При использовании маломощных бытовых приборов часто возникает потребность в преобразователе напряжения с 12 на 220 вольт. Это может быть ноутбук, зарядное устройство для мобильного телефона или планшета, и даже телевизор на LED элементах.

В каких случаях необходим преобразователь напряжения

1. Продолжительная авария централизованного энергоснабжения.
2. Аварийное энергоснабжение электроники газового котла.
3. Отсутствие бытовой сети 220 вольт (удаленный садовый участок, гаражный кооператив).
4. Автомобиль.
5. Туристическая стоянка (при наличии возможности взять с собой 12 вольтовой аккумулятор).

Во всех этих случаях, достаточно иметь заряженный аккумулятор, и вы сможете полноценно использовать сетевое электрооборудования.

Обратите внимание

Важно! Потребляемая мощность прибора не должна превышать несколько сотен ватт. Более мощные устройства быстро посадят аккумулятор, используемый в качестве донора.

Справедливости ради отметим, что для использования в автомобиле существуют блоки питания и зарядные устройства, подключаемые у бортовой сети 12 вольт. Выполнены они в виде разъема, соединяемого с розеткой прикуривателя.

Однако, если у вас несколько гаджетов, вам придется разориться на покупку такого же количества зарядок. А имея один преобразователь с 12 на 220 – вы обеспечите полную универсальность подключения.

В продаже имеется большой ассортимент готовых преобразователей. Мощность варьируется от 150 Вт до нескольких киловатт. Разумеется, для каждой мощности потребителя необходимо подбирать соответствующий аккумулятор.

Также необходимо внимательно читать технические характеристики – часто, в рекламных целях, производители указывают на упаковке пиковую мощность, которую преобразователь выдерживает всего несколько секунд. Рабочая мощность, как правило, на 25% – 30% ниже.

Разновидности преобразователей 12 на 220 вольт

Для правильного выбора, ознакомьтесь с основными видами преобразователей напряжения, представленными на рынке электротоваров:

По форме сигнала выходного напряжения

Устройства делятся на чистый синус и модифицированный синус. Разницу в форме сигнала видно на иллюстрации.

Развитие бытовой техники и электроники предъявляет новые требования владельцам автомобилей. Для нормального использования ноутбука и других электронных или электрических устройств, необходимо напряжение 220 вольт, которого нет в машине. Автомобильный инвертор преобразует стандартное напряжение 12/24 вольта в 220 вольт с частотой 50 герц.

Как работает инвертор для авто

Основа инвертора – цифровой генератор с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ).

Частота работы генератора от 10 килогерц до 20 мегагерц, зависит от модели, мощности и производителя. Сигнал с генератора поступает на силовой ключ, который управляет работой высокочастотного трансформатора. На выходе трансформатора получается напряжение 220 вольт. При небольшой нагрузке на инвертор скважность импульсов генератора минимальна. За этим следит система обратной связи. Чем выше нагрузка на выходе инвертора, тем больше скважность импульсов (максимальное значение 1:1). Такая система позволяет снизить расход электроэнергии и нагрузку на силовой ключ в режиме минимального потребления. После выпрямления переменного тока, на выходе получается постоянное напряжение 220 вольт. Постоянное напряжение снова преобразуют в переменное, но уже с частотой 50 герц. Такая схема позволяет серьезно снизить размеры, вес и стоимость инвертора, ведь трансформатор для частоты 50 герц в сотни раз больше и дороже, чем работающий на частоте 100 и выше килогерц.

Чаще всего инвертор применяют для подключения ноутбука, принтера, сканера и других устройств к бортовой сети автомобиля. Нередко возникает необходимость подключить к бортовой сети небольшой , мощный , дрель или углошлифовальную машину. Использование инвертора позволяет в дороге пользоваться микроволновкой, феном, вибромассажером и другими полезными устройствами. Инвертор позволяет подключить к бортовой сети автомобиля любой электрический или электронный прибор, для питания которого необходимо переменное напряжение 110/220 вольт.

Инвертор и электрические/электронные устройства

Любой инвертор оказывает влияние на электрические и электронные устройства. Сложная форма выходного сигнала, который получают из меандра частотой сотни килогерц, производит большое количество гармоник, что может негативно повлиять на некоторые устройства. Таблица ниже поможет вам понять, как инвертор влияет на различную электрическую и электронную технику.

Как выбирать автомобильный преобразователь напряжения

При выборе инвертора необходимо учитывать следующее:

• напряжение аккумулятора (12/24 вольта);
• выходное напряжение (110/220 вольт);
• суммарная мощность нагрузки;
• подключение к прикуривателю или аккумулятору;
• сертификат соответствия и оформление в соответствии с законом о защите прав потребителей.

Выбирая инвертор, помните, преобразователи для напряжения 12 и 24 вольта не взаимозаменяемы, если об этом не написано на корпусе прибора и в его инструкции по эксплуатации. Подключение инвертора на 12 вольт к аккумулятору на 24 вольта приведет к перегреву и быстрому выходу из строя ключевых транзисторов и других деталей из-за превышения входного напряжения. Подключение инвертора на 24 вольта к аккумулятору на 12 вольт приведет к быстрому перегреву и выходу из строя ключевых транзисторов из-за слишком большой скважности импульсов увеличения тока коллектора.

Инверторы необходимо использовать для питания тех приборов и оборудования, которые соответствуют им по напряжению. Многие электронные устройства рассчитаны на работу под напряжением от 100 до 260 или 380 вольт. Для таких устройств можно использовать любой преобразователь. Если же устройство рассчитано на работу с напряжением 110 или 220 вольт, то необходимо выбирать соответствующий ей инвертор.

Не менее важный параметр – суммарная мощность нагрузки. Для его определения необходимо посчитать мощность всех устройств, которые могут быть включены одновременно, при этом они не обязательно будут использоваться постоянно. Вот пример определения суммарной мощности:

• ноутбук (70-100 ватт);
• зарядка для телефона (10 ватт);
• небольшой холодильник (50 ватт);
• домашний кинотеатр (200 ватт);
• суммарная мощность 330-360 ватт.

При выборе инвертора учитывайте, что максимальный постоянный ток прикуривателя не должен превышать 15 ампер, поэтому максимальная мощность, которую вы сможете получить без риска повреждения проводки или сгорания предохранителя, составляет 180 или 360 ватт, в зависимости от напряжения аккумулятора. Поэтому адаптер мощностью свыше этого значения желательно подключать не через прикуриватель, а напрямую к аккумулятору. Для этого в его комплекте должны быть соответствующие разъемы и переходники. Если же вы переделаете шнур питания, то лишитесь гарантии на устройство.

Несмотря на то, что подобные устройства не подлежат обязательной сертификации, все крупные и надежные производители или поставщики не только получают сертификат соответствия, подтверждающий безопасность устройства, но оформляют устройство в соответствии с российскими законами. То есть прикладывают к нему руководство пользователя на русском языке, а на упаковке описывают все характеристики, условия эксплуатации, данные производителя, а также телефон и электронный адрес для направления претензий, связанных с качеством продукции.

Инвертор и емкость автомобильного аккумулятора

Если вы планируете подключать к аккумулятору электрические приборы, то учитывайте, что его емкости хватит ненадолго. Аккумулятор емкостью 45 ампер часов способен выдать до полного разряда 540 ватт часов или 0,54 киловатт часа. То есть, подключив к нему устройство мощностью 100 ватт, вы сможете пользоваться им в течение 5 часов. Подключив суммарную нагрузку мощностью 1 киловатт, вы сможете пользоваться ей 20-30 минут. После чего и вы не сможете завести двигатель. Если же двигатель автомобиля включен, то основная нагрузка ляжет на генератор, который способен вырабатывать до 1 киловатт час электроэнергии. Если же вам необходима большая мощность, придется устанавливать нестандартный генератор.

Обзор лучших автоинверторов

• мощность;
• качество выходного напряжения;
• поведение при перегрузках;
• комплектация;
• дополнительные функции (если есть);

Существует несколько причин, по которым у хозяина появляется необходимость в создании нового преобразователя напряжения. Основное его назначение — обеспечить величину сетевого напряжения размером в 220В от исходного значения в 12 Вт.

Инверторы 12 220 В своими руками изготавливают многие любители, т.к. качественные преобразователя недешевы. Прежде чем собрать устройство, необходимо изучить материалы, объясняющие механизм его использования.

Сфера применения преобразователей 12 220 В

В процессе работы батареи аккумулятора уменьшается уровень ее заряда. Преобразователь стабилизирует напряжение во время путешествия, при отсутствии электричества.

Инвертор 12 220 В позволит хозяину усовершенствовать инженерные сооружения в доме. Мощность устройства для преобразования тока выбирается в зависимости от общей величины эксплуатируемой нагрузки. Учитывается процесс ее потребления: реактивный и активный. Реактивная нагрузка потребляет не всю полученную энергию, поэтому полная мощность превышает ее активное значение.

Инвертор с чистой синусоидой используется для подключения инструментов с общей мощностью 3 кВт. Значительную экономию топлива обеспечивает использование преобразователя напряжения и мини-электростанции.

К инвертору присоединяют таких потребителей, как:

• системы сигнализации;
• отопительные котлы;
• насосные аппараты;
• компьютерные системы.

Вернуться к оглавлению

Преимущества работы устройства для преобразования напряжения

Инверторы завоевали уважительное отношение к своей работе, т. к. обладают целым рядом несомненных достоинств. Устройство работает бесшумно, не засоряет окружающее пространство выхлопными газами. Обслуживание прибора минимально: нет необходимости проверять давление в двигателе. Инвертор обладает незначительным механическим износом, позволяет подключать любых потребителей. Инвертор 12 220 В работает на повышенной мощности на КР121 ЕУ, обладает высоким коэффициентом полезного действия.

При сборке инвертора с задающим устройством в качестве мультивибратора, достоинства преобразователя выражены в доступности, простоте прибора. Размеры изделия компактны, ремонт не представляет большого труда, а эксплуатация возможна при низких температурах.

Вернуться к оглавлению

Самодельный преобразователь 12 220 В и общий принцип его создания

На рынке радиодеталей большая часть инверторов функционирует с использованием высоких частот. Импульсные инверторы полностью заменили классические схемы с применением трансформаторов. Микросхема К561ТМ2 состоит из двух D-триггеров, которые содержат два входа R и S. Она создана с применением КМОП-технологии, заключена в корпус из пластика.

Задающий генератор инвертора монтируется на основе К561ТМ2, используя для работы устройство DD1. Для делителя частоты монтируется триггер DD1.2. Усилительный каскад принимает сигналы с микросхемы.

Для работы подбирают транзисторы КТ827. При их отсутствии используют транзисторы КТ819 ГМ или полевые полупроводники — IRFZ44.

Генератор синусоиды для инвертора 12 220 В работает с высокой частотой. Для образования контура с размерами 50 Гц используется вторичная обмотка и параллельное подсоединение конденсатора и нагрузки. При подключении любого устройства, инвертор создает преобразование напряжения в 220 В.

Схема имеет один существенный недостаток — несовершенную форму параметров на выходе.

Микросхема К561ТМ2 дублируется К564ТМ2. Увеличение мощности преобразователя достигается подбором более интенсивных транзисторов. Следует обратить внимание на конденсатор, установленный на выходе. Он имеет напряжение 250 В.

Вернуться к оглавлению

Создание преобразователя с использованием новейших деталей

Самодельные инверторы функционируют стабильно, на выходе транзисторы работают от усиленного основного генератора. Используют элементы серии КТ819ГМ, установленные на радиаторе больших размеров.

Для создания преобразователя применяют упрощенную схему. В процессе работы приобретают необходимые материалы:

• микросхему КР121ЕУ1;
• транзисторы IRL2505;
• паяльник;
• олово.

Микросхема КР12116У1 обладает особенностью: она содержит два канала регулировки ключей и легко справляется с построением несложных преобразователей напряжения. Микросхема при температуре +25 °С выдает предельные величины напряжения 3 и 9 В.

Частота задающего генератора определяется параметрами элементов в цепи. Транзисторы IRL2505 устанавливают для использования на выходе. На него поступает сигнал, уровень которого позволяет регулировать выходные транзисторы.

Сформировавшийся низкий уровень не позволяет транзисторам перейти из закрытого вида в иное состояние. В результате полностью исключается возникновение мгновенного прохождения тока после одновременного открытия ключей. При попадании высокого уровня на вывод 1 происходит отключение импульсной генерации. На схеме вывод 1 присоединяется к общему проводу.

Для монтажа двухтактного каскада применяют трансформатор Т1 и два транзистора: VT1 и VT2. В открытом канале наблюдается сопротивление 0,008 Ом. Оно незначительно, поэтому мощность транзисторов мала, даже при прохождении большого тока. Выходной трансформатор, имеющий мощность 100 Вт, позволяет использовать ток IRL2505 до 104 А, а импульсный составляет 360 А.

Основная особенность инвертора состоит в том, что можно использовать любой трансформатор, имеющий на выходе 2 обмотки на 12 В.

При выходной мощности до 200 Вт отказываются от установки транзисторов на радиаторы.

Следует учесть, что электроток при мощности в 400 Вт может достигать 40 А.

Инвертор 12V/220V вещь на хозяйстве нужная. Иногда просто необходимая: сеть, допустим, пропала, а телефон разряжен и в холодильнике мясо. Спрос определяет предложение: за готовые модели на 1кВт и более, от которых можно запитывать любые электроприборы, придется выложить где-то от $150. Возможно, более $300. Однако сделать преобразователь напряжения своими руками в наше время дело доступное каждому, кто умеет паять: собрать его из готового набора компонент обойдется втрое-вчетверо дешевле + немного работы и металла из подручного хлама. Если есть для автомобильных аккумуляторных батарей (АКБ), можно уложиться вообще в 300-500 руб. А если имеются еще и начальные радиолюбительские навыки, то, порывшись в загашниках, вполне возможно сделать инвертор 12V DC/220V AC 50Hz на 500-1200 Вт вовсе даром. Рассмотрим возможные варианты.

Варианты: глобально

Преобразователь напряжения 12-220 В для питания нагрузки до 1000 Вт и более в целом можно сделать самостоятельно такими способами (в порядке повышения затрат):

1. Оформить в корпус с теплоотводом готовый блок с Avito, Ebay или AliExpress. Ищется по запросу «inverter 220» или «inverter 12/220»; можно сразу добавить требуемую мощность. Обойдется прим. вдвое дешевле такого же заводского. Электротехнических навыков не нужно, но – см. ниже;
2. Собрать такой же из набора: печатная плата + «россыпь» компонент. Приобретается там же, но к запросу добавляется diy, что значит под самосборку. Цена еще прим. в 1,5 раза ниже. Нужны начальные навыки в радиоэлектронике: пользоваться мультиметром, знание разводок (распиновок) выводов активных элементов или умение их искать, правил включения в схему полярных компонент (диодов, электролитических конденсаторов) и умение определять, на какой ток какого сечения нужны провода;
3. Приспособить под инвертор компьютерный источник бесперебойного питания (ИБП, UPS). Исправный ИБП б/у без штатной АКБ можно найти за 300-500 руб. Навыков не нужно никаких – к ИБП просто подключается авто АКБ. Но заряжать ее придется отдельно, также см. ниже;
4. Выбрать способ преобразования, схему (см. далее) сообразно своим потребностям и наличию деталей, рассчитать и собрать полностью самостоятельно. Возможно совсем даром, но кроме начальных электронных навыков понадобится умение пользоваться некоторыми специальными измерительными приборами (тоже см. далее) и производить простейшие инженерные расчеты.

Из готового модуля

Способы сборки по пп. 1 и 2 на самом деле не такие уж простые. Корпуса готовых заводских инверторов служат одновременно и теплоотводами для мощных транзисторных ключей внутри. Если брать «полуфабрикат» или «россыпь», то корпуса к ним не будет: при теперешней себестоимости электроники, ручного труда и цветных металлов разница в ценах объясняется как раз отсутствием второго и, возможно, третьего. Т.е., радиатор для мощных ключей придется делать самому или искать готовый алюминиевый. Его толщина в месте установки ключей должна быть от 4 мм, а площади на каждый ключ должно приходиться от 50 кв. см. на каждый кВт отдаваемой мощности; с обдувом от компьютерного вентилятора-кулера на 12 В 110-130 мА – от 30 кв. см*кВт*ключ.

Напр., в наборе (модуле) 2 ключа (их видно, они торчат из платы, см. слева на рис.); модули с ключами на радиаторе (справа на рис.) стоят дороже и рассчитаны на определенную, как правило, не очень большую мощность. Кулера нет, мощность нужна 1,5 кВт. Значит, нужен радиатор от 150 кв. см. Кроме него еще установочные комплекты для ключей: изолирующие теплопроводящие прокладки и фурнитура под крепежные винты – изолирующие чашечки и шайбы. Если модуль с теплозащитой (между ключами будет торчать еще какая-то фитюлька – термодатчик), то немного термопасты для приклеивания его к радиатору. Провода – само собой, см. далее.

Из ИБП (UPS)

Инвертор 12В DC/220 В AC 50 Гц, к которому можно подключать любые приборы в пределах допустимой мощности, делается из компьютерного ИБП совсем просто: штатные провода к «своей» АКБ заменяются длинными с зажимами под клеммы авто АКБ. Сечение проводов рассчитывается исходя из допустимой плотности тока 20-25 А/кв. мм, см. также далее. Но вот из-за нештатной батареи могут возникнуть проблемы – с нею же, а она дороже и нужнее преобразователя.

В ИБП применяются тоже свинцово-кислотные АКБ. Это на сегодня единственно широко доступный вторичный химический источник электропитания, способный регулярно отдавать большие токи (экстратоки), не «убиваясь» полностью за 10-15 циклов заряд-разряд. В авиации используются серебряно-цинковые АКБ, которые еще мощнее, но они чудовищно дороги, в широкий оборот не выпускаются, а их ресурс по бытовым меркам ничтожен – ок. 150 циклов.

Разряд кислотных АКБ четко отслеживается по напряжению на банку, и контроллер ИБП не даст «чужой» батарее разрядиться сверх меры. Но в штатных АКБ ИБП электролит гелевый, а в автоаккумуляторах жидкий. Режимы заряда в том и другом случае существенно отличаются: сквозь гель нельзя пропускать такие токи, как сквозь жидкость, а в жидком электролите при слишком малом токе заряда подвижность ионов будем мала и они не все вернутся на свои места в электродах. В результате ИБП будет хронически недозаряжать авто АКБ, она скоро засульфатируется и придет в полную негодность. Поэтому в комплект к инвертору на ИБП нужно зарядное устройство для аккумуляторов. Сделать его своими руками можно, но это уже другая тема.

Батарея и мощность

От АКБ зависит и пригодность преобразователя для той или иной цели. Повышающий инвертор напряжения не берет энергию для потребителей из «темной материи» Вселенной, черных дыр, духа святого или откуда-то еще просто так. Только – из АКБ. А от нее он возьмет мощность, отдаваемую потребителям, деленную на КПД самого преобразователя.

Если вы увидите на корпусе фирменного инвертора «6800W» или более – верьте глазам своим. Современная электроника позволяет поместить в объеме сигаретной пачки устройства и помощнее. Но, допустим, нам нужна мощность в нагрузке 1000 Вт, а в распоряжении есть обычный автоаккумулятор на 12 В 60 А/ч. Типовое значение КПД инвертора – 0,8. Значит, от батареи он возьмет ок. 100 А. На такой ток нужны и провода сечением от 5 кв. мм (см. выше), но не это тут главное.

Автолюбители знают: гонял стартер 20 мин – покупай новый аккумулятор. Правда, в новых машинах есть ограничители времени его работы, так что, возможно, и не знают. И точно не все знают, что стартер легковушки, раскрутившись, берет ток ок. 75 А (в течение 0,1-0,2 с при запуске – до 600 А). Простейший расчет – и выходит, что, если в инверторе нет автоматики, ограничивающей разряд батареи, то наша за 15 мин сядет полностью. Так что выбирайте или конструируйте свой преобразователь с учетом возможностей наличной АКБ.

Примечание: из этого следует огромное преимущество преобразователей 12/220 в на основе компьютерных ИБП – их контроллер не даст полностью посадить батарею.

Ресурс кислотных АКБ заметно не уменьшается, если они разряжаются 2-х часовым током (12 А для 60 А/ч, 24 А для 120 А/ч и 42 А для 210 А/ч). С учетом КПД преобразования это дает допустимую долговременную мощность нагрузки в прим. 120 Вт, 230 Вт и 400 Вт соотв. Для 10 мин. нагрузки (напр., для запитки электроинструмента) она может быть увеличена в 2,5 раза, но после этого АБК должна отдохнуть не менее 20 мин.

В целом итог получается не совсем уж плохой. Из обычного бытового электроинструмента только болгарка может брать 1000-1300 Вт. Остальные, как правило, обходятся мощностью до 400 Вт, а шуруповерты до 250 Вт. Холодильник от АКБ 12 В 60 А/ч через инвертор проработает 1,5-5 час; вполне достаточно, чтобы принять необходимые меры. Поэтому делать преобразователь на 1кВт для батареи 60 А/ч смысл имеет.

Что будет на выходе?

Преобразователи напряжения ради уменьшения массогабаритов устройства за редкими исключениями (см. далее) работают на повышенных частотах от сотен Гц до единиц и десятков кГц. Ток такой частоты не примет никакой потребитель, а потери его энергии в обычной проводке будут огромны. Поэтому инверторы 12-200 строятся под выходное напряжение след. видов:

• Постоянное выпрямленное 220 В (220V AC). Пригодны для питания телефонных зарядок, большинства источников питания (ИП) планшетов, ламп накаливания, люминесцентных экономок и светодиодных. На мощность от 150-250 Вт отлично подойдут для ручного электроинструмента: потребляемая им мощность на постоянном токе немного снижается, а крутящий момент возрастает. Непригодны для импульсных блоков питания (ИБП) телевизоров, компьютеров, ноутбуков, микроволновок и т.п. мощностью более 40-50 Вт: в таких обязательно есть т. наз. пусковой узел, для нормальной работы которого сетевое напряжение должно периодически проходить через ноль. Непригодны и опасны для приборов с силовыми трансформаторами на железе и электромоторами переменного тока: стационарного электроинструмента, холодильников, кондиционеров, большей части Hi-Fi аудио, кухонных комбайнов, некоторых пылесосов, кофеварок, кофемолок и микроволновок (для последних – из-за наличия мотора вращения стола).
• Модифицированное синусоидальное (см. далее) – пригодны для любых потребителей, кроме Hi-Fi аудио с ИБП, прочих устройств с ИБП от 40-50 Вт (см. выше) и, часто локальных охранных систем, домашних метеостанций и т.п. с чувствительными аналоговыми датчиками.
• Чистое синусоидальное – пригодны без ограничений, кроме как по мощности, для любых потребителей электроэнергии.

Синус или псевдосинус?

С целью повышения экономичности преобразование напряжения осуществляется не только на повышенных частотах, но и разнополярными импульсами. Однако запитывать очень многие приборы-потребители последовательностью разнополярных прямоугольных импульсов (т. наз. меандром) нельзя: большие выбросы на фронтах меандра при хоть чуть-чуть реактивной нагрузке приведут к большим потерям энергии и могут вызвать неисправность потребителя. Однако проектировать преобразователь на синусодальный ток тоже нельзя – КПД не превысит прим. 0,6.

Тихая, но существенная в данной отрасли революция произошла, когда специально для инверторов напряжения были разработаны микросхемы, формирующие т. наз. модифицированную синусоиду (слева на рис.), хотя правильнее было бы назвать ее псевдо-, мета-, квази- и т.п. синусоидой. Форма тока модифицированной синусоиды ступенчатая, а фронты импульсов затянуты (фронтов меандра на экране электронно-лучевого осциллографа часто вообще не видно). Благодаря этому потребители с трансформаторами на железе или заметной реактивностью (асинхронными электромоторами) «понимают» псевдосинусоиду «как настоящую» и работают как ни в чем не бывало; Hi-Fi аудио с сетевым трансформатором на железе запитывать модифицированной синусоидой можно. Кроме того, модифицированную синусоиду возможно достаточно простыми способами сгладить до «почти настоящей», отличия которой от чистой на осциллографе на глаз еле заметны; преобразователи типа «Чистый синус» стоят ненамного дороже обычных, справа на рис.

Однако приборы с капризными аналоговыми узлами и ИБП запускать от модифицированной синусоиды нежелательно. Последние – крайне нежелательно. Дело в том, что средняя площадка модифицированной синусоиды не чистый ноль напряжения. Узел запуска ИБП от модифицированной синусоиды срабатывает нечетко и весь ИБП может не выйти из режима запуска в рабочий. Пользователь это видит сначала как безобразные глюки, а потом из девайса идет дым, как в анекдоте. Поэтому приборы в ИБП нужно запитывать от инверторов типа Чистый Синус.

Делаем инвертор сами

Итак, пока ясно, что лучше всего делать инвертор на выход в 220 В 50 Гц, хотя и о выходе AC мы тоже еще вспомним. В первом случае для контроля частоты понадобится частотомер: нормы на колебания частоты сети электропитания – 48-53 Гц. Особенно чувствительны к ее отклонениям электромоторы переменного тока: при выходе частоты питающего напряжения до пределы допуска они греются и «уходят» от номинальных оборотов. Последнее очень опасно для холодильников и кондиционеров, могут неустранимо выйти из строя вследствие разгерметизации. Но покупать, арендовать или выпрашивать на время точный и многофункциональный электронный частотомер нет нужны – нам его точность ни к чему. Вполне подойдет или электромеханический резонансный частотомер (поз. 1 на рис.), или стрелочный любой системы, поз. 2:

Стоят тот и другой недорого, продаются в интернете, а в больших городах в электротехнических спецмагазинах. Старый резонансный частотомер можно найти на на железном базаре, а тот или другой после наладки инвертора очень даже подойдут для контроля частоты сети в доме – счетчик на подключение их к сети не реагирует.

50 Гц от компьютера

В большинстве случаев питание 220 В 50 Гц требуется потребителям не особо мощным, до 250-350 Вт. Тогда основой преобразователя 12/220 В 50 Гц может послужить ИБП от старого компьютера – если, конечно, такой валяется в хламе или кто-то продает по дешевке. Отдаваемая в нагрузку мощность будет прим. 0,7 от номинальной ИБП. Напр., если на его корпусе значится «250W», то приборы до 150-170 Вт можно подключать безбоязненно. Нужно больше – надо сначала проверить на нагрузке из ламп накаливания. Выдержал 2 часа – такую мощность способен отдавать и долговременно. Как сделать инвертор 12V DC/220V AC 50Hz из компьютерного блока питания, см. видео ниже.

Видео: простой преобразователь 12-220 из компьютерного БП

Ключи

Допустим, компьютерного ИБП нет или нужна мощность побольше. Тогда важное значение приобретает выбор ключевых элементов: они должны коммутировать большие токи с наименьшими потерями на переключение, быть надежными и доступными по цене. В этом отношении биполярные транзисторы и тиристоры в данной сфере применения уверенно уходят в прошлое.

Вторая революция в инверторном деле связана с появлением мощных полевых транзисторов («полевиков») т. наз. вертикальной структуры. Впрочем, они перевернули всю технику электропитания маломощных устройств: найти в «бытовухе» трансформатор на железе становится все труднее.

Лучшие из мощных полевиков для преобразователей напряжения – с изолированным затвором и индуцированным каналом (MOSFET), напр. IFR3205, слева на рис.:

Благодаря ничтожной мощности переключения КПД инвертора с выходом DC на таких транзисторах может достигать 0,95, а с выходом AC 50 Гц 0,85-0,87. Аналоги MOSFET со встроенным каналом, напр. IFRZ44, дают КПД пониже, но стоят гораздо дешевле. Пара тех или других позволяет довести мощность в нагрузке до прим. 600 Вт; те и другие без проблем запараллеливаются (справа на рис.), что позволяет строить инверторы на мощность до 3 кВт.

Примечание: мощность потерь переключения ключей со встроенным каналом при работе на существенно реактивную нагрузку (напр., асинхронный электродвигатель) может достигать 1,5 Вт на ключ. Ключи с индуцированным каналом от этого недостатка свободны.

TL494

Третий элемент, который позволил довести преобразователи напряжения до теперешнего состояния – специализированная микросхема TL494 и ее аналоги. Все они представляют собой контроллер широтно-импульсной модуляции (ШИМ), формирующий на выходах сигнал модифицированной синусоиды. Выходы разнополярные, что позволяет управлять парами ключей. Опорная частота преобразования задается одной RC цепью, параметры которой можно менять в широких пределах.

Когда хватит постоянки

Круг потребителей тока 220 В DC ограничен, но как раз у них потребность в автономном электропитании возникает не только в аварийных ситуациях. Напр., при работе электроинструментом на выезде либо в дальнем углу своего же участка. Или присутствует всегда, скажем, у дежурного освещения входа в дом, прихожей, коридора, придомовой территории от солнечной батареи, днем подзаряжающей АКБ. Третий типичный случай – зарядка телефона на ходу от прикуривателя. Здесь мощность на выходе нужна совсем маленькая, так что инвертор может быть выполнен всего на 1 транзисторе по схеме релаксационного генератора, см. след. ролик.

Видео: повышающий преобразователь на одном транзисторе

Уже для питания 2-3 светодиодных лампочек нужна мощность побольше. КПД блокинг-генераторов при попытке «выжать» ее резко падает, и приходится переходить на схемы с отдельными времязадающими элементами или полной внутренней индуктивной обратной связью, они наиболее экономичны и содержат наименьшее количество компонент. В первом случае для коммутации одного ключа используется ЭДС самоиндукции одной из обмоток трансформатора совместно с времязадающей цепью. Во втором частотозадающим элементом является сам повышающий трансформатор за счет его собственной постоянной времени; ее величина определяется преимущественно явлением самоиндукции. Поэтому те и другие инверторы иногда называют преобразователями на самоиндукции. Их КПД, как правило, не выше 0,6-0,65, но, во-первых, схема проста и наладки не требует. Во-вторых, напряжение на выходе скорее трапецеидальное, чем меандр; «требовательные» потребители «понимают» его как модифицированную синусоиду. Недостаток – полевые ключи в таких преобразователях практически неприменимы, т.к. часто выходят из строя от бросков напряжения на первичной обмотке при коммутации.

Пример схемы с внешними времязадающими элементами дан на поз. 1 рис.:

Автору конструкции не удалось выжать из нее более 11 Вт, но судя по всему, он перепутал феррит с карбонильным железом. Во всяком случае, броневой (чашечный) магнитопровод на его же фото (см. рис. справа) никак не ферритовый. Больше он похож на старый карбонильный, окислившийся снаружи от времени, см. рис. справа. Трансформатор для этого инвертора лучше намотать на ферритовом кольце с площадью сечения по ферриту 0,7-1,2 кв. см. Первичная обмотка тогда должна содержать 7 витков провода диаметром по меди 0,6-0,8 мм, а вторичная 57-58 витков провода 0,3-0,32 мм. Это под выпрямление с удвоением, см. далее. Под «чистые» 220 В – 230-235 витков провода 0,2-0,25. В таком случае этот инвертор при замене КТ814 на КТ818 отдаст мощность до 25-30 Вт, чего достаточно для 3-4 светодиодных ламп. При замене КТ814 на КТ626 мощность в нагрузке будет ок. 15 Вт, но КПД повысится. В обоих случаях радиатор ключа – от 50 кв. см.

На поз. 2 дана схема «допотопного» преобразователя 12-220 с отдельными обмотками обратной связи. Не такая уж она архаичная. Во-первых, выходное напряжение под нагрузкой – трапеция с округленными переломами без выбросов. Это даже лучше, чем модифицированная синусоида. Во-вторых, этот преобразователь может быть без каких-либо переделок в схеме выполнен на мощность до 300-350 Вт и частоту 50 Гц, тогда выпрямитель не нужен, надо только поставить VT1 и VT2 на радиаторы от 250 кв. см. каждый. В-третьих, он бережет АКБ: при перегрузке частота преобразования падает, отдаваемая мощность уменьшается, а если нагрузить еще больше, генерация срывается. Т.е., чтобы избежать переразряда батареи, не требуется никакой автоматики.

Порядок расчета данного инвертора дан в скане на рис.:

Ключевые величины в нем – частота преобразования и рабочая индукция в магнитопроводе. Частоту преобразования выбирают исходя из материала наличного сердечника и требуемой мощности:

Такая «всеядность» феррита объясняется тем, что петля его гистерезиса прямоугольная и рабочая индукция равна индукции насыщения. Уменьшение по сравнению с типовыми расчетных значений индукции в стальных магнитопроводах вызвано резким ростом потерь на коммутацию несинусоидальных токов при ее возрастании. Поэтому с сердечника силового трансформатора старого телевизора-«гроба» на 270 Вт в этом преобразователе на 50 Гц удастся снять не более 100-120 Вт. Но – на безрыбье и рак рыба.

Примечание: если в наличии есть стальной магнитопровод заведомо завышенного сечения, не выжимайте из него мощность! Пусть лучше индукция будет меньше – КПД преобразователя возрастет, а форма выходного напряжения улучшится.

Выпрямление

Выпрямлять выходное напряжение этих инверторов лучше по схеме с параллельным удвоением напряжения (поз. 3 на рис. со схемами): компоненты для нее обойдутся дешевле, а потери мощности на несинусоидальном токе будут меньше, чем в мостовой. Конденсаторы нужно брать «силовые», рассчитанные на большую реактивную мощность (с обозначениями PE или W). Если поставить «звуковые» без этих букв, они могут просто взорваться.

50 гц? Это очень просто!

Простой инвертор на 50 Гц (поз. 4 рис. выше со схемами) интересная конструкция. У некоторых видов типовых трансформаторов питания собственная постоянная времени близка к 10 мс, т.е. половине периода 50 Гц. Подкорректировав ее времязадающими резисторами, которые будут одновременно и ограничителями тока управления ключей, можно получить на выходе сразу сглаженный меандр 50 Гц без сложных схем формирования. Подойдут трансформаторы ТП, ТПП, ТН на 50-120 Вт, но не всякие. Возможно, придется изменить номиналы резисторов и/или включить параллельно им конденсаторы на 1-22 нФ. Если частота преобразования все равно далеко от 50 Гц, разбирать и перематывать трансформатор бесполезно: склеенный ферромагнитным клеем магнитопровод распушится, и параметры трансформатора резко ухудшатся.

Этот инвертор – дачный преобразователь выходного дня. Аккумулятор машины он не посадит по тем же причинам, что и предыдущий. Но его хватит на освещение домика с верандой светодиодными лампами и телевизор или вибрационный насос в скважине. Частота преобразования налаженного инвертора при изменениях тока нагрузки от 0 до максимального не выходит за пределы технормы для сетей электропитания.

Разводят обмотки исходного трансформатора так. В типовых трансформаторах питания по четному числу вторичных обмоток на 12 или 6 В. Две из них «откладываются», а остальные распаиваются параллельно в группы из равного числа обмоток в каждой. Далее группы соединяются последовательно так, чтобы получились 2 полуобмотки на 12 В каждая, это будет низковольная (первичная) обмотка со средней точкой. Из оставшихся низковольных обмоток одна соединяется последовательно с сетевой на 220 В, это будет повышающая обмотка. Добавка к ней нужна, т.к. падение напряжения на ключах из биполярных составных транзисторах совместно с его потерями в трансформаторе может достигать 2,5-3 В, и выходное напряжение окажется заниженным. Дополнительная обмотка доведет его до нормы.

DC от микросхемы

КПД описанных преобразователей не превышает 0,8, а частота в зависимости от тока нагрузки заметно плавает. Предельная мощность нагрузки менее 400 Вт, так что пришла пора вспомнить о современных схемных решениях.

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

Основное его назначение – питание ручного электроинструмента. К качеству подводимого напряжения такая нагрузка не требовательна, поэтому ключи взяты подешевле; подойдут также IFRZ46, 48. Трансформатор мотается на феррите сечением 2-2,5 кв. см; подойдет сердечник силового трансформатора от компьютерного ИБП. Первичная обмотка – 2х5 витков жгута из 5-6 обмоточных проводов диаметром по меди 0,7-0,8 мм (см. ниже); вторичная – 80 витков такого же провода. Налаживание не требуется, но контроля разряда батареи нет, так что в процессе работы нужно прицепить к ее клеммам мультиметр и не забывать на него поглядывать (то же касается и всех прочих самодельных инверторов напряжения). Если напряжение упало до 10,8 В (1,8 В на банку) – стоп, выключаемся! Упало до1,75 В на банку (10,5 В вся батарея) – это уже пошла сульфатация!

Как мотать трансформатор на кольце

На качественные характеристики инвертора, в частности, на его КПД, довольно сильно влияет поле рассеяния его трансформатора. Принципиальное решение для его уменьшения давно известно: первичную обмотку, «накачивающую» магнитопровод энергией, размещают вплотную к нему; вторичные над ней по убыванию их мощности. Но техника такое дело, что теоретические принципы в конкретных конструкциях иной раз приходится выворачивать наизнанку. Один из законов Мэрфи гласит прим. так: если железка ну вот все равно не хочет работать как надо, попробуй сделать в ней все наоборот. В полной мере это относится к трансформатору повышенной частоты на ферритовом кольцевом магнитопроводе с обмотками из относительно толстого жесткого провода. Мотают трансформатор преобразователя напряжения на ферритовом кольце так:

• Изолируют магнитопровод и с помощью намоточного челнока наматывают на него вторичную повышающую обмотку, укладывая витки как можно плотнее, поз. 1 на рис.:

• Плотно обтягивают «вторичку» скотчем, поз 2.
• Готовят 2 одинаковых жгута проводов для первичной обмотки: наматывают количество витков половины низковольтной обмотки тонким негодным проводом, снимают его, замеряют длину, отрезают нужное количество отрезков обмоточного провода с запасом и собирают их в жгуты.
• Дополнительно изолируют вторичную обмотку до получения относительно ровной поверхности.
• Мотают «первичку» 2-мя жгутами сразу, располагая провода жгутов лентой и равномерно распределяя витки по сердечнику, поз. 3.
• Вызванивают концы жгутов и соединяют начало одного с концом другого, это будет средняя точка обмотки.

Примечание: на электрических принципиальных схемах начала обмоток, если это имеет значение, обозначаются точкой.

50 Гц сглаженные

Модифицированная синусоида от ШИМ-контроллера не единственный способ получить на выходе инвертора 50 Гц, пригодные для подключения любых бытовых потребителей электричества, да и ту не мешало бы еще «пригладить». Простейший из них – старый добрый трансформатор на железе, он хорошо «гладит» за счет своей электрической инерции. Правда, найти магнитопровод на более чем 500 Вт становится все труднее. Включается такой разделительный трансформатор на низковольный выход инвертора, а к его повышающей обмотке подключается нагрузка. По этой схеме, кстати, построено большинство компьютерных ИБП, так что они для такой цели вполне подходят. Если же мотать трансформатор самому, то рассчитывается он аналогично силовому, но со след. особенностями:

• Первоначально определенная величина рабочей индукции делится на 1,1 и применяется во всех дальнейших расчетах. Так нужно, чтобы учесть т. наз. коэффициент формы несинусоидального напряжения Кф; у синусоиды Кф=1.
• Повышающая обмотка рассчитывается сначала как сетевая на 220 В для заданной мощности (или определенной по параметрам магнитопровода и величине рабочей индукции). Затем найденное количество ее витков умножается на 1,08 для мощности до 150 Вт, на 1,05 для мощностей 150-400 Вт и на 1,02 для мощностей 400-1300 Вт.
• Половина низковольтной обмотки рассчитывается как вторичная на напряжение 14,5 В под ключи биполярные или со встроенным каналом и на 13,2 В для ключей с индуцированным каналом.

Примеры схемных решений преобразователей 12-200 В 50 Гц с разделительным трансформатором даны на рис.:

На той, что слева, ключами управляет задающий генератор на т. наз. «мягком» мультивибраторе, он уже генерирует меандр в заваленными фронтами и сглаженными переломами, так что дополнительных мер сглаживания не требуется. Нестабильность частоты мягкого мультивибратора выше, чем обычного, поэтому для ее подстройки нужен потенциометр P. С ключами на КТ827 можно снять мощность до 200 Вт (радиаторы – от 200 кв. см без обдува). Ключи на КП904 из старого хлама или IRFZ44 позволяют увеличить ее до 350 Вт; одинарные на IRF3205 до 600 Вт, а спаренные на них же до 1000 Вт.

Инвертор 12-220 В 50 Гц с задающим генератором на TL494 (справа на рис.) частоту держит железно во всех мыслимых немыслимых условиях эксплуатации. Для более эффективного сглаживания псевдосинусоиды используется явление т. наз. безразличного резонанса, при котором фазовые соотношения токов и напряжений в колебательном контуре становятся такими же, как при остром резонансе, но их амплитуды заметно не увеличиваются. Технически это решается просто: к повышающей обмотке подключают сглаживающий конденсатор, значение емкости которого подбирают по наилучшей форме тока (не напряжения!) под нагрузкой. Для контроля формы тока в цепь нагрузки на мощность 0,03-0,1 от номинальной включают резистор на 0,1-0,5 Ом, к которому и подключают осциллограф с закрытым входом. Сглаживающая емкость не уменьшает КПД инвертора, но пользоваться для настройки компьютерными программами симуляции НЧ осциллографа нельзя, т.к. вход звуковой карты, которая в них используется, не рассчитан на амплитуду в 220х1,4 = 310 В! Ключи и мощности такие же, как в пред. случае.

Более совершенная схема преобразователя 12-200 В 50 Гц дана на рис.:

В ней используются сложные составные ключи. Для улучшения качества выходного напряжения в ней используется тот факт, что эмиттер планарно-эпитаксиальных биполярных транзисторов легирован много сильнее базы и коллектора. Когда TL494 подаст закрывающий потенциал, напр., на базу VT3, ток его коллектора прекратится, но за счет рассасывания объемного заряда эмиттера он замедлит запирание T1 и выбросы напряжения от ЭДС самоиндукции Tr поглотятся цепями L1 и R11C5; они же больше «наклонят» фронты. Выходная мощность инвертора определяется габаритной мощностью Tr, но не более 600 Вт, т.к. использовать в данной схеме парные мощные ключи нельзя – разброс величины заряда затвора MOSFET транзисторов довольно значительный и переключение ключей будет нечетким, отчего форма выходного напряжения может даже ухудшиться.

Дроссель L1 это 5-6 витков провода диаметром от 2,4 мм по меди, намотанных на отрезок ферритового стержня диаметром 8-10 м и длиной 30-40 мм с шагом 3,5-4 мм. Магнитопровод дросселя не должен быть замкнут! Налаживание схемы дело довольно кропотливое и требующее немалого опыта: нужно подобрать L1, R11 и C5 по наилучшей форме выходного тока под нагрузкой, как в пред. случае. Зато и Hi-Fi, запитанное от этого преобразователя, остается «хайфаем» на самый взыскательный слух.

А нельзя ли без трансформатора?

Уже обмоточный провод для мощного трансформатора на 50 Гц влетит в копеечку. Более-менее доступны магнитопроводы от «гробовых» трансформаторов до 270 Вт габаритных, но в инверторе из такого более 120-150 Вт не выжмешь, а КПД будет в лучшем случае 0,7, т.к. «гробовые» магнитопроводы навиты из толстой ленты, потери на вихревые токи в которой при несинусоилальном напряжении на обмотках большие. Найти магнитопровод ШЛ из тонкой ленты, способный отдать более 350 Вт при индукции 0,7 Тл вообще проблематично, обойдется он дорого, а весь преобразователь получится огромным и неподъемным. Трансформаторы ИБП не рассчитаны на частую работу в длительном режиме – они греются и магнитопроводы их в инверторах довольно скоро деградируют – магнитные свойства сильно ухудшаются, мощность преобразователя падает. Есть ли выход?

Да, и такое решение нередко применяется в фирменных преобразователях. Это – электрический мост из ключей на высоковольтных силовых полевых транзисторах с напряжением пробоя от 400 В и током стока более 5 А. Подойдут из первичных цепей компьютерных ИБП, а из старого хлама – КП904 и т.п.

Мост запитывается постоянкой 220 В DC от несложного инвертора 12-220 с выпрямлением. Плечи моста открываются парами наперекрест поочередно, и ток в нагрузке, включенной в диагональ моста, меняет направление; цепи управления всех ключей гальванически разделены. В промышленных конструкциях ключи управляются от спец. ИМС с развязкой оптопарами, но в любительских условиях то и другое можно заменить дополнительным маломощным инвертором 12 В DC – 12 В 50 Гц, работающим на маленький трансформатор на железе, см. рис. Магнитопровод для него можно взять от китайского базарного маломощного трансформатора питания. За счет его электрической инерции качество выходного напряжения получается даже лучше, чем модифицированная синусоида.

Приведенный в данной статье может быть полезен автомобилистам, выезжающим на своем автомобиле на природу, рыбалку, дачу. Он позволяет зарядить телефон, в ночное время подключить фонарь освещения, поработать и поиграть на ноутбуке, посмотреть телевизор и т.д.

Инвертор 12 на 220 вольт с максимальной выходной мощностью 500 ватт собран на 2 микросхемах ( и К155ТМ2) и шести транзисторах. Для повышения КПД и предотвращения сильного нагревания, в выходном каскаде устройства использованы полевые транзисторы с минимальным сопротивлением.

Принцип работы инвертора 12 на 220 вольт

На элементах DD1.1 – DD1.3, C1, R1, по стандартной схеме собран генератор прямоугольных импульсов с примерной частотой 200 Гц.(А). С выхода генератора импульсы следуют на делитель частоты, состоящий из элементов DD2.1 – DD2.2. Вследствие этого на выходе делителя (вывод 6 элемента DD2.1) частота следования импульсов снижается до 100Гц.(В), а уже на выходе 8 DD2.2. частота сигнала равна 50 Гц.(С)

Сигнал с вывода 8 микросхемы DD1 и с вывода 6 микросхемы DD2 поступает на диоды VD1 и VD2 соответственно (Е). Для того чтобы полевые транзисторы полностью открывались необходимо увеличить амплитуду сигнала, который поступает с диода VD1 и VD2, для этого используются транзисторы VT1 и VT2. Посредством транзисторов VT3 и VT4 происходит управление выходными транзисторами. Если в процессе сборки инвертора не было допущено ошибок, то он начинает работать сразу после включения. Единственное что может потребоваться это подбор сопротивления резистора R1, чтобы на выходе было 50 Гц.

Детали конструкции

Транзисторы VT1, VT3 и VT4 – с любой буквой. Транзистор VT2 возможно заменить на КТ361. Стабилизатор DA1 — отечественный аналог КР142ЕН5А. Все резисторы мощностью 0,25 ватт. Диоды любые КД105, 1N4002. Конденсатор C1 со стабильной емкостью — тип К10-17. В качестве трансформатора Тр1 возможно применить силовой трансформатор от старого телевизора. Все обмотки необходимо удалить, кроме сетевой обмотки. Затем намотать две обмотки проводом ПЭЛ – 2,1 мм. Полевые транзисторы необходимо установить на радиатор общей площадью 600 кв. см.

Внимание! Так как элементы схемы находятся под напряжением электросети, то следует соблюдать меры электробезопасности при наладке прибора.