretenden hacer un inversor "de 500 ó 1000W" 
usando este pequeño transformador que apenas rinde 50W...

He visto algunos tutoriales de inversores que aseguran potencias de 500W o incluso más, usando pequeños transformadores con un devanado primario de 12 voltios... ¡¡tasados con un máximo de 4 amperios!!. 

Eso es imposible porque: 12 volt x 4 amp = 48 W... y no 500 W








Magufos everywhere... Así que no podemos usar un trafo pequeño para obtener potencias elevadas.

Fig 3. Transformador de microondas de casi 1000W... a 220 voltios
Un trafo de horno microondas tampoco es buena opción para hacer un inversor (a no ser que lo desmontes, le quites los bobinados y les pongas nuevos bobinados de mas sección). 

Estos trafos pueden aguantar casi 1000 W, pero a 220 Voltios. De modo que por su primario pasan 4 amperios x 220 volt = casi 1000 W. 





Y esto es algo que al fabricante no se le pasa por alto: Si van a pasar 4 amperios, el hilo estará dimensionado para 4 amperios... no para 50.

Pero nosotros no vamos a poner 220 voltios sino los 12 procedentes de las baterías (aunque convertida en alterna por el circuito inversor, serán 12 voltios). ¿Qué intensidad es necesaria para obtener no 1000 sino 600 W? Pues ni más ni menos que 50 amperios, muchos más que los 4 para los que está diseñado el primario de un trafo microondas. De modo que ese trafo microondas rendirá 12 voltios x 4 amperios  = 48 watios.

Y es que no es lo mismo trabajar a 220 voltios que a 12...

La verdad, montar semejante fregado de desmontar un trafo de microondas y quitarle los bobinados, hacerle bobinados nuevos y todo eso con un trafo que además es sumamente pesado no sé si merecerá la pena. Pienso que es mejor partir desde cero y dimensionar al milímetro nuestro propio trafo, pero ya que lo haremos desde cero, elegiremos el tipo toroidal, que tiene las siguientes ventajas:

- Tiene menor tamaño y peso a igualdad de potencia
- Se calienta menos
- Es más eficiente
- Más fácil de construir

Así que está claro: Haremos nuestro propio trafo toroidal, a la medida.

Fig 4. Trafo toroidal sin la cubierta protectora mostrando los bobinados




3. Potencia de un trafo toroidal

La potencia de un trafo toroidal es muy sencilla de calcular:







La potencia (en vatios) es igual al cuadrado del área de la sección transversal del núcleo (en centímetros cuadrados). En el vídeo cometí un error de concepto al decir: "Area total", cuando debería haber dicho: "área de la sección transversal". Pero este desliz no quita validez a la fórmula siguiente ni al presente trabajo. Todos los planteamientos siguen siendo correctos.

Para calcular ese área en un núcleo toroidal tenemos esta fórmula:







Fig 5. Hallar la potencia de un núcleo toroidal
En donde, (siempre en centímetros):

D = Diámetro externo
d = diámetro interno                   
a = Altura

(Ver figura 5 a la derecha)

Se puede comprobar que el tamaño de núcleo toroidal necesario para obtener potencias del orden de 500-600 W es de aproximadamente:

- diámetro externo de unos 13 cms 
- una altura de al menos 7 cms
El diámetro interno suele ser función del externo.




En mi caso, el núcleo tiene estas medidas:
-  D = 13 cms
-  d = 6 cms
-  a = 7 cms

En la figura 5 se hacen los cálculos y se obtiene un valor de potencia de 600W que coincide exactamente con la etiqueta que lleva el transformador.

No importa si consigues un núcleo un poco más grande o un poco más pequeño. Simplemente tendrás más o menos potencia en el inversor, habrá que conformarse, pero las instrucciones de montaje que vienen a continuación te van a servir exactamente igual. Haré las distinciones en su momento.



4. Adquirir el núcleo toroidal (o un trafo toroidal)

Una cosa que me ha extrañado mucho es que es fácil conseguir núcleos de ferrita pequeños o incluso medianos, pero NADIE vende núcleos de ferrita grandes. La única manera de conseguir uno es comprando el correspondiente transformador y, claro, no es plan, pues un trafo toroidal (o de cualquier tipo) que maneje 500-600W vale 150 euros como poco. Mucho más barato sería el núcleo sólo, que no lleva el cobre ni el trabajo de bobinarlo, pero ya digo que ni por Internet encontré quien los venda.

Así que, tenemos dos opciones: Conseguirlo de la chatarra (los amplificadores de potencia de calidad suelen llevarlo) o también podemos recurrir al mercado de segunda mano. Yo compré el mío en una página de anuncios. Un chico de Madrid decía que no le cabía donde él tenía pensado usarlo, así que quería deshacerse de él. Me salió baratísimo incluyendo el porte. Me vino como anillo al dedo ese anuncio.

Os recuerdo que, para que un toroide pueda rendir unos 500-600W tiene que tener unas medidas mínimas, del orden de 13 cms de diámetro externo y unos 7 cms de altura. Basta con reducir 1 ó 2 centímetros ambas medidas para que la potencia baje a la mitad (medidas y potencia no son proporcionales: Si reduces las medidas a la mitad, la potencia no será la mitad sino ¡¡dieciséis veces menos!!). Para potencias de 600W hablamos de un núcleo que puede pesar fácilmente cuatro Kg, pero recuerda que un trafo toroidal siempre será mas pequeño y liviano que uno convencional.



5. CONSTRUIR EL TRANSFORMADOR

Después de analizar las distintas posibilidades, me aclaro que los transformadores toroidales que podamos conseguir (nuevos o de segunda mano) nos valen... parcialmente.

SÍ NOS VALE ESTO:

Esos transformadores toroidales tienen un devanado a 220 voltios (o 125 según el caso). ESTE BOBINADO LO VAMOS A APROVECHAR TAL Y COMO ESTÁ. Ese bobinado es sin toma central, sencillo. Tendrá un hilo de sección correcta para nuestro propósito. Sería una tontería deshacer ese bobinado para volverlo a hacer. Aquí tenemos una ventaja y un inconveniente: La ventaja es que nos vamos a ahorrar de hacer dicho bobinado, y la desventaja es que me hubiera gustado hacer íntegramente ambos devanados: El primario y el secundario, con  lo cual este vídeo también sería un tutorial completo de construcción de transformadores,

NO NOS VALE ESTO:

No se puede decir lo mismo del devanado secundario, o mejor dicho, secundarios, (porque suelen llevar varios), con o sin toma central, y a voltajes distintos (a menudo mayores) que 12 voltios. Aún en caso de hubiera alguno a 12 voltios, lo más probable es que no tenga toma central y nosotros necesitamos toma central.

Así que, ahora sí, toca que nosotros hagamos ese devanado de 12 voltios con toma central, para lo cual primero tenemos que deshacer los bobinados secundarios que tuviese el transformador y dejar sólo el bobinado de 220/125 voltios, que ése sí nos vale.


-  5.1 TRABAJOS PREVIOS EN EL NÚCLEO

Como ya comenté justo antes, quitamos el o los secundarios que tuviese este transformador. Típicamente son de 12, 18, 35, 50, 60 y a veces más voltios.

Para eso, retiramos con cuidado la envoltura plástica que los protege y comenzamos a desbobinar cada secundario, con cuidado de no afectar al bobinado de 220/125 voltios que, repito, sí nos vale.


Fig 6. Primero quitamos la envoltura de plástico protectora, después, el cobre de los bobinados secundarios

El hilo de cobre retirado puede guardarse para usos futuros.

Una vez hayamos retirado todos los bobinados secundarios el trafo quedará más o menos así:


Fig 7. Núcleo sin los secundarios, sólo tiene el bobinado de 220/125,
no visible porque está bajo la cubierta protectora  plateada.


-  5.2 HERRAMIENTA PARA BOBINAR

Dentro de lo fácil que resulta hacer uno de estos trafos, la dificultad consiste en bobinarlos, especialmente si el bobinado tiene muchas vueltas. Para poder ir pasando el hilo como si de una lanzadera se tratase, haremos una herramienta en madera con las siguientes medidas:


Fig 8. Herramienta en madera para bobinar transformadores toroidales

Un extremo del hilo a bobinar se pasa por alguno de los orificios macados como "0", y a continuación se enrollan sobre la herramienta los metros necesarios de hilo a bobinar. Como esta herramienta mide 25 centímetros justos, cada dos vueltas será -más o menos- un metro de hilo. De esta manera llevaremos la cuenta de los metros enrollados.


-  5.3. DEVANADO PRIMARIO

En un transformador toroidal se le suele llamar primario al devanado de 220/125 voltios, pero aquí en nuestro inversor será al revés. El primario será el de baja tensión (12 voltios en nuestro caso), mientras que el devanado secundario será será el de 220/125 voltios. Este detalle es importante para no confundirse en lo sucesivo en este montaje.


Fig 9. Trafo con primario de 6+6 y toma central
Este devanado primario es el que recibirá la corriente de 12 voltios ya convertida en alterna por el circuito inversor. Sólo son 12 voltios... pero hasta a 50 amperios, según el consumo que hagamos. En la figura 9 vemos en el esquema dónde está situado el transformador así como el primario.

Se aprecia en el esquema que es un devanado con toma central, es decir, de este devanado saldrán tres cables y no dos. 




-  5.3.1. Cálculo del número de vueltas o espiras del primario 12V

Hay que averiguar cuántas vueltas o espiras de cobre tenemos que hacer sobre el anillo para conseguir esos 12 voltios.

Para eso vamos a hacer un bobinado de prueba de tan sólo 10 espiras, con hilo de cobre de cualquier sección. Tampoco es necesario que lo hagamos con toma central por sencillez ya que este bobinado lo desharemos una vez hecha la prueba (No importa la sección del cable de este bobinado de prueba porque sólo vamos a medir voltaje, no intensidad, así que no circulará apenas corriente.

Ahora conectamos el bobinado de 220/125 voltios a la red de 220/125. Y medimos con un polímetro fiable qué tensión obtenemos en el bobinado de prueba de 10 espiras. Yo obtuve el valor 4.60 voltios.


Fig 10. Bobinado de prueba de 10 espiras, genera 4.60 voltios.


Para calcular el número exacto de vueltas para 12 voltios (o cualquier otra tensión como 24, 36 y 48 voltios) aplicamos una regla de tres sencilla ya que el número de vueltas y la tensión obtenida están relacionadas de manera lineal:

Si obtengo 4.60 voltios con 10 vueltas
Para obtener 12 voltios necesitaré X vueltas

Resolvemos "X" en la  regla de tres anterior: X = 12 * 10 / 4.60 = 26.08
Redondeando: 26 espiras.

Si quisiéramos hacer un inversor para trabajar con 24 voltios en lugar de doce, la regla de tres sería:

Si obtengo 4.60 voltios con 10 vueltas
Para obtener 24 voltios necesitaré X vueltas

Despejando X = 24 * 10 / 4.60 = 52.16, redondeando: 52 espiras, el doble que en el caso de 12 voltios ya que la tensión también es el doble.

Siguiendo con nuestra elección de 12 voltios daremos 26 vueltas para hacer el bobinado primario, pero en este bobinado tenemos una excepción: Tiene una toma central. ¿Cómo hacemos esa toma central? Lo veremos más adelante en los puntos 5.3.3 y 5.3.4.


-  5.3.2. Determinar la sección del hilo de cobre

Por este bobinado pueden llegar a pasar hasta 50 amperios si al inversor se le piden los 600W que puede entregar. La justificación es la siguiente:


Potencia = Tensión * Intensidad

Si despejamos la intensidad:

Intensidad = Potencia / Tensión

Sustituyendo valores: Intensidad = 600W / 12 V = 50 amperios.


Está claro que habrá que usar un cable de sección adecuada o de lo contrario se calentará excesivamente (si es muy fino) o desperdiciaremos cobre (si es demasiado grueso). Otra consecuencia de usar cable demasiado fino es que no circulará la corriente esperada por presentar el devanado mucha resistencia eléctrica.

En la siguiente tabla de la fig.11 tenemos los valores para distintos diámetros de hilo de cobre. Los valores que nos interesan son:

- Grosor: Sección o diámetro del hilo
- Intensidad máxima admisible para ese grosor


Fig 11. Tabla de grosores de cable y la intensidad soportada













































En esta tabla vemos que los diámetros entre 3.6 mm y 4.1 mm nos permiten una intensidad media de 50 amperios aproximadamente, por lo que elegiremos esa sección. Si no encontramos cable de ese diámetro usaremos la inmediata superior, no la inferior.

NOTA: Si hubiésemos elegido la opción de hacer un primario para 24 voltios, pasará la mitad de intensidad (25 amp en lugar de 50), así que elegiríamos el diámetro de cable para esa intensidad, que resulta ser de unos 2,5 mm.

Después de visitar varios talleres y establecimientos donde se dedican a bobinar, el mayor diámetro de hilo que encuentro es de 2.2 mm de diámetro y aún me dicen que es el más grueso que tienen, que lo gastan muy poco, etc, es decir, lo he conseguido "por los pelos", por lo que es previsible que el diámetro 3.6 - 4.1 mm será harto difícil encontrarlo. Un diámetro de 2.2 mm puede estar bien para 15-20 amperios, pero para 50 amperios se queda decididamente corto.

Si este también es tu caso usaremos un truco: Es difícil encontrar cable de cobre esmaltado para bobinar de diámetro 3.5 mm (y no digamos ya de 4.1 mm), pero sí es bastante fácil conseguir cable tipo normal de bastante sección para instalaciones eléctricas, que también viene aislado si bien no con esmalte pero sí con camisa de plástico. De acuerdo en que este aislamiento abulta bastante más que el esmalte, pero a fin de cuentas tenemos que poner pocas vueltas de hilo (26 en mi caso), así que tampoco será para tanto. Este tipo de cable lo podemos conseguir en distribuidores de material eléctrico o comprarlo por metros directamente a un electricista en caso de que en la tienda nos obliguen a comprarlo en carretes grandes.

El cable que yo elegí tiene estas medidas:
Diámetro externo del cable, incluyendo camisa aislante: 5 mm
Diámetro externo del cable, sólo el cobre: 3.4 mm
Por estas latitudes a este cable lo denominan "cable del seis".

Con esto nos vamos al mínimo requerido para que circulen 50 amperios según la tabla anterior. Cuanto más grueso el cable mejor, pero también es mucho más difícil de bobinarlo, y más caro.

...Y asunto solucionado.


-  5.3.3. Determinar los metros de hilo necesarios para el primario

Ya vimos en 5.3.1 cuántas vueltas o espiras hemos de dar al primario, que resultaron ser 26. Para facilitar las cosas (ya veréis porqué) vamos a determinar cuántos metros de hilo son necesarios. 


Fig 12.  Midiendo con cinta flexible la longitud de una espira

Medimos (con un metro flexible, fig 12) lo que mide una vuelta en el anillo del trafo. En mi caso da 19 cms. Como hay que dar 26 vueltas, la longitud total será de 26 * 19 = 494 cms. Lo pasamos a metros dividiendo por 100 = 4,94 metros. Conviene no quedarse corto y añadir medio metro más al resultado final anterior. Es mejor que nos sobre algo de cobre a que falte (tendríamos que repetir el bobinado). Además,hay que prever dejar al menos 7 cms de cable en cada extremo para que sirvan de conexión en el trafo.

Resumiendo: Unos 5,5 metros de cable para hacer el primario de 12V


-  5.3.4. Bobinado del primario

Según el siguiente dibujo de la figura 13 vemos dos tipos de bobinado, uno sencillo y uno con toma central. El que nosotros necesitamos es con toma central, pero de todos modos diré como hacer ambos bobinados, por si alguna vez necesitáis bobinar un devanado sencillo sin toma central.


Fig 13. Bobinado sencillo y bobinado con toma central


a) SENCILLO, SIN TOMA CENTRAL:
Ponemos la longitud de hilo en la herramienta de bobinar y bobinamos, tal y como hicimos el devanado de prueba de 10 espiras. Quedarán dos terminales: El del inicio del bobinado y el del final. Esos serán los terminales de ese devanado. No tiene más complicación.

b) CON TOMA CENTRAL
Aquí es un poquito más laborioso.
En lugar de bobinar las 26 vueltas de cable, bobinaremos la mitad: 13 vueltas, pero con hilo doble. Es decir, cortamos el cable a bobinar en dos trozos iguales. Si la longitud era de 5,5 metros ahora tendremos dos trozos de 2,75 metros. 

Unimos ambos trozos de cable (pero no eléctricamente, es decir, NO los soldamos, simplemente los ponemos juntos, en paralelo). Si es necesario pondremos un poco de cinta adhesiva o aislante cada palmo más o menos para mantenerlos juntos y que no se separen.

Ahora ponemos esos 2,75 metros en la herramienta de bobinar (o lo bobinamos sin esa herramienta ya que son pocas vueltas y el largo del cable es reducido). La verdad, la lanzadera la veo mas útil para bobinados de mas vueltas y con cable mas fino. Yo lo hice sin lanzadera. 

Fijamos con cinta adhesiva un extremo del cable doble al núcleo del transformador dejando al menos 5 cms que servirán como terminales y comenzamos a bobinar las 13 vueltas. Hago hincapié en que las 13 vueltas son en mi caso. Si utilizas otro tamaño de núcleo tendrás números distintos aunque la diferencia será pequeña.

Una vez hecha la última vuelta fijamos con cinta adhesiva el extremo final del doble cable al núcleo, tal y como hicimos con el otro extremo inicial del cable. Cortamos el cable que pueda sobrar pero dejando también unos 5-7 cms para que sirva de terminal.

Ahora tenemos cuatro cables y no dos: Dos en el extremo donde iniciamos el bobinado, y otros dos en el extremo final del bobinado.

La toma central la vamos a crear uniendo eléctricamente un cable del extremo inicial con un cable del extremo final. Pero hay cuatro combinaciones posibles, ¿Valen las cuatro?

No.

Debemos elegir dos cables que, medidos con el polímetro nos den resistencia infinita. De las cuatro combinaciones posibles, dos son correctas (resistencia infinita) y dos son incorrectas (resistencia cero).



Fig 14. Elegir cualquiera de las 4 combinaciones que den INFINITO en ohmios

Una vez hecho esto tendremos los tres terminales que debe tener ese devanado: El central y los dos extremos. Entre ambos extremos habrán 12 voltios y entre la toma central y cada uno de los extremos habrán 6 voltios. 

Recuerdo que aunque estamos probando este transformador poniendo 220 voltios en su bobinado de 220 para obtener 12 voltios en el otro bobinado, el uso real de este transformador en el inversor será al revés:

Pondremos 12 voltios AC en el bobinado de 12 voltios para obtener 220 voltios en el bobinado de 220 voltios... o 125 voltios si ése es tu caso.

Los transformadores son reversibles y funcionan en ambos sentidos.

Por supuesto, siempre hablando de corriente alterna.


-  5.4. FINALIZACIÓN DEL TRAFO

Si no lo hemos hecho ya: Los extremos de los cinco cables que forman los dos bobinados los estañamos. A estos extremos no voy a añadirle conectores ya que, cuando pongamos este trafo en el inversor, es mejor que vayan soldados para minimizar las pérdidas.



6. Prueba del trafo

Aplicamos la tensión de red que corresponda (220 ó 125 voltios) al bobinado de alta, y medimos la tensión obtenida en ambos extremos del bobinado de baja. Deberíamos obtener 12 voltios (Fig 15). Si cambiamos una de las puntas de prueba del polímetro y la ponemos en la toma central, la tensión debería ser la mitad: Unos 6 voltios.


Fig 15. Prueba (tensión) del transformador ya terminado, con resultado satisfactorio.























No es necesaria la complicación de medir la intensidad máxima tal y como se muestra en el vídeo con el montaje de las doce lámparas halógenas (fig 16). Eso lo hice sólo para demostrar que la máxima intensidad será entregada si se le pide (Siempre y cuando hayas utilizado un hilo de al menos 3.4 mm de diámetro para hacer el devanado de doce voltios).

Fig 16. Montaje con 12 lámparas halógenas (600W) para comprobar que el trafo entrega 50 amperios (OK)

























7. Sujeción del trafo

Fig 17. Herrajes para sujetar el transformador toroidal
Semejante transformador que acabamos de fabricar debe tener algún sistema de sujeción. 

Lo veremos en el siguiente vídeo, en donde fijaremos este trafo en la caja, pero adelanto que se fija con unos herrajes mostrados en la foto de la izquierda, fig. 17:






8. Ficha técnica resumen de este trafo

Recomiendo hacer una especie de ficha resumen con TODOS los parámetros de este trafo, y guardarla. Puede sernos muy útil en el futuro, y también nos ayudará mientras lo construimos, no conviene fiarse de la memoria, nos puede jugar una mala pasada. Os paso los parámetros que obtuve, los tuyos pueden diferir un poco si el tamaño del núcleo que eliges no es el mismo que el mío.

Fig 18. Tabla resumen con los valores de este transformador


































9. El vídeo





10. Otros vídeos que te pueden interesar

La segunda parte de este proyecto que trata sobre el circuito electrónico y la caja para contener todos los dispositivos de este inversor, está en este vídeo:





Otro inversor, esta vez de menos prestaciones, es el que se muestra a continuación. Como experimental puede estar bien debido a su extrema sencillez.





...Y ya que va de transformadores la cosa, este es el capítulo 13 del Tutorial de electrónica básica, que trata de...  los transformadores.






11. Toda mi colección de vídeos de Youtube

En Youtube, una "lista de reproducción" es una colección de vídeos, normalmente de una misma temática. A continuación tienes mis listas de reproducción:











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