Головна » Будинок та ділянка » Інвертори 12 220в 3000Вт своїми руками. Висока напруга і не лише. Радіосхеми початківцям для самостійного складання

Інвертори 12 220в 3000Вт своїми руками. Висока напруга і не лише. Радіосхеми початківцям для самостійного складання

Інвертори 12-220 Вольт необхідні живлення техніки, якщо немає можливості зробити підведення побутової мережі. Особливість пристрою полягає в тому, що з його допомогою можна перетворити постійну напругу 12 В на змінну 220 В. Буквально кілька десятиліть тому таке здавалося практично немислимим, але сьогодні, коли існує величезна елементна база, не важко зробити такий перетворювач.

Потужність інвертора

Використовувати автомобільний інвертор 12-220 можна під час подорожей. Будь-яка побутова техніка зможе працювати навіть у польових умовах. Ось тільки максимально допустиме навантаження невелике - кілька сотень Ват. Найпотужніші прилади дозволяють проводити підключення навантаження потужністю 2-3 кВт, але акумуляторна батарея швидко сяде. Типи навантажень із споживання струму:

Реактивна – частково споживається енергія, що отримується від джерела живлення.
Активна – енергія споживається по максимуму.

Якщо ви точно знаєте, яке навантаження підключатимете до інвертора то зробити розрахунок максимальної потужності не складе великої праці. Допустимо, ви плануєте підключати до приладу навантаження з максимальною потужністю 300 Ватт. Потужність самого інвертора має бути приблизно на 25% більшою - такого запасу цілком достатньо. Тому для задоволення потреб потрібен інвертор з потужністю 375 Вт. Але такої ви не знайдете у продажу. Тому потрібно вибрати пристрій потужністю 400 Вт - найближчий за значенням.

Де можна використовувати ці пристрої?

Найпростіший тип інвертора напруги 12-220 Вольт – це джерела безперебійного живлення, що використовуються в комп'ютерній техніці. Але вони мають один великий недолік - мала потужність, акумулятора вистачає ненадовго. А якщо в побуті використовується пристрій у парі з міні-електростанцією (навіть вітряного типу), стабільне харчування забезпечене. Зазвичай інвертори можна зустріти у таких конструкціях:

Охоронні сигналізації.
Котли опалення.
Насосні станції.
Комп'ютерні сервери та інші системи.

Іншими словами, вони застосовуються там, де необхідна постійно наявність мережі живлення 220 Вольт. Побутові стабілізатори напруги – це не що інше, як інвертори. Тільки в них перетворюється змінна напруга на постійну, стабілізується, після чого знову підвищується до 220 Вольт. Причому за допомогою електричних напівпровідникових ключів та ШІМ-модулятора виходить досягти практично ідеальної синусоїди.

Особливості роботи конструкції

Інвертори 12-220 Вольт використовуються досить широко. Пересічні автомобілісти використовують їх як джерело живлення при далеких поїздках. Елементарно можна включити електричну бритву, фен, телевізор, навіть закип'ятити чайник. Щоправда, швидко посадять акумулятор. Тому краще використовувати пристрої для живлення приладів першої необхідності та освітлення.

Найпростіші саморобні інвертори 12-220 В можна виготовити з кількох силових транзисторів та мультивібратора. Експлуатація приладу може відбуватися навіть за сильного морозу. А ось для спеки необхідно передбачити додаткове охолодження, інакше транзистори вийдуть із ладу. Простий кулер від персонального комп'ютера достатньо встановити радіатор охолодження напівпровідникових силових транзисторів.

Найпростіший саморобний інвертор

Майже всі інвертори, які є у продажу, працюють за допомогою використання струму високої частоти. Класичні схеми, які виготовлялися з урахуванням трансформаторів, повністю забуті, їх замінили імпульсні конструкції.

На основі однієї мікросхеми К561ТМ2, що складається з двох D-тригерів, можна виготовити найпростіший тракт для інвертора. Схема складається з генератора, що задає, роль якого виконує DD1, а також дільника частоти, виготовленого на тригері DD1.2.

Силові транзистори типу КТ827 чи КТ819 використовуються для перетворення напруги. Дуже добрі результати показують польові транзистори типу IRFZ44. За допомогою генератора, що задає, виробляється синусоїда, яка необхідна для нормальної роботи конструкції.

Особливості роботи інвертора

Щоб отримати контур 50 Гц, необхідно використовувати вторинну обмотку і паралельно з'єднані з нею електролітичні конденсатори та елемент навантаження. Коли на вихід не підключено навантаження, схема не працює. Як тільки ви підключите якийсь споживач, інвертор почне перетворювати напругу 12 в 220 Вольт.

Синусоїда на виході далеко до ідеалу. Це величезний недолік подібної схеми. Щоб збільшити потужність, необхідно застосовувати більш дорогі та ефективні типи транзисторів. Зверніть увагу на електролітичний конденсатор, підключений до виходу. Він має бути розрахований на мінімальну напругу 250 В. Буде краще, якщо це значення буде вищим за 300 В.

Пристрої на сучасній елементній базі

Такі схеми можна використовувати для живлення побутових приладів, ламп денного світла і т.д. У конструкції силові транзистори типу КТ819ГМ монтуються на радіаторі з великою площею, щоб покращити охолодження. Схема містить генератор, що задає, на логічному елементі КР121ЕУ1, за аналогією, як і в розглянутому вище випадку, а також непогано працюють польові транзистори IRL2505.

Вибір на мікросхему КР12116У1 упав не випадково - в ній є двоканальне регулювання силових ключів. Тому для простих конструкцій вона підходить ідеально. Від пасивних елементів, що використовуються в ланцюгу, залежить частота, яку вироблятиме генератор, що задає. За допомогою сигналу від генератора проводиться відкривання та замикання напівпровідників.

Коли канали в транзисторах відкриті, то опір всього 0,008 Ом - це дуже мало. Отже, можна використовувати транзистори з невеликою потужністю. Наприклад, якщо на виході встановлено трансформатор, у якого потужність 100 Вт, транзисторами в нормальному режимі протікатиме струм близько 104 А. В імпульсному режимі пікове значення може становити 350-360 Ампер.

Готові плати для збирання інверторів

У продажу можна зустріти готові модулі. Вони є платами, на яких встановлені:

Трансформатори.
Напівпровідникові силові ключі.
Радіатор.
Пасивні елементи.
Пристрої захисного вимкнення, запобіжники.

Такий інвертор 12 в 220 чистий синус на виході видасть, тому що він виготовляється на сучасній. Вартість готових блоків немаленька. Найменший обійдеться не менше ніж у 300-350 рублів, і то це оптова ціна. Чим вища потужність приладу, тим більша його вартість.

Але перш ніж використовувати такі пристрої, необхідно знайти потрібний корпус. Монтаж плати потрібно проводити таким чином, щоб внутрішній простір добре охолоджувався. Бажано зробити додаткове примусове охолодження за допомогою кулера від персонального комп'ютера. Інвертор 12-220, схема якого наведена вище, також має бути змонтований у надійному корпусі. Головне, щоб випадково не торкнулися високовольтних висновків.

Безперебійнику друге життя!

Якщо у вас є «зайвий» безперебійник, у якого села батарея, його можна ще оживити. Для цього потрібно зробити невеликі зміни:

Прибрати старий акумулятор.
Припаяти нові дроти для підключення до акумулятора 12 Вольт.
На краях дротів встановити клеми для з'єднання з автомобільним АКБ. Якщо пристрій використовуватиметься в машині, можна зробити живлення від прикурювача. Але небажано так чинити - велика потужність пристрою викликає надмірне нагрівання проводів.

Щоб підключати побутову техніку до джерела безперебійного живлення, потрібно зробити розетки. Найпростіше зі старого мережевого фільтра та відрізка дроту зі штекером зробити переноску, в яку і включатиметься вся техніка.

Особливості конструкції на основі безперебійника

З хорошим акумулятором ємністю 55 А/год подібна конструкція може доби підтримувати нормальну температуру в інкубаторі на 100 яєць, наприклад. Будь-який фермер знає, наскільки страшним є переохолодження для інкубаторів. Щоправда, потужність такого приладу невелика, кондиціонер або холодильник не зможуть нормально працювати.

Один недолік у подібної конструкції – стандартна схема не зможе повністю зарядити автомобільний акумулятор. Тому коли батарея повністю сяде, необхідно ставити її на зарядку від нормального пристрою, що видає струм понад 5-6 Ампер.

Саморобний потужний інвертор

Щоб виготовити інвертор 12 в 220 3000Вт своїми руками, вам знадобиться знання основ електротехніки, навички в монтажі. Прийде виготовити кілька специфічних елементів. Один із них – це імпульсний трансформатор. З його допомогою виробляється підвищення напруги з 12 до 220 Вольт. Також потрібно обзавестися кількома дорогими елементами. Вони перераховані нижче:

ШИМ-модулятор. Необхідний для роботи напівпровідникових ключів. З його допомогою визначається частота роботи всієї схеми. Потрібно відзначити, що частота перемикань силових ключів – кілька десятків тисяч разів на секунду.
Напівпровідникові транзистори, що працюють як силові ключі, дозволяють не тільки посилити сигнал, але і зробити комутацію. Вони відкриваються і закриваються, а в парі з ШІМ-модулятор створюють практично чисту синусоїду.
Алюмінієві радіатори з великою площею поверхні. Чим вище потужність пристрою, тим більша площа радіатора необхідна.
Фольгований матеріал, на якому виконується монтаж всіх елементів. За бажання, звичайно, можна виконати навісний монтаж, але він займе дуже багато місця. Такий саморобний інвертор 12-220 своїми руками можна зробити за кілька хвилин, але користуватися ним буде небезпечно, якщо не вжити заходів.
Пасивні елементи – резистори, конденсатори.
З'єднувальні дроти.

При виготовленні пристрою може знадобитися кілька електромагнітних реле для проведення комутації. До речі, можна вирішити, що замість силових ключів допустимо використання простих електромагнітних реле. Є тільки одне але – швидкість комутації дуже висока (40-60 тис. спрацьовувань за секунду). Тому електромеханічні пристрої не справляються з таким завданням.

Готові інвертори

Якщо не бажаєте робити інвертор 12 в 220 3000Вт своїми руками, можна придбати готовий виріб у гарному корпусі, з масою роз'ємів для підключення приладів. Але ціна аж надто кусається. Найдешевший, потужність якого ледве сягає 50 Вт, ви зможете купити за 800-1000 рублів. І вистачить його максимум для заряджання акумулятора ноутбука чи живлення кількох світлодіодних ламп освітлення. Електричний фен або плойку не підключити до такого пристрою.

Більш потужні пристрої (понад 2000 Вт) мають ціну і відповідну. Найдешевший інвертор 12-220 В коштуватиме 3000-5000 рублів. Але все залежить від виробника. Якісні, багатофункціональні прилади виробництва відомих фірм можуть мати вартість понад 20000 рублів. Саме тому люди, які більш-менш знаються на електротехніці, воліють робити інвертор 12-220 своїми руками. Благо елементи для виготовлення можна знайти у найпростішому блоці живлення персонального комп'ютера.

Принципова схема інвертора 12-220 на TL494

В даному інверторі використовується готовий високочастотний понижувальний трансформатор з БП комп'ютера, але в нашому перетворювачі він навпаки стане підвищуючим. Цей трансформатор можна взяти як з AT, так і з ATX. Зазвичай, такі трансформатори відрізняються лише габаритами, які розташування висновків збігається. Вбитий блок живлення (або трансформатор із нього) можна пошукати в будь-якій майстерні з ремонту комп'ютерів.

Якщо ви такого трансформатора не знайдете, можна спробувати намотати вручну (якщо вистачить терпіння). Ось який трансформатор використав у своєму варіанті:

Транзистори обов'язково потрібно поставити на радіатор, інакше вони можуть перегрітися та вийти з ладу.

Використовував алюмінієвий радіатор із напівпровідникового радянського телевізора. Цей радіатор не зовсім підійшов за розміром до транзисторів, але іншого варіанта я не мав.

Також бажано заізолювати всі високовольтні висновки даного інвертора і краще зібрати все в корпус, адже якщо цього не зробити, може випадково статися коротке замикання або просто торкнутися високовольтного виводу, що буде дуже неприємно.

Будьте обережні! На виході схеми висока напруга дуже серйозно може вдарити.

Я використав корпус від блока живлення ноутбука. Він добре підійшов за розмірами.

Ну і звичайно ж інвертор у дії:

Всім удачі, Кирило.

Для підключення електричного приладу до домашньої мережі вистачить одного мережевого фільтра або блоку безперебійного живлення. Ці прилади убережуть техніку від стрибків напруги. Але як бути у разі сильного провисання напруги в мережі, або в тому випадку, якщо електромережа передбачає використання вищого мулу низького вольтажу. Для таких ситуацій можна зібрати саморобний перетворювач електричного струму із 12В на 220В. Щоб зробити це, необхідно розібратися в базових принципах роботи даного пристрою.

Перетворювачем називають пристрій, який здатний підвищувати або знижувати напругу електричного кола. Так можна змінити вольтаж ланцюга з 220В на 380В, і навпаки. Розглянемо принцип побудови перетворювача із 12В на 220В.

Дані пристрої можна розбити на кілька класів/типів, залежно від їхнього функціонального призначення:

Випрямлячі. Працюють за принципом перетворення змінного на постійний струм.
Інвертори. Працюють у зворотному порядку, перетворюючи постійний струм на змінний.
Перетворювачі частоти. Змінюють частотні характеристики струму ланцюга.
Перетворювачі напруги. Змінюють напруги у більшу чи меншу сторону. Серед них розрізняють:
- Імпульсні блоки живлення.
- Джерела безперебійного живлення (ДБЖ).
- Трансформатори напруги

Також усі пристрої поділяються на дві групи – за принципом управління:

Керовані.
Некеровані.

Поширені схеми

Щоб перетворити напругу одного рівня на інше, використовують імпульсні перетворювачі з встановленими індуктивними накопичувачами енергії. Виходячи з цього, розрізняють три типи схем перетворення:

Інвертируючі.
Підвищують.
Знижувальні.

У всіх перерахованих схемах використовуються електричні компоненти:

Основний комутуючий компонент.
Джерело живлення.
Конденсатор фільтра, який підключають паралельно до опору навантаження.
Індуктивний накопичувач енергії (дросель, котушка індуктивності).
Діод для блокування.

Комбінування даних елементів у певній послідовності дозволяє побудувати будь-яку з перерахованих вище схем.

Простий імпульсний перетворювач

Найпростіший перетворювач можна зібрати з непотрібних деталей від старого системного блоку комп'ютера. Істотний недолік цієї схеми - вихідна напруга 220В далеко від ідеалу за своєю формою синусоїди, що має частоту, що перевищує стандартні 50 Гц. Не рекомендується підключати до апарата чутливу електроніку.

У цій схемі застосовано цікаве технічне рішення. Для підключення до перетворювача техніки з імпульсними блоками живлення (наприклад, ноутбук) використовують випрямлячі з конденсаторами, що згладжують, на виході з пристрою. Єдиний мінус - адаптер працюватиме лише у разі збігу полярності вихідної напруги розетки з напругою випрямляча, вбудованого адаптер.

Для звичайних споживачів енергії підключення можна зробити безпосередньо до виходу трансформатора TR1. Розглянемо основні компоненти цієї схеми:

Резистор R1 та конденсатор C2 - задають частоту роботи перетворювача.
Шим-контролер TL494. Основа усієї схеми.
Силові польові транзистори Q1 і Q2 – використовуються для більшої ефективності. Розміщуються на алюмінієвих радіаторах.
Транзистори IRFZ44 можна замінити близьким за характеристиками IRFZ46 або IRFZ48.
Діоди D1 та D2 також можна замінити на FR107, FR207.

Якщо схемою передбачається використання одного загального радіатора, необхідно встановити транзистори через ізоляційні прокладки. За схемою, вихідний дросель намотують на феритове кільце від дроселя, яке також витягують із блока живлення комп'ютера. Первинну обмотку виготовляють із дроту 0,6 мм. Вона повинна мати 10 витків із відведенням від середини. Поверх її намотують вторинну обмотку, що складається з 80 витків. Вихідний трансформатор можна вилучити з непотрібного ДБЖ.

Схема дуже проста. При правильному збиранні вона починає працювати відразу, не вимагає точного налаштування. Віддавати в навантаження вона зможе струм до 2,5 А, але оптимальним режимом роботи струм не більше 1,5 А - а це більше 300 Вт потужності.

У магазині подібний перетворювач коштує в районі 3-4 тисяч рублів.

Схема перетворювача з виходом змінного струму

Ця схема відома ще радіоаматорам СРСР. Однак це не робить її неефективною. Навпаки, вона дуже добре зарекомендувала себе, а головний її плюс - отримання стабільного змінного струму з напругою 220В і частотою 50 Гц.

Як генератор коливань виступає мікросхема К561ТМ2, що представляє собою D-тригер здвоєного типу. Цей елемент можна замінити зарубіжним аналогом CD4013.

Сам перетворювач має два силові плечі, побудовані на біполярних транзисторах КТ827А. Вони мають один суттєвий недолік порівняно з новими польовими транзисторами - ці компоненти сильно нагріваються у відкритому стані, що відбувається через високі показники опору. Перетворювач працює на низькій частоті, тому в трансформаторі використовують потужний сталевий сердечник.

У цій схемі використовується старий мережевий трансформатор TC-180. Він, як і інші інвертори на основі нескладних ШІМ-схем, видає синусоїдальну форму напруги, що значно відрізняється. Однак цей недолік трохи згладжується великою індуктивністю обмоток трансформатора та вихідним конденсатором С7.

ВАЖЛИВО: Іноді трансформатор може видавати відчутний гул під час роботи. Це говорить про проблеми в роботі схеми.

Простий інвертор на транзисторах

Ця схема не дуже відрізняється від представлених вище. Основна відмінність – використання генератора прямокутних імпульсів, побудованого на біполярних транзисторах.

Головна перевага даної схеми полягає у здатності перетворювача зберігати працездатність навіть на сильно посадженому акумуляторі. При цьому діапазон вхідної напруги може бути в межах від 3.5 до 18В. Але є й мінуси такого інвертора. Так як у схемі відсутній будь-який стабілізатор на виході, то можливі просідання напруги, наприклад, при розрядці акумулятора. Так як дана схема є також низькочастотною, трансформатор для неї підбирають, аналогічний встановленого в інверторі на основі мікросхеми К561ТМ2.

Удосконалення схем інверторів

Вказані вище схеми не йдуть у порівнянні із заводськими виробами. Вони прості та слабко функціональні. Для поліпшення їх характеристик можна вдатися до досить нескладних переробок, що підвищує показники пристрою.

УВАГА: Будь-який монтаж електрики та електроніки здійснюється за вимкненого джерела живлення. Перед перевіркою схеми продзвоніть усі входи та виходи мультиметром – це дозволить уникнути неприємних наслідків.

Збільшення вихідної потужності

Розглянуті вище схеми базуються на основі - первинна обмотка трансформатора підключається через ключовий компонент (вихідний транзистор плеча). Вона з'єднується з входом джерела живлення на час, заданий частотою і шпаруватістю генератора, що задає. При цьому генеруються імпульси магнітного поля, що збуджують у вторинній обмотці трансформатора синфазні імпульси з напругою, що дорівнює напрузі в первинній обмотці, помноженому на відношення числа витків в обмотках.

Відповідно, струм проходить через вихідний транзистор. При цьому він дорівнює струму навантаження, помноженого на зворотне співвідношення витків (коефіцієнт трансформації). Виходить, що максимальний струм, який може пропускати через себе транзистор, задає максимальну потужність перетворювача.

Для збільшення вихідної потужності використовують два методи:

Установка потужнішого транзистора.
Використання паралельного підключення кількох малопотужних транзисторів на одне плече.

Для саморобного перетворювача краще використання другого способу, так як він дозволяє зберігати працездатність пристрою при виході з ладу одного з транзисторів. До того ж, подібні транзистори коштують менші гроші.

За умови відсутності внутрішнього захисту від перевантаження цей спосіб значно підвищує живучість перетворювача. Також зменшується загальний нагрівання внутрішніх компонентів під час роботи на колишньому навантаженні.

Автоматичне вимкнення при розряді акумулятора

Зазначені схеми мають один істотний недолік. Вони не передбачено компонент, який зможе автоматично відключити перетворювач у разі критичного падіння напруги. Але вирішити цю проблему досить просто. Достатньо встановити звичайне автомобільне реле як автоматичний вимикач.

Реле має власну критичну напругу, у якому відбувається замикання його контактів. За допомогою підбору опору резистора R1, який складатиме приблизно 10% від опору реле обмотки, налаштовують момент розриву контактів. Цей варіант продемонстровано на схемі.

Цей варіант досить примітивний. Для стабілізації роботи перетворювач доповнюють простою схемою управління, що підтримує поріг відключення набагато краще та точніше. Налаштування порога спрацьовування у разі розраховується шляхом підбору резистора R3.

Виявлення несправностей інвертора

Описані вище схеми часто мають два специфічні дефекти:

Відсутність напруги на виході трансформатора.
Мінімальна напруга на виході трансформатора.

Розглянемо способи діагностики даних несправностей:

Відмова у роботі всіх плечей перетворювача або відмова ШІМ-генератора. Перевірити поломку можна за допомогою діода. Робочий ШІМ показуватиме пульсацію на діоді при підключенні до затворів транзисторів. Також варто перевірити цілісність обмотки трансформатора на обрив за наявності керуючого сигналу.
Сильна просідання у напрузі - головна ознака того, що одне силове плече перестало працювати. Знайти поломку не складно. На транзисторі, що відмовив, буде холодний радіатор. Для ремонту потрібно замінити ключ інвертора.

Висновок

Зробити перетворювач у домашніх умовах не складно. Головне - дотримуватись послідовності з'єднань і грамотно підбирати компоненти. Найкраще збирати перетворювач із вбудованими механізмами захисту, які убезпечать пристрій під час падіння напруги в акумуляторі.

Використані матеріали каналу блогера Ака Касьяна. Детально показані схема та складання простого підвищуючого інвертора напруги з 12 на 220 Вольт, з доступними компонентами. Потужні добрі схеми становлять складність навіть для просунутих радіоаматорів, а для початківців недосяжні. Тому розглянуто варіант конструкції інвертора із деталей неробочого комп'ютерного блоку живлення. Схема обрана проста, щоб повторити її могли всі. Вона не потребує настроювання, в ній немає варіантів на базі ШІМ контролера, що ускладнювало б завдання і зробило б налаштування складним.

Найкраще брати радіоелектронні запчастини в цьому китайському магазині.

Ролик із відео-уроком внизу публікації.

Схема представлена тільки для ознайомлювальних цілей, вона не має стабілізації, тому вихідна напруга відхилятиметься від заявлених 220 вольт. Не має також жодних захистів на виході постійний струм. Це означає, що до виходу такого не можна з'єднувати двигуни змінного струму та мережеві трансформатори. Можна підключати паяльник, невеликі лампи розжарювання, економ лампи, але все ж таки використовувати таку схему в побутових цілях не дуже рекомендується.

Як донора неробочий комп'ютерний блок живлення.

Схема перетворювача, що підвищує, на 220 вольт нижче.

З блоку знадобляться: силовий імпульсний трансформатор, конденсатор, дросель групової стабілізації, ще кілька компонентів, які нижче. Щоб витягти ці компоненти, потрібно відокремити плату від корпусу. Виконати це просто. Щоб відпаяти трансформатор, використовуємо паяльник та олововідсмоктувач. Необхідно відпаяти радіатор, на якому основні силові транзистори, потрібні ізолюючі прокладки та шайби для них.

Крім елементів, знятих з комп'ютерного блоку живлення, потрібні додатково два резистори потужністю 2 ватів можна і 1 ват, опором від 270 до 470 ом. Потрібні також два діоди УФ 5408, можна будь-який ultrafast, струмом не менше 1 ампер, напругою 400 вольт і вище, 2 стабілітрони з напругою стабілізації від 5,1 до 6,8 Вольт, бажано на 1,2 ват. Польові транзистори n-канальні Rf840 або потужніші Rf460 або 250 з лінійки Rfp. У цій схемі будуть транзистори на 18 ампер 600 Вольт типу 18N60.

Наступний елемент – дросель. На дроселі від групової стабілізації кілька незалежних обмоток, їх можна змотати чи відкушувати дроти, залишивши одну силову обмотку. Якщо ж дросель мотається з нуля, то обмотка складається з дроту 1,2-1,5 мм і містить від 7 до 15 витків.

Трансформатори. Є вторинна вихідна обмотка, 2 контакти для них та первинна. Зверніть увагу на відведення та два праві контакти. Потрібні два контакти зліва (ролик був дзеркальним). Біля них ми ставимо мітку, до цих контактів підключаються силові висновки транзисторів. Далі до цих контактів з трансформатора паралельно підключаємо наш конденсатор на 1 мікрофарад.

Монтаж схеми

Встановлюються транзистори на тепловідведення. У ролику все зібрано підвісним монтажем для простоти. Ми повинні зігнути середні висновки транзисторів та підключити до двох правих контактів трансформатора.

Зібрана навісним монтажем схема виглядає так.

Тепер потрібно підключити до вихідної обмотки лампу розжарювання невеликої потужності, подати живлення, щоб перевірити схему на працездатність. Потрібно відпаяти два електролітичні конденсатори з комп'ютерного блоку живлення. На основі цих конденсаторів і діодів ми створимо симетричний помножувач напруги, або .

Оскільки вихідна напруга з вторинної обмотки трансформатора приблизно 100 Вольт, її потрібно підняти. Для цього помножувач він піднімає напругу в 2 рази.

Крім конденсаторів, потрібні два швидкодіючі діоди. У даному варіанті UF 5408, але можна використовувати будь-які діоди на 400-600 кільця зі струмом вище 2-3 ампер.

Невелика лампа розжарювання з потужністю близько 60 Вт горить повним розжаренням, акумулятори малопотужні, але це не заважає робочому процесу.

На закінчення можна сказати, що дана проста схема інвертора працює в широкому діапазоні напруги живлення до 12 вольт. Починає працювати від 6 вольт, даючи на виході 220 вольт. Простота та доступність – основні переваги схеми. Найкраще подавати харчування через запобіжник ампер на 15-20. Потрібно враховувати, що на конденсаторах помножувача залишається висока напруга. Тому після вимкнення пристрою обов'язково розряджайте помножувачлампочкою розжарювання на 40 Вт.

У схемі намальовані резистори, конденсатор зашунтований цими резисторами. У цьому проекті ці резистори не встановлені, але обов'язково рекомендується їх задіяти.

Транзистори можна використовувати не настільки висока напруга, як зазначено вище. Можна обмежитися набагато менше напруга, наприклад на 40-55 в, наприклад підійде irfz44n, головна умова - щоб вони тримали струм і мали мінімально можливий опір каналу, це визначає нагрівання схеми і просідання під навантаженням. Інакше кажучи, чим менший опір каналу польового транзистора, тим більше обільшу потужність можна отримати з меншим нагріванням транзисторів.

Інвертор 12V/220V річ у господарстві потрібна. Іноді просто необхідна: мережа, скажімо, зникла, а телефон розряджений і в холодильнику м'ясо. Попит визначає пропозицію: за готові моделі на 1кВт і більше, яких можна запитувати будь-які електроприлади, доведеться викласти десь від $150. Можливо, понад $300. Однак зробити перетворювач напруги своїми руками в наш час справа доступна кожному, хто вміє паяти: зібрати його з готового набору компонентів обійдеться втричі-вчетверо дешевше + трохи роботи та металу з підручного мотлоху. Якщо є зарядний пристрій автомобільних акумуляторних батарей (АКБ), можна вкластися взагалі в 300-500 руб. А якщо є ще й початкові радіоаматорські навички, то, порившись у загашниках, можна зробити інвертор 12V DC/220V AC 50Hz на 500-1200 Вт зовсім задарма. Розглянемо можливі варіанти.

Варіанти: глобально

Перетворювач напруги 12-220 В для живлення навантаження до 1000 Вт і більше можна зробити самостійно такими способами (у порядку підвищення витрат):

Оформити в корпус із тепловідведенням готовий блок з Avito, Ebay або AliExpress. Шукається за запитом "inverter 220" або "inverter 12/220"; можна відразу додати потрібну потужність. Обійдеться прим. вдвічі дешевше за такий самий заводський. Електротехнічних навичок не потрібно, але див. нижче;
Зібрати такий із набору: друкована плата + «розсип» компонент. Купується там же, але до запиту додається diy, що означає під самоскладання. Ціна ще прим. у 1,5 рази нижче. Потрібні початкові навички в радіоелектроніці: вміння паяти користуватися мультиметром, знання розводок (розпинувань) висновків активних елементів або вміння їх шукати, правил включення до схеми полярних компонентів (діодів, електролітичних конденсаторів) та вміння визначати, на який струм якого перетину потрібні дроти;
Пристосувати під інвертор комп'ютерне джерело безперебійного живлення (ДБЖ, UPS). Справний ДБЖ без штатної АКБ можна знайти за 300-500 руб. Навичок не потрібно ніяких - до ДБЖ просто підключається авто АКБ. Але заряджати її доведеться окремо, також див. нижче;
Вибрати метод перетворення, схему (див. далі) відповідно до своїх потреб і наявності деталей, розрахувати і зібрати повністю самостійно. Можливо зовсім задарма, але крім початкових електронних навичок знадобиться вміння користуватися деякими спеціальними вимірювальними приладами (теж див. далі) і проводити найпростіші інженерні розрахунки.

З готового модуля

Способи збирання за пп. 1 і 2 насправді не такі вже й прості. Корпуси готових заводських інверторів є одночасно і тепловідведеннями для потужних транзисторних ключів усередині. Якщо брати «напівфабрикат» чи «розсип», то корпусу до них не буде: за теперішньої собівартості електроніки, ручної праці та кольорових металів різниця в цінах пояснюється саме відсутністю другого і, можливо, третього. Тобто радіатор для потужних ключів доведеться робити самому або шукати готовий алюмінієвий. Його товщина в місці встановлення ключів повинна бути від 4 мм, а площі на кожен ключ має бути від 50 кв. див. на кожен кВт потужності, що віддається; з обдуванням від комп'ютерного вентилятора-кулера на 12 В 110-130 мА - від 30 кв. см*кВт*ключ.

Готові модулі інверторів напруги 12/220 В

Напр., в наборі (модулі) 2 ключі (їх видно, вони стирчать із плати, див. зліва на рис.); модулі з ключами на радіаторі (праворуч на рис.) коштують дорожче і розраховані на певну, як правило, не дуже велику потужність. Кулера немає, потужність потрібна 1,5 квт. Отже, потрібний радіатор від 150 кв. див. Крім нього ще настановні комплекти для ключів: ізолюючі теплопровідні прокладки та фурнітура під кріпильні гвинти – ізолюючі чашки та шайби. Якщо модуль із теплозахистом (між ключами стирчатиме ще якась фітюлька - термодатчик), то трохи термопасти для приклеювання його до радіатора. Провід - само собою, див. далі.

З ДБЖ (UPS)

Інвертор 12В DC/220 В AC 50 Гц, до якого можна підключати будь-які прилади в межах допустимої потужності, робиться з комп'ютерного ДБЖ дуже просто: штатні дроти до «своїй» АКБ замінюються довгими затискачами під клеми авто АКБ. Перетин проводів розраховується з допустимої щільності струму 20-25 А/кв. мм, див також далі. Але ось через позаштатну батарею можуть виникнути проблеми – з нею ж, а вона дорожча і потрібніша за перетворювач.

У ДБЖ застосовуються також свинцево-кислотні АКБ. Це сьогодні єдино широко доступне вторинне хімічне джерело електроживлення, здатне регулярно віддавати великі струми (екстратоки), не «вбиваючись» повністю за 10-15 циклів заряд-розряд. В авіації використовуються срібно-цинкові АКБ, які ще потужніші, але вони жахливо дорогі, у широкий оборот не випускаються, а їхній ресурс за побутовими мірками нікчемний – бл. 150 циклів.

Розряд кислотних АКБ чітко відстежується по напрузі на банку, і контролер ДБЖ не дасть «чужій» батареї розрядитися надмірно. Але в штатних АКБ ДБЖ електроліт гелевий, а в акумуляторах рідкий. Режими заряду в тому й іншому випадку істотно відрізняються: крізь гель не можна пропускати такі струми, як крізь рідину, а в рідкому електроліті при занадто малому струмі заряду рухливість іонів буде мала і вони не всі повернуться на свої місця в електродах. В результаті ДБЖ хронічно недозаряджатиме авто АКБ, вона незабаром засульфатується і прийде в повну непридатність. Тому в комплект до інвертора на ДБЖ потрібен зарядний пристрій акумуляторів. Зробити його власноруч можна, але це вже інша тема.

Батарея та потужність

Від АКБ залежить і придатність перетворювача тієї чи іншої мети. Інвертор напруги, що підвищує, не бере енергію для споживачів з «темної матерії» Всесвіту, чорних дір, духу святого або звідкись ще просто так. Тільки – з АКБ. А від неї він візьме потужність, що віддається споживачам, поділену на ККД самого перетворювача.

Якщо ви побачите на корпусі фірмового інвертора «6800W» або більше – вірте своїм очам. Сучасна електроніка дозволяє помістити в обсязі сигаретної пачки пристрою та потужніше. Але, припустимо, нам потрібна потужність у навантаженні 1000 Вт, а в розпорядженні є звичайний акумулятор на 12 В 60 А/год. Типове значення ККД інвертора – 0,8. Значить, від батареї він візьме прибл. 100 А. На такий струм потрібні і дроти перетином від 5 кв. мм (див. вище), але це тут головне.

Автолюбителі знають: ганяв стартер 20 хв – купуй новий акумулятор. Щоправда, у нових машинах є обмежувачі часу його роботи, тож, можливо, й не знають. І точно не всі знають, що стартер легковика, розкрутившись, бере струм прибл. 75 А (протягом 0,1-0,2 с під час запуску – до 600 А). Найпростіший розрахунок - і виходить, що якщо в інверторі немає автоматики, що обмежує розряд батареї, то наша за 15 хв сяде повністю. Тож вибирайте або конструюйте свій перетворювач з урахуванням можливостей готівкової АКБ.

Примітка: з цього випливає величезна перевага перетворювачів 12/220 на основі комп'ютерних ДБЖ - їхній контролер не дасть повністю посадити батарею.

Ресурс кислотних АКБ помітно не зменшується, якщо вони розряджаються 2-годинним струмом (12 А для 60 А/год, 24 А для 120 А/год і 42 А для 210 А/год). З урахуванням ККД перетворення це дає допустиму довготривалу потужність навантаження на прим. 120 Вт, 230 Вт та 400 Вт соотв. Для 10 хв. навантаження (напр., для запиту електроінструменту) вона може бути збільшена в 2,5 рази, але після цього АБК має відпочити не менше 20 хв.

Загалом результат виходить не зовсім поганий. Зі звичайного побутового електроінструменту тільки болгарка може брати 1000-1300 Вт. Інші, як правило, обходяться потужністю до 400 Вт, а шуруповерти до 250 Вт. Холодильник від АКБ 12 60 А/год через інвертор пропрацює 1,5-5 год; цілком достатньо, щоб вжити необхідних заходів. Тому робити перетворювач на 1 кВт для батареї 60 А/год сенс має.

Що буде на виході?

Перетворювачі напруги для зменшення масогабаритів пристрою за рідкісними винятками (див. далі) працюють на підвищених частотах від сотень Гц до одиниць і десятків кГц. Струм такої частоти не прийме жодного споживача, а втрати його енергії у звичайній проводці будуть величезні. Тому інвертори 12-200 будуються під вихідну напругу слід. видів:

Постійне випрямлення 220 В (220V AC). Придатні для живлення телефонних зарядок, більшості джерел живлення (ІП) планшетів, ламп розжарювання, люмінесцентних економок та світлодіодних. На потужність від 150-250 Вт відмінно підійдуть для ручного електроінструменту: споживана ним потужність на постійному струмі трохи знижується, а момент, що крутить, зростає. Непридатні для імпульсних блоків живлення (ДБЖ) телевізорів, комп'ютерів, ноутбуків, мікрохвильових печей тощо. потужністю понад 40-50 Вт: у таких обов'язково є т. зв. пусковий вузол, для нормальної роботи якого напруга повинна періодично проходити через нуль. Непридатні та небезпечні для приладів з силовими трансформаторами на залізі та електромоторами змінного струму: стаціонарного електроінструменту, холодильників, кондиціонерів, більшої частини Hi-Fi аудіо, кухонних комбайнів, деяких пилососів, кавоварок, кавомолок та мікрохвильових печей. столу).
Модифіковане синусоїдальне (див. далі) – придатні для будь-яких споживачів, крім Hi-Fi аудіо з ДБЖ, інших пристроїв з ДБЖ від 40-50 Вт (див. вище) і часто локальних охоронних систем, домашніх метеостанцій і т.п. із чутливими аналоговими датчиками.
Чисте синусоїдальне – придатні без обмежень, крім потужності, для будь-яких споживачів електроенергії.

Синус чи псевдосинус?

З метою підвищення економічності перетворення напруги здійснюється не лише на підвищених частотах, а й різнополярними імпульсами. Однак запитувати дуже багато приладів-споживачів послідовністю різнополярних прямокутних імпульсів (т. зв. меандром) не можна: великі викиди на фронтах меандру при хоч трохи реактивному навантаженні призведуть до великих втрат енергії і можуть викликати несправність споживача. Проте проектувати перетворювач на синусодальний струм теж не можна – ККД не перевищить прим. 0,6.

Перетворення постійної напруги на модифіковану і чисту синусоїду

Тиха, але суттєва у цій галузі революція сталася, коли спеціально для інверторів напруги розробили мікросхеми, формують т. зв. модифіковану синусоїду (ліворуч на рис.), хоча правильніше було б назвати її псевдо-, мета-, квазі-і т.п. синусоїдою. Форма струму модифікованої синусоїди ступінчаста, а фронти імпульсів затягнуті (фронтів меандру на екрані електронно-променевого осцилографа часто взагалі не видно). Завдяки цьому споживачі з трансформаторами на залізі або помітною реактивністю (асинхронними електромоторами) «розуміють» псевдосинусоїду «як справжню» та працюють як ні в чому не бувало; Hi-Fi аудіо з мережевим трансформатором на залізі запитувати модифікованою синусоїдою можна. Крім того, модифіковану синусоїду можливо досить простими способами згладити до майже справжньої, відмінності якої від чистої на осцилографі на око ледве помітні; перетворювачі типу «Чистий синус» коштують не набагато дорожче звичайних, праворуч на рис.

Однак прилади з примхливими аналоговими вузлами та ДБЖ запускати від модифікованої синусоїди небажано. Останні – вкрай небажано. Справа в тому, що середній майданчик модифікованої синусоїди не чистий нуль напруги. Вузол запуску ДБЖ від модифікованої синусоїди спрацьовує нечітко і весь ДБЖ може не вийти з режиму запуску в робітник. Користувач це бачить спочатку як потворні глюки, а потім з девайсу йде дим, як в анекдоті. Тому прилади в ДБЖ потрібно запитувати від інверторів типу Чистий Синус.

Робимо інвертор самі

Отже, поки зрозуміло, що найкраще робити інвертор на вихід 220 В 50 Гц, хоча і про вихід AC ми теж ще згадаємо. У першому випадку контролю частоти знадобиться частотомір: норми на коливання частоти мережі електроживлення – 48-53 Гц. Особливо чутливі до її відхилень електромотори змінного струму: при виході частоти напруги до межі допуску вони гріються і «відходять» від номінальних оборотів. Останнє дуже небезпечне для холодильників і кондиціонерів, які можуть невпинно вийти з ладу внаслідок розгерметизації. Але купувати, орендувати чи випрошувати на якийсь час точний і багатофункціональний електронний частотомір немає потрібних – нам його точність ні до чого. Цілком підійде або електромеханічний резонансний частотомір (поз. 1 на рис.), або будь-який стрілочний системи, поз. 2:

Прилади для контролю частоти мережі електроживлення

Коштують і недорого, продаються в інтернеті, а у великих містах в електротехнічних спецмагазинах. Старий резонансний частотомір можна знайти на залізному базарі, а який після налагодження інвертора дуже підійдуть для контролю частоти мережі в будинку - лічильник на підключення їх до мережі не реагує.

50 Гц від комп'ютера

Найчастіше харчування 220 В 50 Гц потрібно споживачам не особливо потужним, до 250-350 Вт. Тоді основою перетворювача 12/220 В 50 Гц може послужити ДБЖ від старого комп'ютера - якщо, звичайно, такий валяється в мотлоху або хтось продає дешево. Потужність, що віддається в навантаження, буде прим. 0,7 від номінальної ДБЖ. Напр., якщо на корпусі значиться «250W», то прилади до 150-170 Вт можна підключати безбоязно. Потрібно більше – треба спочатку перевірити на навантаженні лампи розжарювання. Витримав 2 години – таку потужність здатний віддавати довгостроково. Як зробити інвертор 12V DC/220V AC 50Hz з комп'ютерного блока живлення, див. нижче.

Відео: простий перетворювач 12-220 з комп'ютерного БП

Ключі

Припустимо, комп'ютерного ДБЖ немає або потрібна потужність більше. Тоді важливого значення набуває вибір ключових елементів: вони повинні комутувати великі струми з найменшими втратами на перемикання, бути надійними та доступними за ціною. У цьому плані біполярні транзистори і тиристори у сфері застосування впевнено йдуть у минуле.

Друга революція в інверторній справі пов'язана з появою сильних польових транзисторів («польовиків») т. зв. вертикальні структури. Втім, вони перевернули всю техніку електроживлення малопотужних пристроїв: знайти в «побутовій» трансформатор на залозі стає все важче.

Найкращі з потужних полевиків для перетворювачів напруги – із ізольованим затвором та індукованим каналом (MOSFET), напр. IFR3205, зліва на рис.

Потужні транзистори для перетворювачів напруги

Завдяки мізерній потужності перемикання ККД інвертора з виходом DC на таких транзисторах може досягати 0,95, а з виходом AC 50 Гц 0,85-0,87. Аналоги MOSFET із вбудованим каналом, напр. IFRZ44, дають ККД нижче, але коштують набагато дешевше. Пара тих чи інших дозволяє довести потужність у навантаженні до прим. 600 Вт; ті та інші без проблем запаралельуються (праворуч на рис.), що дозволяє будувати інвертори на потужність до 3 кВт.

Примітка: потужність втрат перемикання ключів із вбудованим каналом під час роботи на суттєво реактивне навантаження (напр., асинхронний електродвигун) може досягати 1,5 Вт на ключ. Ключі з індукованим каналом від цього недоліку є вільними.

TL494

Третій елемент, який дозволив довести перетворювачі напруги до теперішнього стану – спеціалізована мікросхема TL494 та її аналоги. Всі вони є контролером широтно-імпульсної модуляції (ШІМ), що формує на виходах сигнал модифікованої синусоїди. Виходи різнополярні, що дозволяє керувати парами ключів. Опорна частота перетворення визначається одним RC ланцюгом, параметри якого можна змінювати в широких межах.

Коли вистачить постійки

Коло споживачів струму 220 В DC обмежене, але саме в них потреба в автономному електроживленні виникає не тільки в аварійних ситуаціях. Напр., при роботі електроінструментом на виїзді або в дальньому кутку своєї ділянки. Або є завжди, скажімо, біля чергового освітлення входу в будинок, передпокою, коридору, прибудинкової території від сонячної батареї, що вдень заряджає АКБ. Третій типовий випадок – заряджання телефону на ходу від прикурювача. Тут потужність на виході потрібна зовсім маленька, так що інвертор може бути виконаний лише на 1 транзисторі за схемою релаксаційного генератора, див. ролик.

Відео: підвищуючий перетворювач на одному транзисторі

Вже для живлення 2-3 світлодіодних лампочок потрібна більша потужність. ККД блокінг-генераторів при спробі «вичавити» її різко падає, і доводиться переходити на схеми з окремими часзадающими елементами або повним внутрішнім індуктивним зворотним зв'язком, вони найбільш економічні і містять найменшу кількість компонентів. У першому випадку для комутації одного ключа використовується ЕРС самоіндукції однієї з обмоток трансформатора спільно з ланцюгом, що задає час. У другому частотозадающим елементом є сам підвищує трансформатор за рахунок його власної постійної часу; її величина визначається переважно явищем самоіндукції. Тому й інші інвертори іноді називають перетворювачами на самоіндукції. Їх ККД, як правило, не вище 0,6-0,65, але, по-перше, схема проста і налагодження не вимагає. По-друге, напруга на виході швидше трапецеїдальна, ніж меандр; "вибагливі" споживачі "розуміють" його як модифіковану синусоїду. Недолік – польові ключі у таких перетворювачах майже непридатні, т.к. часто виходять з ладу від кидків напруги на первинній обмотці під час комутації.

Приклад схеми із зовнішніми часзадающими елементами дано на поз. 1 рис.:

Схеми простих перетворювачів напруги 12-200 В

Помилково обраний магнітопровід трансформатора малопотужного перетворювача напруги

Автору конструкції не вдалося вичавити з неї більше 11 Вт, але зважаючи на все, він переплутав ферит з карбонільним залізом. Принаймні, броньовий (чашечний) магнітопровід на його фото (див. рис. справа) не феритовий. Більше він схожий на старий карбонільний, що окислився зовні від часу, див. рис. праворуч. Трансформатор для цього інвертора краще намотати на феритовому кільці з площею перерізу феритом 0,7-1,2 кв. див. Первинна обмотка тоді повинна містити 7 витків дроту діаметром по міді 0,6-0,8 мм, а вторинна 57-58 витків дроту 0,3-0,32 мм. Це під випрямлення з подвоєнням, див. Під "чисті" 220 В - 230-235 витків дроту 0,2-0,25. У такому разі цей інвертор при заміні КТ814 на КТ818 віддасть потужність до 25-30 Вт, чого достатньо для 3-4 світлодіодних ламп. При заміні КТ814 на КТ626 потужність навантаження буде прибл. 15 Вт, але ККД підвищиться. В обох випадках радіатор ключа – від 50 кв. див.

На поз. 2 дана схема «допотопного» перетворювача 12-220 з окремими обмотками зворотного зв'язку. Не така вже вона архаїчна. По-перше, вихідна напруга під навантаженням – трапеція із заокругленими переломами без викидів. Це навіть краще, ніж модифікована синусоїда. По-друге, цей перетворювач може бути без будь-яких переробок у схемі виконаний на потужність до 300-350 Вт і частоту 50 Гц, тоді випрямляч не потрібен, треба тільки поставити VT1 та VT2 на радіатори від 250 кв. див. кожен. По-третє, він береже АКБ: при перевантаженні частота перетворення падає, потужність, що віддається, зменшується, а якщо навантажити ще більше, генерація зривається. Тобто, щоб уникнути перерозряду батареї, не потрібно жодної автоматики.

Порядок розрахунку даного інвертора дано у скані на рис.

Ключові величини в ньому – частота перетворення та робоча індукція у магнітопроводі. Частоту перетворення вибирають виходячи з матеріалу готівкового сердечника та необхідної потужності:

Така «всеїдність» фериту пояснюється тим, що петля його гістерези прямокутна і робоча індукція дорівнює індукції насичення. Зменшення порівняно з типовими розрахункових значень індукції у сталевих магнітопроводах викликано різким зростанням втрат на комутацію несинусоїдальних струмів за її зростання. Тому з сердечника силового трансформатора старого телевізора-«труни» на 270 Вт у цьому перетворювачі на 50 Гц вдасться зняти трохи більше 100-120 Вт. Але – на безриб'ї та рак риба.

Примітка: якщо є сталевий магнітопровід заздалегідь завищеного перерізу, не вичавлюйте з нього потужність! Нехай краще індукція буде меншою – ККД перетворювача зросте, а форма вихідної напруги покращає.

Випрямлення

Випрямляти вихідну напругу цих інверторів краще за схемою з паралельним подвоєнням напруги (поз. 3 на рис. зі схемами): компоненти для неї обійдуться дешевше, а втрати потужності на несинусоїдальному струмі будуть меншими, ніж у бруківці. Конденсатори потрібно брати "силові", розраховані на більшу реактивну потужність (з позначками PE або W). Якщо поставити звукові без цих літер, вони можуть просто вибухнути.

50 гц? Це дуже просто!

Простий інвертор на 50 Гц (поз. 4 рис. вище зі схемами) – цікава конструкція. У деяких видів типових трансформаторів живлення власна стала часу близька до 10 мс, тобто. половині періоду 50 Гц. Підкоригувавши її резисторами, що часзадають, які будуть одночасно і обмежувачами струму управління ключів, можна отримати на виході відразу згладжений меандр 50 Гц без складних схем формування. Підійдуть трансформатори ТП, ТПП, ТН на 50-120 Вт, але не всякі. Можливо, доведеться змінити номінали резисторів та/або включити паралельно їм конденсатори на 1-22 нФ. Якщо частота перетворення все одно далеко від 50 Гц, розбирати і перемотувати трансформатор марно: склеєний феромагнітним клеєм магнітопровід розпушиться, і параметри трансформатора різко погіршаться.

Цей інвертор – дачний перетворювач вихідного дня. Акумулятор машини він не посадить з тих самих причин, що й попередній. Але його вистачить на освітлення будиночка з верандою світлодіодними лампами та телевізор чи вібраційний насос у свердловині. Частота перетворення інвертора налагодженого при змінах струму навантаження від 0 до максимального не виходить за межі технорми для мереж електроживлення.

Розводять обмотки вихідного трансформатора так. У типових трансформаторах харчування по парному числу вторинних обмоток на 12 чи 6 У. Дві їх «відкладаються», інші розпаюються паралельно групи з рівного числа обмоток у кожному. Далі групи з'єднуються послідовно так, щоб вийшли 2 напівобмотки на 12 кожна, це буде низьковільна (первинна) обмотка з середньою точкою. З низьковольтних обмоток, що залишилися, одна з'єднується послідовно з мережевий на 220 В, це буде підвищуюча обмотка. Добавка до неї необхідна, т.к. падіння напруги на ключах з біполярних складових транзисторах спільно з його втратами в трансформаторі може досягати 2,5-3, і вихідна напруга виявиться заниженим. Додаткова обмотка доведе його до норми.

DC від мікросхеми

ККД описаних перетворювачів вбирається у 0,8, а частота залежно від струму навантаження помітно плаває. Гранична потужність навантаження менше 400 Вт, так що настав час згадати про сучасні схемні рішення.

Схема простого перетворювача 12 В DC/ 220 В DC на 500-600 Вт дана на рис.

Схема перетворювача 12-220 В DC 1000 Вт

Основне призначення – живлення ручного електроінструменту. До якості напруги, що підводиться, таке навантаження не вимогливе, тому ключі взяті дешевше; підійдуть також IFRZ46, 48. Трансформатор мотається на ферит перетином 2-2,5 кв. см; підійде сердечник силового трансформатора від комп'ютерного ДБЖ. Первинна обмотка - 2х5 витків джгута з 5-6 обмотувальних проводів діаметром по міді 0,7-0,8 мм (див. нижче); вторинна – 80 витків такого ж дроту. Налагодження не потрібне, але контролю розряду батареї немає, так що в процесі роботи потрібно причепити до її клем мультиметр і не забувати на нього поглядати (те саме стосується й усіх інших саморобних інверторів напруги). Якщо напруга впала до 10,8 (1,8 В на банку) - стоп, вимикаємося! Впало до 1,75 В на банку (10,5 В вся батарея) - це вже пішла сульфатація!

Як мотати трансформатор на кільці

На якісні характеристики інвертора, зокрема, з його ККД, досить сильно впливає поле розсіювання його трансформатора. Принципове рішення для його зменшення давно відомо: первинну обмотку, що «накачує» магнітопровід енергією, розміщують впритул до нього; вторинні над нею за зменшенням їхньої потужності. Але техніка така справа, що теоретичні принципи в конкретних конструкціях іноді доводиться вивертати навиворіт. Один із законів Мерфі говорить прим. так: якщо залізниця ну ось все одно не хоче працювати як треба, спробуй зробити в ній все навпаки. Повною мірою це стосується трансформатора підвищеної частоти на феритовому кільцевому магнітопроводі з обмотками відносно товстого жорсткого проводу. Мотають трансформатор перетворювача напруги на феритовому кільці так:

Ізолюють магнітопровід і за допомогою намотувального човника намотують на нього вторинну обмотку, що підвищує, укладаючи витки якомога щільніше, поз. 1 на рис.:

Намотування трансформатора перетворювача напруги на феритовому кільці

Щільно обтягують "вторинку" скотчем, поз 2.
Готують 2 однакових джгута проводів для первинної обмотки: намотують кількість витків половини низьковольтної обмотки тонким негідним проводом, знімають його, заміряють довжину, відрізають потрібну кількість відрізків обмотувального дроту із запасом і збирають в джгути.
Додатково ізолюють вторинну обмотку до отримання відносно рівної поверхні.
Мотають «первинку» двома джгутами одночасно, розташовуючи дроти джгутів стрічкою і поступово розподіляючи витки по сердечнику, поз. 3.
Видзвонюють кінці джгутів і з'єднують початок одного з кінцем іншого, це буде середня точка обмотки.

Примітка: на електричних важливих схемах початку обмоток, якщо це має значення, позначаються точкою.

50 Гц згладжені

Модифікована синусоїда від ШІМ-контролера не єдиний спосіб отримати на виході інвертора 50 Гц, придатні для підключення будь-яких побутових споживачів електрики, та й ту не завадило б ще «пригладити». Найпростіший із них – старий добрий трансформатор на залозі, він добре «гладить» за рахунок своєї електричної інерції. Щоправда, знайти магнітопровід більш ніж на 500 Вт стає все важче. Включається такий розділовий трансформатор на низьковільний вихід інвертора, а до підвищує його обмотці підключається навантаження. За цією схемою, до речі, побудовано більшість комп'ютерних ДБЖ, тому вони для такої мети цілком підходять. Якщо ж мотати трансформатор самому, то він розраховується аналогічно силовому, але зі слід. особливостями:

Спочатку певна величина робочої індукції ділиться на 1,1 і застосовується у всіх подальших розрахунках. Так потрібно, щоб врахувати т.зв. коефіцієнт форми несинусоїдальної напруги Кф; у синусоїди Кф = 1.
Підвищуюча обмотка розраховується спочатку як мережева на 220 для заданої потужності (або визначеної за параметрами магнітопроводу і величиною робочої індукції). Потім знайдена кількість її витків множиться на 1,08 для потужності до 150 Вт, на 1,05 для потужностей 150-400 Вт та на 1,02 для потужностей 400-1300 Вт.
Половина низьковольтної обмотки розраховується як вторинна на напругу 14,5 під ключі біполярні або з вбудованим каналом і на 13,2 для ключів з індукованим каналом.

Приклади схемних рішень перетворювачів 12-200 50 Гц з розділовим трансформатором дано на рис.

Схеми перетворювачів напруги 12-220 50 Гц на 500-1000 Вт

На тій, що зліва, ключами управляє генератор, що задає, на т. зв. «м'якому» мультивібраторі, він уже генерує меандр у заваленими фронтами та згладженими переломами, так що додаткових заходів згладжування не потрібно. Нестабільність частоти м'якого мультивібратора вища, ніж звичайного, тому для її підстроювання потрібен потенціометр P. З ключами на КТ827 можна зняти потужність до 200 Вт (радіатори – від 200 кв. см без обдування). Ключі на КП904 зі старого мотлоху або IRFZ44 дозволяють збільшити її до 350 Вт; одинарні на IRF3205 до 600 Вт, а спарені на них до 1000 Вт.

Інвертор 12-220 В 50 Гц з генератором, що задає, на TL494 (праворуч на рис.) частоту тримає залізно у всіх мислимих немислимих умовах експлуатації. Для ефективнішого згладжування псевдосинусоїди використовується явище т. зв. байдужого резонансу, при якому фазові співвідношення струмів і напруг в коливальному контурі стають такими, як при гострому резонансі, але їх амплітуди помітно не збільшуються. Технічно це вирішується просто: до підвищуючої обмотки підключають конденсатор, що згладжує, значення ємності якого підбирають за найкращою формою струму (не напруги!) під навантаженням. Для контролю форми струму ланцюг навантаження на потужність 0,03-0,1 від номінальної включають резистор на 0,1-0,5 Ом, до якого і підключають осцилограф із закритим входом. Згладжуюча ємність не зменшує ККД інвертора, але користуватися для налаштування комп'ютерними програмами симуляції НЧ осцилографа не можна, тому що не можна. вхід звукової карти, яка в них використовується, не розрахований на амплітуду 220х1,4 = 310 В! Ключі та потужності такі ж, як у перед. випадку.

Більш досконала схема перетворювача 12-200 50 Гц дана на рис.:

Схема вдосконаленого перетворювача 12-200 50 Гц

У ній використовуються складні складові ключі. Для поліпшення якості вихідної напруги в ній використовується той факт, що емітер планарно-епітаксіальних біполярних транзисторів легований набагато сильніше за базу і колектор. Коли TL494 подасть потенціал, що закриває, напр., на базу VT3, струм його колектора припиниться, але за рахунок розсмоктування об'ємного заряду емітера він уповільнить замикання T1 і викиди напруги від ЕРС самоіндукції Tr поглинуться ланцюгами L1 і R11C5; вони ж більше "нахилять" фронти. Вихідна потужність інвертора визначається габаритною потужністю Tr але не більше 600 Вт, т.к. використовувати в даній схемі парні потужні ключі не можна - розкид величини заряду MOSFET транзисторів досить значний і перемикання ключів буде нечітким, чому форма вихідної напруги може навіть погіршитися.

Дросель L1 це 5-6 витків дроту діаметром від 2,4 мм по міді, намотаних на відрізок феритового стрижня діаметром 8-10 м та довжиною 30-40 мм з кроком 3,5-4 мм. Магнітопровід дроселя не повинен бути замкнутий! Налагодження схеми справа досить копітка і потребує чималого досвіду: необхідно підібрати L1, R11 і C5 за найкращою формою вихідного струму під навантаженням, як у попередньо. випадку. Натомість і Hi-Fi, запитане від цього перетворювача, залишається «хайфаєм» на самий стягувач
ий слух.

А чи не можна без трансформатора?

Вже обмотувальний провід для потужного трансформатора на 50 Гц влетить у копієчку. Більш-менш доступні магнітопроводи від «гробових» трансформаторів до 270 Вт габаритних, але в інверторі з такого більше 120-150 Вт не вичавиш, а ККД буде в кращому разі 0,7, т.к. «гробові» магнітопроводи навиті з товстої стрічки, втрати на вихрові струми в якій при несинусоїальній напрузі на обмотках великі. Знайти магнітопровід ШЛ із тонкої стрічки, здатний віддати понад 350 Вт при індукції 0,7 Тл взагалі проблематично, обійдеться він дорого, а весь перетворювач вийде величезним та непідйомним. Трансформатори ДБЖ не розраховані на часту роботу в тривалому режимі - вони гріються і магнітопроводи їх в інверторах досить швидко деградують - магнітні властивості сильно погіршуються, потужність перетворювача падає. Чи є вихід?

Так, і таке рішення нерідко застосовується у фірмових перетворювачах. Це – електричний міст із ключів на високовольтних силових польових транзисторах з напругою пробою від 400 В та струмом стоку понад 5 А. Підійдуть із первинних ланцюгів комп'ютерних ДБЖ, а зі старого мотлоху – КП904 тощо.

Міст запитується постійкою 220 DC від нескладного інвертора 12-220 з випрямленням. Плечі моста відкриваються парами навперейми по черзі, і струм у навантаженні, включеному в діагональ моста, змінює напрямок; ланцюги керування всіх ключів гальванічно розділені. У промислових конструкціях ключі керуються від спец. ІМС з розв'язкою оптопарами, але в аматорських умовах те й інше можна замінити додатковим малопотужним інвертором 12 В DC - 12 В 50 Гц, що працює на невеликий трансформатор на залізі, див. рис. Магнітопровід для нього можна взяти від китайського малопотужного базарного трансформатора живлення. За рахунок його електричної інерції якість вихідної напруги виходить навіть кращою, ніж модифікована синусоїда.