Do zasilania sprzętu potrzebne są falowniki 12–220 V, jeśli nie ma możliwości zasilania sieci domowej. Osobliwością tego urządzenia jest to, że można go wykorzystać do konwersji napięcia stałego 12 V na napięcie przemienne 220 V. Jeszcze kilkadziesiąt lat temu wydawało się to prawie nie do pomyślenia, ale dziś, gdy istnieje ogromna baza elementów, będzie to możliwe wykonanie takiego konwertera nie będzie trudne.

Moc falownika

Podczas podróży możesz używać falownika samochodowego 12-220. Każde urządzenie gospodarstwa domowego może pracować nawet w warunkach polowych. Ale maksymalne dopuszczalne obciążenie jest niewielkie - kilkaset watów. Najpotężniejsze urządzenia pozwalają na podłączenie obciążenia o mocy 2-3 kW, ale bateria szybko się wyczerpie. Rodzaje obciążeń według poboru prądu:

1. Reaktywny - częściowo zużywa energię otrzymaną ze źródła zasilania.
2. Aktywny - energia jest zużywana maksymalnie.

Jeśli dokładnie wiesz, jakie obciążenie podłączysz do falownika, to obliczenie maksymalnej mocy nie będzie trudne. Załóżmy, że planujesz podłączyć do urządzenia obciążenie o maksymalnej mocy 300 watów. Moc samego falownika powinna być o około 25% większa - taka rezerwa wystarczy. Dlatego do pełnego zaspokojenia potrzeb potrzebny jest falownik o mocy 375 W. Ale takiego nie znajdziesz w sprzedaży. Dlatego musisz wybrać urządzenie o mocy 400 W - najbliższej wartości.

Gdzie można zastosować te urządzenia?

Najprostszym typem falownika napięcia 12-220 V jest zasilacz bezprzerwowy stosowany w technice komputerowej. Ale mają jedną dużą wadę - mała moc, bateria nie wytrzymuje długo. A jeśli urządzenie będzie używane na co dzień w połączeniu z minielektrownią (nawet wiatrową), wówczas gwarantowana jest stabilna moc. Zazwyczaj falowniki można znaleźć w następujących konstrukcjach:

1. Alarmy bezpieczeństwa.
2. Kotły grzewcze.
3. Przepompownie.
4. Serwery komputerowe i inne systemy.

Innymi słowy, stosuje się je tam, gdzie wymagane jest stałe zasilanie 220 woltów. Domowe stabilizatory napięcia to nic innego jak falowniki. Tylko w nich napięcie przemienne jest przekształcane na stałe, ustabilizowane, po czym ponownie wzrasta do 220 woltów. Co więcej, za pomocą elektrycznych przełączników półprzewodnikowych i modulatora PWM można uzyskać niemal idealną sinusoidę.

Cechy projektu

Falowniki 12–220 V są dość szeroko stosowane. Zwykli kierowcy używają ich jako źródła zasilania podczas długich podróży. Można po prostu włączyć elektryczną maszynkę do golenia, suszarkę do włosów, telewizor, a nawet zagotować czajnik. To prawda, że ​​​​bateria szybko się rozładowuje. Dlatego lepiej jest używać urządzeń do zasilania niezbędnych urządzeń i oświetlenia.

Najprostsze domowe falowniki 12-220 V można wykonać z kilku tranzystorów mocy i multiwibratora. Urządzenie może pracować nawet przy silnym mrozie. Ale w czasie upałów konieczne jest zapewnienie dodatkowego chłodzenia, w przeciwnym razie tranzystory ulegną awarii. Prostą chłodnicę z komputera osobistego wystarczy zainstalować na grzejniku w celu chłodzenia półprzewodnikowych tranzystorów mocy.

Najprostszy domowy falownik

Prawie wszystkie dostępne na rynku falowniki wykorzystują prąd o wysokiej częstotliwości. Klasyczne obwody, które wykonano na bazie transformatorów, zostały całkowicie zapomniane, zastąpiono je konstrukcjami impulsowymi.

W oparciu o jeden mikroukład K561TM2, składający się z dwóch przerzutników typu D, możliwe jest utworzenie najprostszej ścieżki master dla falownika. Obwód składa się z oscylatora głównego, którego rolę pełni DD1, a także dzielnika częstotliwości wykonanego na wyzwalaczu DD1.2.

Do konwersji napięcia używane są tranzystory mocy, takie jak KT827 lub KT819. Tranzystory polowe typu IRFZ44 wykazują bardzo dobre wyniki. Za pomocą głównego generatora generowana jest sinusoida, która jest niezbędna do normalnej pracy konstrukcji.

Cechy falownika

Aby uzyskać obwód 50 Hz, konieczne jest zastosowanie uzwojenia wtórnego i kondensatorów elektrolitycznych oraz podłączonego równolegle elementu obciążającego. Gdy do wyjścia nie jest podłączone żadne obciążenie, obwód nie działa. Po podłączeniu dowolnego odbiornika falownik rozpocznie przetwarzanie napięcia z 12 na 220 woltów.

Sinusoida wyjściowa jest daleka od ideału. Jest to ogromna wada takiego schematu. Aby uzyskać wzrost mocy, konieczne jest zastosowanie droższych i wydajniejszych typów tranzystorów. Zwróć uwagę na kondensator elektrolityczny podłączony do wyjścia. Powinien być zaprojektowany na napięcie minimalne 250 V. Lepiej będzie, jeśli wartość ta będzie wyższa niż 300 V.

Urządzenia oparte na nowoczesnych komponentach

Takie obwody można wykorzystać do zasilania urządzeń gospodarstwa domowego, świetlówek itp. W projekcie tranzystory mocy typu KT819GM ​​są montowane na grzejniku o dużej powierzchni, aby poprawić chłodzenie. Układ zawiera oscylator główny oparty na elemencie logicznym KR121EU1, analogicznie jak w przypadku omawianym powyżej, dobrze sprawdzają się także tranzystory polowe IRL2505.

Wybór mikroukładu KR12116U1 nie był przypadkowy – posiada on dwukanałową regulację wyłączników mocy. Dlatego idealnie nadaje się do prostych projektów. Częstotliwość wytwarzana przez oscylator główny zależy od elementów pasywnych zastosowanych w obwodzie. Za pomocą sygnału z generatora półprzewodniki są otwierane i blokowane.

Gdy kanały w tranzystorach są otwarte, ich rezystancja wynosi tylko 0,008 oma - to bardzo mało. Dlatego można zastosować tranzystory o małej mocy. Na przykład, jeśli na wyjściu zainstalowany jest transformator o mocy 100 W, w trybie normalnym przez tranzystory przepłynie prąd o natężeniu około 104 A. W trybie impulsowym wartość szczytowa może wynosić 350-360 amperów.

Gotowe płytki do montażu falowników

W sprzedaży znajdziesz gotowe moduły. Są to tablice, na których instalowane są:

1. Transformator.
2. Półprzewodnikowe przełączniki mocy.
3. Kaloryfer.
4. Elementy pasywne.
5. Urządzenia różnicowoprądowe, bezpieczniki.

Taki falownik 12 do 220 wytworzy na wyjściu czystą falę sinusoidalną, ponieważ jest produkowany w nowoczesnym zakładzie.Koszt gotowych bloków jest dość wysoki. Najniższy będzie kosztował nie mniej niż 300-350 rubli i taka jest cena hurtowa. Im wyższa moc urządzenia, tym wyższy jego koszt.

Ale zanim użyjesz takich urządzeń, musisz znaleźć odpowiednią obudowę. Tablicę należy zamontować w taki sposób, aby przestrzeń wewnętrzna była dobrze chłodzona. Wskazane jest wykonanie dodatkowego wymuszonego chłodzenia za pomocą chłodnicy z komputera osobistego. Falownik 12-220, którego schemat pokazano powyżej, również musi zostać zamontowany w niezawodnej obudowie. Najważniejsze, aby przypadkowo nie dotknąć zacisków wysokiego napięcia.

Drugie życie zasilaczy awaryjnych!

Jeśli masz „dodatkowy” zasilacz awaryjny, którego bateria jest całkowicie wyczerpana, nadal możesz go ożywić. Aby to zrobić, musisz wprowadzić kilka małych zmian:

1. Wyjmij starą baterię.
2. Przylutuj nowe przewody do podłączenia do akumulatora 12 V.
3. Na krawędziach przewodów zainstaluj zaciski do podłączenia do akumulatora samochodowego. Jeśli urządzenie będzie używane w samochodzie, można je zasilać z gniazda zapalniczki. Ale jest to niepożądane - duża moc urządzenia powoduje nadmierne nagrzewanie przewodów.

Aby podłączyć urządzenia gospodarstwa domowego do zasilacza awaryjnego, należy wykonać gniazda. Najłatwiej jest zrobić nośnik ze starego listwa przeciwprzepięciowego i kawałka drutu z wtyczką, w którym zmieści się cały sprzęt.

Cechy konstrukcyjne oparte na zasilaniu bezprzerwowym

Przy dobrym akumulatorze o pojemności 55 Ah taka konstrukcja jest w stanie utrzymać normalną temperaturę w inkubatorze na przykład na 100 jaj nawet przez jeden dzień. Każdy rolnik wie, jak niebezpieczna jest hipotermia dla inkubatorów. To prawda, że ​​​​moc takiego urządzenia jest niewielka, klimatyzator lub lodówka nie będą mogły działać prawidłowo.

Wadą tego projektu jest to, że standardowy obwód nie będzie w stanie w pełni naładować akumulatora samochodowego. Dlatego też, gdy akumulator jest całkowicie rozładowany, należy go naładować z normalnego urządzenia wytwarzającego prąd o natężeniu większym niż 5-6 amperów.

Domowy mocny falownik

Aby wykonać falownik 12 V 220 3000 W własnymi rękami, będziesz potrzebować znajomości podstaw elektrotechniki i umiejętności instalacyjnych. Będziesz musiał wykonać kilka konkretnych elementów. Jednym z nich jest transformator impulsowy. Za jego pomocą napięcie wzrasta z 12 do 220 woltów. Musisz także zaopatrzyć się w kilka drogich elementów. Są one wymienione poniżej:

1. Modulator PWM. Niezbędne do działania przełączników półprzewodnikowych. Za jego pomocą ustawia się częstotliwość roboczą całego obwodu. Należy zauważyć, że częstotliwość przełączania wyłączników mocy wynosi kilkadziesiąt tysięcy razy na sekundę.
2. Tranzystory półprzewodnikowe pełniące funkcję przełączników mocy umożliwiają nie tylko wzmocnienie sygnału, ale także przełączanie. Otwierają się i zamykają, a w połączeniu z modulatorem PWM tworzą niemal czystą falę sinusoidalną.
3. Grzejniki aluminiowe o dużej powierzchni. Im większa moc urządzenia, tym większa wymagana powierzchnia grzejnika.
4. Materiał foliowy, na którym montowane są wszystkie elementy. W razie potrzeby można oczywiście wykonać montaż na ścianie, ale zajmie to zbyt dużo miejsca. Możesz zrobić taki domowy falownik 12-220 własnymi rękami w ciągu kilku minut, ale jego użycie będzie niebezpieczne, jeśli nie podejmiesz odpowiednich środków.
5. Elementy pasywne - rezystory, kondensatory.
6. Podłączanie przewodów.

Podczas produkcji urządzenia do przełączania może być również potrzebnych kilka przekaźników elektromagnetycznych. Nawiasem mówiąc, możesz zdecydować, że zamiast wyłączników zasilania dopuszczalne jest stosowanie prostych przekaźników elektromagnetycznych. Jest tylko jedno - prędkość przełączania jest bardzo wysoka (40-60 tysięcy operacji na sekundę). Dlatego urządzenia elektromechaniczne nie są w stanie sprostać temu zadaniu.

Gotowe falowniki

Jeśli nie chcesz robić falownika 12V 220 3000W własnymi rękami, możesz kupić gotowy produkt w pięknej obudowie, z dużą ilością złączy do podłączenia urządzeń. Ale cena jest zbyt wysoka. Najtańszy, którego moc ledwo sięga 50 W, można kupić za 800-1000 rubli. A wystarczy naładować baterię laptopa lub zasilić kilka lamp oświetleniowych LED. Do takiego urządzenia nie da się już podłączyć elektrycznej suszarki do włosów czy lokówki.

Mocniejsze urządzenia (ponad 2000 W) mają odpowiednią cenę. Najtańszy falownik 12–220 V będzie kosztować 3000–5000 rubli. Ale wszystko zależy od producenta. Wysokiej jakości, wielofunkcyjne urządzenia produkowane przez znane firmy mogą kosztować ponad 20 000 rubli. Dlatego ludzie mniej lub bardziej zaznajomieni z elektrotechniką wolą własnoręcznie wykonać falownik 12-220. Na szczęście elementy do produkcji można znaleźć w najprostszym zasilaczu komputera osobistego.

Falownik 12V/220V to rzecz niezbędna w gospodarstwie domowym. Czasami jest to po prostu konieczne: na przykład sieć zniknęła, telefon nie działa, a w lodówce jest mięso. Popyt determinuje podaż: za gotowe modele o mocy 1 kW lub większej, z których można zasilać dowolne urządzenia elektryczne, trzeba będzie zapłacić od 150 dolarów. Ewentualnie ponad 300 dolarów. Jednak wykonanie przetwornicy napięcia własnymi rękami w naszych czasach jest dostępne dla każdego, kto umie lutować: złożenie go z gotowego zestawu komponentów będzie kosztować trzy do czterech razy mniej + trochę pracy i metalu ze złomu. Jeśli jest taki na akumulatory samochodowe, ogólnie można wydać 300-500 rubli. A jeśli masz także podstawowe umiejętności związane z radiem amatorskim, to po przeszukaniu skrytki całkiem możliwe jest wykonanie falownika 12 V DC/220 V AC 50 Hz za 500-1200 W za darmo. Rozważmy możliwe opcje.

Opcje: Globalne

Przetwornicę napięcia 12-220 V do zasilania odbiorników o mocy do 1000 W lub większej można ogólnie wykonać samodzielnie w następujący sposób (w kolejności rosnących kosztów):

1. Umieść gotowe urządzenie w obudowie z radiatorem firmy Avito, Ebay lub AliExpress. Wyszukaj „inwerter 220” lub „inwerter 12/220”; możesz od razu dodać wymaganą moc. Będzie kosztować ok. połowę ceny tego samego fabrycznego. Nie są wymagane żadne umiejętności elektryczne, ale - patrz poniżej;
2. Złóż ten sam z zestawu: płytka drukowana + elementy „rozsypane”. Można go tam kupić, jednak do zapytania dodano diy, czyli samodzielny montaż. Cena nadal ok. 1,5 razy niższy. Wymagane są podstawowe umiejętności z zakresu elektroniki radiowej: obsługa multimetru, znajomość okablowania (pinoutów) zacisków elementów aktywnych lub umiejętność ich wyszukiwania, zasady włączania elementów biegunowych (diody, kondensatory elektrolityczne) do obwodu oraz możliwość określenia, jaki prąd i jaki przekrój przewodów jest potrzebny;
3. Dopasuj zasilacz awaryjny komputera (UPS, UPS) do falownika. Działający używany UPS bez standardowej baterii można znaleźć za 300-500 rubli. Nie potrzebujesz żadnych umiejętności - wystarczy podłączyć akumulator samochodowy do UPS. Ale będziesz musiał ładować go osobno, patrz także poniżej;
4. Wybierz metodę przeróbki, schemat (patrz poniżej) zgodnie ze swoimi potrzebami i dostępnością części, oblicz i zmontuj całkowicie samodzielnie. Może to być całkowicie bezpłatne, ale oprócz podstawowych umiejętności obsługi elektroniki będziesz potrzebować umiejętności obsługi specjalnych przyrządów pomiarowych (patrz także poniżej) i wykonywania prostych obliczeń inżynierskich.

Z gotowego modułu

Metody montażu zgodnie z paragrafami. Punkty 1 i 2 w rzeczywistości nie są takie proste. Obudowy gotowych fabrycznych falowników służą również jako radiatory dla znajdujących się wewnątrz wydajnych przełączników tranzystorowych. Jeśli weźmiesz „półprodukt” lub „luzem”, nie będzie dla nich mieszkań: biorąc pod uwagę obecne koszty elektroniki, pracy ręcznej i metali nieżelaznych, różnicę w cenach tłumaczy się właśnie brakiem drugie i ewentualnie trzecie. Oznacza to, że będziesz musiał samodzielnie wykonać grzejnik do mocnych kluczy lub poszukać gotowego aluminiowego. Jego grubość w miejscu montażu kluczy powinna wynosić co najmniej 4 mm, a powierzchnia każdego klucza powinna wynosić co najmniej 50 metrów kwadratowych. patrz dla każdego kW mocy wyjściowej; z nadmuchem z wentylatora komputerowego 12 V 110-130 mA – od 30 mkw. cm*kW*klucz.

Przykładowo w zestawie (module) znajdują się 2 klucze (widać je, wystają z tablicy, patrz po lewej stronie na rysunku); moduły z kluczami na grzejniku (po prawej na rysunku) są droższe i przeznaczone są na pewną, zwykle niezbyt dużą moc. Nie ma chłodnicy, wymagana moc to 1,5 kW. Oznacza to, że potrzebujesz grzejnika o powierzchni 150 m2. patrz Oprócz tego dostępne są również zestawy montażowe do kluczy: izolacyjne uszczelki przewodzące ciepło i łączniki do śrub montażowych - nakładki izolacyjne i podkładki. Jeżeli moduł posiada zabezpieczenie termiczne (pomiędzy klawiszami będzie wystawać jakiś inny element - czujnik temperatury), to trochę pasty termoprzewodzącej, aby przykleić ją do chłodnicy. Przewody - oczywiście patrz poniżej.

Z UPS-a

Falownik 12V DC/220V AC 50Hz, do którego można podłączyć dowolne urządzenia w ramach dopuszczalnej mocy, zbudowany jest z zasilacza komputerowego w bardzo prosty sposób: standardowe przewody do „twojego” akumulatora zastępuje się długimi z zaciskami do akumulatora samochodowego terminale. Przekrój drutu oblicza się na podstawie dopuszczalnej gęstości prądu 20-25 A/m2. mm, patrz także poniżej. Ale z powodu niestandardowej baterii mogą pojawić się problemy - z nią jest ona droższa i bardziej potrzebna niż konwerter.

UPS wykorzystuje również akumulatory kwasowo-ołowiowe. Jest to obecnie jedyne szeroko dostępne wtórne źródło energii chemicznej, które jest w stanie regularnie dostarczać duże prądy (dodatkowe prądy) bez całkowitego „zabicia” w 10–15 cyklach ładowania i rozładowania. W lotnictwie stosuje się akumulatory srebrno-cynkowe, które są jeszcze mocniejsze, ale potwornie drogie, mało dostępne, a ich żywotność jest znikoma jak na codzienne standardy – ok. 150 cykli.

Rozładowanie akumulatorów kwasowych jest wyraźnie monitorowane przez napięcie na banku, a sterownik UPS nie pozwoli na nadmierne rozładowanie „obcego” akumulatora. Ale w standardowych akumulatorach UPS elektrolit jest żelowy, podczas gdy w akumulatorach samochodowych jest płynny. Tryby ładowania w obu przypadkach znacznie się od siebie różnią: przez żel nie można przepuszczać tych samych prądów, co przez ciecz, a w ciekłym elektrolicie, jeśli prąd ładowania będzie zbyt mały, ruchliwość jonów będzie niska i nie wszystkie powrócą na swoje miejsca w elektrodach. W rezultacie UPS będzie chronicznie niedoładowywać akumulator samochodowy, wkrótce ulegnie on zasiarczeniu i stanie się całkowicie bezużyteczny. Dlatego do falownika w UPS wymagana jest ładowarka akumulatorów. Można to zrobić samemu, ale to już inny temat.

Bateria i zasilanie

Przydatność konwertera do określonego celu zależy również od akumulatora. Falownik podwyższający nie pobiera energii dla konsumentów z „ciemnej materii” Wszechświata, czarnych dziur, ducha świętego ani nigdzie indziej. Tylko z akumulatora. I z tego pobierze moc dostarczaną odbiorcom podzieloną przez wydajność samego konwertera.

Jeśli na korpusie markowego falownika widzisz „6800 W” lub więcej, uwierz własnym oczom. Nowoczesna elektronika pozwala zmieścić w objętości paczki papierosów jeszcze mocniejsze urządzenia. Załóżmy jednak, że potrzebujemy obciążenia o mocy 1000 W i mamy do dyspozycji zwykły akumulator samochodowy 12 V 60 A/h. Typowa wartość sprawności falownika wynosi 0,8. Oznacza to, że zajmie to ok. 100 A. Do takiego prądu potrzebne są również przewody o przekroju 5 metrów kwadratowych. mm (patrz wyżej), ale nie to jest tutaj najważniejsze.

Miłośnicy samochodów wiedzą: jeśli uruchomisz rozrusznik na 20 minut, kup nowy akumulator. To prawda, że ​​nowe maszyny mają ograniczniki czasu działania, więc być może o tym nie wiedzą. A na pewno nie każdy wie, że rozrusznik samochodu po rozkręceniu pobiera prąd o wartości ok. 75 A (w ciągu 0,1-0,2 s przy uruchomieniu - do 600 A). Najprostsza kalkulacja - i okazuje się, że jeśli falownik nie posiada automatyki ograniczającej rozładowywanie akumulatora, to nasz wyczerpie się całkowicie za 15 minut. Zatem wybierz lub zaprojektuj swój konwerter uwzględniając możliwości istniejącego akumulatora.

Notatka: Oznacza to ogromną przewagę przetwornic 12/220 V bazujących na UPS-ach komputerowych - ich sterownik nie pozwoli na całkowite rozładowanie akumulatora.

Żywotność akumulatorów kwasowych nie zmniejsza się zauważalnie przy rozładowywaniu prądem 2-godzinnym (12 A dla 60 A/h, 24 A dla 120 A/h i 42 A dla 210 A/h). Uwzględniając sprawność konwersji, daje to dopuszczalną długoterminową moc obciążenia ok. Odpowiednio 120 W, 230 W i 400 W. Przez 10 minut obciążenie (na przykład do zasilania elektronarzędzia), można je zwiększyć 2,5 razy, ale potem ABC musi odpocząć przez co najmniej 20 minut.

Ogólnie rzecz biorąc, wynik nie jest całkiem zły. Ze zwykłych elektronarzędzi domowych tylko szlifierka może wytrzymać 1000-1300 W. Reszta z reguły kosztuje do 400 W, a śrubokręty do 250 W. Lodówka z akumulatora 12 V 60 A/h będzie pracować przez inwerter przez 1,5-5 godzin; wystarczające, aby podjąć niezbędne środki. Dlatego wykonanie przetwornicy o mocy 1 kW na akumulator 60 A/h ma sens.

Jaki będzie wynik?

W celu zmniejszenia masy i rozmiarów urządzenia, z nielicznymi wyjątkami (patrz poniżej), przetwornice napięcia pracują przy podwyższonych częstotliwościach od setek Hz do jednostek i dziesiątek kHz. Żaden konsument nie zaakceptuje prądu o takiej częstotliwości, a straty jego energii w konwencjonalnym okablowaniu będą ogromne. Dlatego falowniki 12-200 są budowane dla następującego napięcia wyjściowego. typy:

• Stałe prostowane 220 V (220 V AC). Nadaje się do zasilania ładowarek telefonicznych, większości zasilaczy (PS) do tabletów, lamp żarowych, świetlówek i lamp LED. Dzięki mocy 150-250 W doskonale nadają się do elektronarzędzi ręcznych: pobierany przez nie prąd stały jest nieznacznie zmniejszony, a moment obrotowy wzrasta. Nie nadaje się do przełączania zasilaczy (UPS) telewizorów, komputerów, laptopów, kuchenek mikrofalowych itp. o mocy powyżej 40-50 W: te koniecznie mają tzw. jednostka rozruchowa, do normalnej pracy, której napięcie sieciowe musi okresowo przechodzić przez zero. Nieodpowiednie i niebezpieczne dla urządzeń z transformatorami mocy na silnikach żelaznych i elektrycznych prądu przemiennego: elektronarzędzi stacjonarnych, lodówek, klimatyzatorów, większości urządzeń audio Hi-Fi, robotów kuchennych, niektórych odkurzaczy, ekspresów do kawy, młynków do kawy i kuchenek mikrofalowych (w przypadku tych ostatnich - ze względu na obecność stołu silnika obrotowego).
• Zmodyfikowana fala sinusoidalna (patrz poniżej) - odpowiednia dla wszystkich konsumentów, z wyjątkiem sprzętu audio Hi-Fi z zasilaczem UPS, innych urządzeń z zasilaczem UPS o mocy od 40 do 50 W (patrz wyżej) i często lokalnych systemów bezpieczeństwa, domowych stacji pogodowych itp. z czułymi czujnikami analogowymi.
• Czysta sinusoida - odpowiednia bez ograniczeń, z wyjątkiem mocy, dla dowolnych odbiorców energii elektrycznej.

Sinus czy pseudosinus?

W celu zwiększenia wydajności konwersję napięcia przeprowadza się nie tylko przy wyższych częstotliwościach, ale także przy impulsach heteropolarnych. Nie da się jednak zasilić bardzo wielu urządzeń konsumenckich sekwencją wielobiegunowych impulsów prostokątnych (tzw. meander): duże przepięcia na czołach meandrów przy nawet nieznacznie reaktywnym obciążeniu będą prowadzić do dużych strat energii i mogą powodować nieprawidłowe działanie konsumenta. Nie ma jednak możliwości zaprojektowania przetwornicy na prąd sinusodalny – sprawność nie przekroczy ok. 0,6.

Cicha, ale znacząca rewolucja w tej branży nastąpiła, gdy specjalnie dla falowników napięciowych opracowano mikroukłady, tworzące tzw. zmodyfikowana sinusoida (po lewej na rysunku), chociaż bardziej poprawne byłoby nazwanie jej pseudo-, meta-, quasi- itp. sinusoida. Obecny kształt zmodyfikowanej sinusoidy jest schodkowy, a czoła impulsów wydłużają się (często fronty meandrowe są często w ogóle niewidoczne na ekranie oscyloskopu katodowego). Dzięki temu odbiorcy z transformatorami na żelazku lub zauważalną reaktywnością (asynchroniczne silniki elektryczne) „rozumieją” falę pseudosinusoidalną „jako rzeczywistą” i pracują tak, jakby nic się nie stało; Dźwięk Hi-Fi z transformatorem sieciowym na sprzęcie może być zasilany zmodyfikowaną falą sinusoidalną. Ponadto zmodyfikowaną sinusoidę można w dość prosty sposób wygładzić do „prawie rzeczywistej”, różnice w stosunku do czystej sinusoidy na oscyloskopie są ledwo zauważalne dla oka; Przetwornice typu „Pure Sine” nie są dużo droższe od konwencjonalnych, po prawej na ryc.

Nie zaleca się jednak uruchamiania urządzeń z kapryśnymi komponentami analogowymi i UPS ze zmodyfikowanej fali sinusoidalnej. Te ostatnie są wyjątkowo niepożądane. Faktem jest, że środkowa platforma zmodyfikowanej sinusoidy nie jest czystym napięciem zerowym. Jednostka rozruchowa UPS ze zmodyfikowanej sinusoidy nie działa wyraźnie i cały UPS może nie wyjść z trybu rozruchu do trybu pracy. Użytkownik początkowo postrzega to jako brzydkie usterki, a następnie z urządzenia wydobywa się dym, jak w dowcipie. Dlatego też urządzenia w UPS-ie muszą być zasilane z falowników typu Pure Sine.

Falownik wykonujemy sami

Zatem na razie jest jasne, że najlepiej jest wykonać falownik na napięcie wyjściowe 220 V 50 Hz, chociaż będziemy pamiętać również o wyjściu prądu przemiennego. W pierwszym przypadku do kontroli częstotliwości potrzebny będzie miernik częstotliwości: norma wahań częstotliwości sieci energetycznej wynosi 48-53 Hz. Silniki elektryczne prądu przemiennego są szczególnie wrażliwe na jego odchylenia: gdy częstotliwość napięcia zasilania osiąga granice tolerancji, nagrzewają się i „odchodzą” od prędkości znamionowej. To ostatnie jest bardzo niebezpieczne dla lodówek i klimatyzatorów, mogą one nieodwracalnie ulec awarii z powodu obniżenia ciśnienia. Ale nie musimy kupować, wynajmować ani błagać o pożyczkę dokładnego i wielofunkcyjnego elektronicznego miernika częstotliwości - nie jest nam potrzebna jego dokładność. Albo elektromechaniczny miernik częstotliwości rezonansowej (poz. 1 na rysunku) albo wskaźnik dowolnego układu, poz. 2:

Oba są niedrogie, sprzedawane w Internecie oraz w dużych miastach w specjalistycznych sklepach elektrycznych. Stary miernik częstotliwości rezonansowej można znaleźć na rynku żelaznym i jeden lub drugi po skonfigurowaniu falownika bardzo nadaje się do monitorowania częstotliwości sieci w domu - miernik nie reaguje na podłączenie ich do sieci.

50 Hz z komputera

W większości przypadków odbiorniki o niezbyt dużej mocy wymagają zasilania 220 V 50 Hz, do 250–350 W. Wtedy podstawą przetwornicy 12/220 V 50 Hz może być UPS ze starego komputera - jeśli oczywiście jakiś leży w śmietniku lub ktoś go tanio sprzedaje. Moc dostarczona do obciążenia wyniesie ok. 0,7 od znamionowego UPS. Na przykład, jeśli na korpusie jest napisane „250 W”, wówczas można bez obaw podłączyć urządzenia o mocy do 150-170 W. Potrzebujesz więcej - musisz najpierw przetestować to na obciążeniu lamp żarowych. Trwało to 2 godziny – taką moc potrafi długo dostarczać. Jak zrobić falownik 12 V DC/220 V AC 50 Hz z zasilacza komputerowego, zobacz poniższy film.

Wideo: prosty konwerter 12-220 z zasilacza komputerowego

Klucze

Załóżmy, że nie ma zasilacza UPS w komputerze lub potrzebujesz większej mocy. Wtedy ważny staje się wybór kluczowych elementów: muszą przełączać duże prądy przy minimalnych stratach przełączania, być niezawodne i niedrogie. Pod tym względem tranzystory bipolarne i tyrystory z pewnością stają się przeszłością w tym obszarze zastosowań.

Druga rewolucja w branży falowników wiąże się z pojawieniem się potężnych tranzystorów polowych („tranzystory polowe”), tzw. struktura pionowa. Jednak zrewolucjonizowali całą technologię zasilania urządzeń małej mocy: coraz trudniej jest znaleźć transformator na żelazku w sprzęcie gospodarstwa domowego.

Najlepszymi urządzeniami polowymi dużej mocy do przetwornic napięcia są kanał indukowany izolowaną bramką (MOSFET), np. IFR3205, po lewej stronie na rysunku:

Ze względu na znikomą moc przełączania wydajność falownika z wyjściem DC na takich tranzystorach może osiągnąć 0,95, a przy wyjściu AC 50 Hz 0,85-0,87. Analogi MOSFET-ów z wbudowanym kanałem, np. IFRZ44, dają niższą wydajność, ale są znacznie tańsze. Para jednego lub drugiego pozwala na doprowadzenie mocy w obciążeniu do ok. 600 W; obydwa można bezproblemowo łączyć równolegle (na rysunku po prawej), co pozwala na budowę falowników o mocy do 3 kW.

Notatka: Strata mocy przełączników z wbudowanym kanałem podczas pracy przy znacznie reaktywnym obciążeniu (na przykład asynchroniczny silnik elektryczny) może osiągnąć 1,5 W na przełącznik. Klucze z kanałem indukowanym są wolne od tej wady.

TL494

Trzecim elementem, który umożliwił doprowadzenie przetwornic napięcia do aktualnego stanu, jest specjalizowany mikroukład TL494 i jego analogi. Wszystkie są kontrolerem modulacji szerokości impulsu (PWM), który generuje na wyjściach zmodyfikowany sygnał sinusoidalny. Wyjścia są wielobiegunowe, co pozwala na sterowanie parami klawiszy. Częstotliwość przetwarzania odniesienia ustalana jest przez pojedynczy obwód RC, którego parametry można zmieniać w szerokich granicach.

Kiedy wystarczy stała praca?

Krąg odbiorców napięcia 220 V DC jest ograniczony, ale to oni potrzebują autonomicznego zasilania nie tylko w sytuacjach awaryjnych. Na przykład podczas pracy z elektronarzędziami na drodze lub w odległym kącie własnej witryny. Lub jest zawsze obecny, powiedzmy, przy oświetleniu awaryjnym wejścia do domu, przedpokoju, korytarza, okolicy z baterii słonecznej, która ładuje akumulator w ciągu dnia. Trzeci typowy przypadek to ładowanie telefonu w drodze z zapalniczki. Tutaj moc wyjściowa jest bardzo potrzebna, więc falownik można wykonać z tylko 1 tranzystorem, zgodnie z obwodem generatora relaksacyjnego, patrz dalej. klip wideo.

Wideo: konwerter podwyższający na jednym tranzystorze

Już do zasilania 2-3 żarówek LED potrzeba większej mocy. Przy próbie „ściśnięcia” wydajność blokowania generatorów gwałtownie spada i trzeba przejść na obwody z oddzielnymi elementami rozrządu lub pełnym wewnętrznym indukcyjnym sprzężeniem zwrotnym, są one najbardziej ekonomiczne i zawierają najmniejszą liczbę elementów. W pierwszym przypadku do przełączenia jednego przełącznika wykorzystuje się samoindukcyjne pole elektromagnetyczne jednego z uzwojeń transformatora wraz z obwodem czasowym. W drugim, elementem nastawczym częstotliwości jest sam transformator podwyższający ze względu na jego własną stałą czasową; o jego wartości decyduje przede wszystkim zjawisko samoindukcji. Dlatego oba falowniki nazywane są czasami przetwornicami samoindukcyjnymi. Ich wydajność z reguły nie jest wyższa niż 0,6-0,65, ale po pierwsze obwód jest prosty i nie wymaga regulacji. Po drugie, napięcie wyjściowe jest bardziej trapezowe niż prostokątne; „wymagający” konsumenci „rozumieją” to jako zmodyfikowaną sinusoidę. Wada: przełączniki polowe w takich przetwornicach są praktycznie nie do zastosowania, bo często ulegają awarii z powodu skoków napięcia na uzwojeniu pierwotnym podczas przełączania.

Przykład obwodu z zewnętrznymi elementami taktującymi podano w poz. 1 zdjęcie:

Autor projektu nie był w stanie wycisnąć z niego więcej niż 11 W, ale najwyraźniej pomylił ferryt z żelazem karbonylowym. W każdym razie opancerzony (kubkowy) obwód magnetyczny na jego własnym zdjęciu (patrz rysunek po prawej) w żadnym wypadku nie jest ferrytowy. Wygląda bardziej jak stary karbonyl, z biegiem czasu utleniony na zewnątrz, patrz ryc. po prawej. Lepiej jest nawinąć transformator dla tego falownika na pierścieniu ferrytowym o przekroju ferrytowym 0,7-1,2 metra kwadratowego. cm Uzwojenie pierwotne powinno wówczas zawierać 7 zwojów drutu o średnicy miedzi 0,6-0,8 mm, a uzwojenie wtórne powinno zawierać 57-58 zwojów drutu 0,3-0,32 mm. Dotyczy to prostowania z podwojeniem, patrz poniżej. Dla „czystego” 220 V - 230-235 zwojów drutu 0,2-0,25. W takim przypadku przy wymianie KT814 na KT818 falownik ten dostarczy moc do 25-30 W, co wystarczy na 3-4 lampy LED. Przy wymianie KT814 na KT626 moc obciążenia wyniesie ok. 15 W, ale wydajność wzrośnie. W obu przypadkach kluczowy grzejnik ma powierzchnię od 50 metrów kwadratowych. cm.

W poz. Rysunek 2 pokazuje schemat „przedpotopowego” przetwornika 12-220 z oddzielnymi uzwojeniami sprzężenia zwrotnego. To nie jest takie archaiczne. Po pierwsze, napięcie wyjściowe pod obciążeniem jest trapezowe z zaokrąglonymi przerwami i bez skoków. To nawet lepsze niż zmodyfikowana fala sinusoidalna. Po drugie, ten konwerter można zaprojektować bez żadnych modyfikacji w obwodzie dla mocy do 300-350 W i częstotliwości 50 Hz, wtedy prostownik nie jest potrzebny, wystarczy zainstalować VT1 i VT2 na grzejnikach od 250 kW . Zobacz Każdy. Po trzecie, chroni akumulator: w przypadku przeciążenia spada częstotliwość konwersji, moc wyjściowa maleje, a jeśli obciążysz go jeszcze bardziej, generowanie zatrzymuje się. Oznacza to, że aby uniknąć nadmiernego rozładowania akumulatora, nie jest wymagana żadna automatyzacja.

Procedura obliczania tego falownika jest podana na skanie na ryc.:

Kluczowymi wielkościami są częstotliwość konwersji i indukcja robocza w obwodzie magnetycznym. Częstotliwość konwersji dobierana jest na podstawie materiału dostępnego rdzenia i wymaganej mocy:

Typ Rdzenie magnetyczne	Częstotliwość indukcji/konwersji
	Do 50 W	50-100 W	100-200 W	200-350 W
Żelazo „mocowe” z transformatorów mocy o grubości 0,35-0,6 mm	0,5 T/(50-1000) Hz	0,55 T/(50-400) Hz	0,6 T/(50-150) Hz	0,7 T/(50-60) Hz
„Dźwięczne” żelazo z transformatorów wyjściowych UMZCH o grubości 0,2-0,25 mm	0,4 T/(1000-3000) Hz	0,35 T/(1000-2000) Hz	-	-
Żelazo „sygnałowe” z transformatorów sygnałowych o grubości 0,06-0,15 mm (nie permalloy!)	0,3 T/(2000-8000) Hz	0,25 T/(2000-5000) Hz	-	-
Ferryt	0,15 T/(5-30) kHz	0,15 T/(5-30) kHz	0,15 T/(5-30) kHz	0,15 T/(5-30) kHz

Tę „wszystkożerność” ferrytu tłumaczy się tym, że jego pętla histerezy ma kształt prostokątny, a indukcja robocza jest równa indukcji nasycenia. Spadek obliczonych wartości indukcji w stalowych rdzeniach magnetycznych w porównaniu do wartości typowych jest spowodowany gwałtownym wzrostem strat przełączania prądów niesinusoidalnych w miarę ich wzrostu. Dlatego z rdzenia transformatora mocy starego telewizora „trumiennego” o mocy 270 W w tym przetworniku 50 Hz będzie można wydobyć nie więcej niż 100-120 W. Ale bez ryb u ryb występuje rak.

Notatka: Jeśli masz stalowy rdzeń magnetyczny o celowo przewymiarowanym przekroju, nie wyciskaj z niego mocy! Niech indukcja będzie lepsza - wydajność przetwornicy wzrośnie, a kształt napięcia wyjściowego poprawi się.

Prostowanie

Lepiej jest skorygować napięcie wyjściowe tych falowników za pomocą obwodu z równoległym podwojeniem napięcia (pozycja 3 na rysunku ze schematami): komponenty do tego będą tańsze, a straty mocy na prądzie niesinusoidalnym będą mniejsze niż w moście. Kondensatory należy przyjmować jako „moc”, zaprojektowane dla dużej mocy biernej (oznaczone jako PE lub W). Jeśli umieścisz „zdrowe” bez tych liter, mogą po prostu eksplodować.

50 Hz? To jest bardzo proste!

Ciekawą konstrukcją jest prosty falownik 50 Hz (poz. 4 na powyższym rysunku ze schematami). W przypadku niektórych typów standardowych transformatorów mocy wewnętrzna stała czasowa jest bliska 10 ms, tj. pół okresu 50 Hz. Dostosowując go za pomocą rezystorów czasowych, które będą również działać jako ograniczniki prądu sterującego przełącznikiem, można natychmiast uzyskać wygładzoną falę prostokątną 50 Hz na wyjściu bez skomplikowanych obwodów formujących. Odpowiednie są transformatory TP, TPP, TN o mocy 50-120 W, ale nie byle jakie. Być może będziesz musiał zmienić wartości rezystorów i/lub podłączyć równolegle z nimi kondensatory 1-22 nF. Jeśli częstotliwość konwersji jest nadal daleka od 50 Hz, demontaż i przewijanie transformatora nie ma sensu: obwód magnetyczny sklejony klejem ferromagnetycznym puchnie, a parametry transformatora gwałtownie się pogarszają.

Ten falownik jest weekendowym konwerterem daczy. Nie rozładuje akumulatora samochodowego z tych samych powodów, co poprzedni. Wystarczy jednak oświetlić dom werandą lampami LED i telewizorem lub pompą wibracyjną w studni. Częstotliwość konwersji ustawionego falownika przy zmianie prądu obciążenia od 0 do maksimum nie przekracza norm technicznych dla sieci zasilających.

Uzwojenia oryginalnego transformatora są poprowadzone w ten sposób. W typowych transformatorach mocy jest parzysta liczba uzwojeń wtórnych dla 12 lub 6 V. Dwa z nich są „odłożone”, a pozostałe są lutowane równolegle w grupy o równej liczbie uzwojeń w każdym. Następnie grupy łączy się szeregowo, aby uzyskać 2 półuzwojenia o napięciu 12 V każde, będzie to uzwojenie niskiego napięcia (pierwotne) z punktem środkowym. Z pozostałych uzwojeń niskiego napięcia jedno jest połączone szeregowo z uzwojeniem sieci 220 V i będzie to uzwojenie podwyższające. Dodatek jest potrzebny, ponieważ... Spadek napięcia na przełącznikach wykonanych z bipolarnych tranzystorów kompozytowych wraz ze stratami w transformatorze może sięgać 2,5-3 V, a napięcie wyjściowe będzie zaniżone. Dodatkowe uzwojenie przywróci go do normy.

DC z chipa

Sprawność opisywanych przetworników nie przekracza 0,8, a częstotliwość zmienia się zauważalnie w zależności od prądu obciążenia. Maksymalna moc obciążenia to niecałe 400 W, więc czas pomyśleć o nowoczesnych rozwiązaniach obwodów.

Schemat prostej przetwornicy 12 V DC/220 V DC na 500-600 W pokazano na rysunku:

Jego głównym przeznaczeniem jest zasilanie elektronarzędzi ręcznych. Takie obciążenie nie wymaga jakości dostarczanego napięcia, więc klucze są tańsze; Odpowiednie są również IFRZ46, 48. Transformator jest nawinięty na ferrycie o przekroju 2-2,5 metra kwadratowego. cm; Odpowiedni rdzeń transformatora mocy z komputera UPS. Uzwojenie pierwotne - 2x5 zwojów wiązki 5-6 drutów uzwojeniowych o średnicy miedzi 0,7-0,8 mm (patrz poniżej); wtórne - 80 zwojów tego samego drutu. Nie jest wymagana żadna regulacja, ale nie ma monitorowania rozładowania akumulatora, dlatego podczas pracy należy podłączyć multimetr do jego zacisków i nie zapomnieć na niego spojrzeć (to samo dotyczy wszystkich innych domowych przetwornic napięcia). Jeśli napięcie spadnie do 10,8 V (1,8 V na ogniwo) - zatrzymaj się, wyłącz! Spadło do 1,75 V na ogniwo (10,5 V na cały akumulator) - to już zasiarczenie!

Jak nawinąć transformator na pierścień

Na cechy jakościowe falownika, w szczególności na jego sprawność, dość duży wpływ ma pole rozproszone jego transformatora. Od dawna znane jest podstawowe rozwiązanie jego ograniczenia: uzwojenie pierwotne, które „pompuje” energię w obwodzie magnetycznym, umieszczono blisko niego; drugorzędne nad nim w malejącej kolejności ich mocy. Ale technologia to taka rzecz, że czasami trzeba wywrócić zasady teoretyczne w konkretnych projektach. Jedno z praw Murphy’ego stwierdza, że ​​ok. więc: jeśli sprzęt nadal nie chce działać tak, jak powinien, spróbuj zrobić na odwrót. Dotyczy to w pełni transformatora wysokiej częstotliwości na rdzeniu magnetycznym z pierścieniem ferrytowym i uzwojeniami wykonanymi ze stosunkowo grubego sztywnego drutu. Nawiń transformator przetwornicy napięcia na pierścień ferrytowy w następujący sposób:

• Obwód magnetyczny jest izolowany i za pomocą wahadła uzwojenia nawija się na niego wtórne uzwojenie podwyższające, układając zwoje tak ciasno, jak to możliwe, poz. 1 na ryc.:

• Szczelnie owiń część wtórną taśmą, poz.2.
• Przygotuj 2 identyczne wiązki przewodów dla uzwojenia pierwotnego: owiń liczbę zwojów połowy uzwojenia niskiego napięcia cienkim, nienadającym się do użytku drutem, usuń go, zmierz długość, odetnij wymaganą liczbę odcinków drutu uzwojenia z rezerwą i zmontuj je w wiązki.
• Dodatkowo uzwojenie wtórne jest izolowane aż do uzyskania stosunkowo płaskiej powierzchni.
• Nawiń „pierwotny” 2 wiązkami jednocześnie, układając druty wiązek taśmą i równomiernie rozprowadzając zwoje na rdzeniu, poz. 3.
• Zadzwoń do końców wiązek i połącz początek jednego z końcem drugiego, będzie to środkowy punkt uzwojenia.

Notatka: na schematach obwodów elektrycznych początki uzwojeń, jeśli ma to zastosowanie, są oznaczone kropką.

50 Hz wygładzone

Zmodyfikowana sinusoida ze sterownika PWM to nie jedyny sposób na uzyskanie na wyjściu falownika częstotliwości 50 Hz, odpowiedniej do podłączenia dowolnych domowych odbiorników prądu, i nie zaszkodzi to też „wygładzić”. Najprostszym z nich jest stary, dobry transformator żelazny, który dzięki swojej bezwładności elektrycznej dobrze „prasuje”. To prawda, że ​​coraz trudniej jest znaleźć rdzeń magnetyczny o mocy większej niż 500 W. Taki transformator izolujący jest włączany na wyjście niskiego napięcia falownika, a obciążenie jest podłączone do jego uzwojenia podwyższającego. Nawiasem mówiąc, większość zasilaczy UPS komputerowych jest zbudowana zgodnie z tym schematem, więc nadają się do tego celu. Jeśli sam nawiniesz transformator, oblicza się go podobnie jak transformator mocy, ale ze śladem. cechy:

• Wstępnie ustaloną wartość indukcji roboczej dzieli się przez 1,1 i uwzględnia we wszystkich dalszych obliczeniach. Jest to konieczne, aby uwzględnić tzw. niesinusoidalny współczynnik kształtu napięcia Kf; dla sinusoidy Kf=1.
• Uzwojenie podwyższające oblicza się w pierwszej kolejności jako uzwojenie sieci 220 V dla danej mocy (lub określa się je na podstawie parametrów obwodu magnetycznego i wartości indukcji roboczej). Następnie otrzymaną liczbę zwojów mnoży się przez 1,08 dla mocy do 150 W, przez 1,05 dla mocy 150-400 W i przez 1,02 dla mocy 400-1300 W.
• Połowę uzwojenia niskiego napięcia oblicza się jako napięcie wtórne wynoszące 14,5 V dla przełączników bipolarnych lub z wbudowanym kanałem i 13,2 V dla przełączników z kanałem indukowanym.

Przykładowe rozwiązania obwodów dla przetwornic 12-200 V 50 Hz z transformatorem separacyjnym pokazano na rysunku:

Klawiszami tego po lewej stronie steruje tzw. oscylator główny. multiwibrator „miękki”, generuje już meander w zablokowanych frontach i wygładzonych pęknięciach, więc nie są wymagane żadne dodatkowe zabiegi wygładzające. Niestabilność częstotliwości miękkiego multiwibratora jest większa niż zwykłego, dlatego do jego regulacji potrzebny jest potencjometr P. Za pomocą klawiszy na KT827 można usunąć moc do 200 W (grzejniki od 200 cm2 bez dmuchanie). Klawisze w KP904 ze starego złomu lub IRFZ44 pozwalają zwiększyć ją do 350 W; pojedynczy na IRF3205 do 600 W i sparowany na nich do 1000 W.

Falownik 12-220 V 50 Hz z oscylatorem głównym na TL494 (po prawej na rysunku) utrzymuje częstotliwość stale we wszystkich możliwych warunkach pracy. Aby skuteczniej wygładzić pseudosinusoidę, stosuje się tzw. zjawisko. rezonans obojętny, w którym zależności fazowe prądów i napięć w obwodzie oscylacyjnym stają się takie same jak w przypadku rezonansu ostrego, ale ich amplitudy nie zwiększają się zauważalnie. Technicznie można to rozwiązać w prosty sposób: do uzwojenia wzmacniającego podłącza się kondensator wygładzający, którego wartość pojemności dobiera się według najlepszego kształtu prądu (nie napięcia!) pod obciążeniem. Aby kontrolować kształt prądu, do obwodu obciążenia podłącza się rezystor 0,1-0,5 oma o mocy 0,03-0,1 wartości znamionowej, do którego podłączony jest oscyloskop z zamkniętym wejściem. Pojemność wygładzająca nie zmniejsza sprawności falownika, ale nie można do jego konfiguracji używać programów komputerowych do symulacji oscyloskopów niskich częstotliwości, ponieważ wejście używanej przez nich karty dźwiękowej nie jest zaprojektowane dla amplitudy 220x1,4 = 310 V! Klucze i moce są takie same jak poprzednio. sprawa.

Bardziej zaawansowany obwód przetwornicy 12-200 V 50 Hz pokazano na ryc.:

Wykorzystuje złożone klucze złożone. Do poprawy jakości napięcia wyjściowego wykorzystuje fakt, że emiter planarnych epitaksjalnych tranzystorów bipolarnych jest domieszkowany znacznie silniej niż baza i kolektor. Kiedy TL494 przykłada potencjał zamykający, na przykład do podstawy VT3, jego prąd kolektora zatrzyma się, ale z powodu resorpcji ładunku przestrzennego emitera spowolni zamykanie T1 i skoki napięcia z samoindukcji emf Tr będzie pochłaniany przez obwody L1 i R11C5; bardziej „pochylą” fronty. Moc wyjściową falownika określa się na podstawie mocy całkowitej Tr, ale nie więcej niż 600 W, ponieważ Nie ma możliwości zastosowania w tym obwodzie sparowanych, mocnych przełączników - rozrzut wartości ładunku bramki tranzystorów MOSFET jest dość znaczny i przełączanie przełączników będzie niejasne, dlatego kształt napięcia wyjściowego może się nawet pogorszyć.

Dławik L1 to 5-6 zwojów drutu o średnicy 2,4 mm na miedzi, nawiniętych na kawałek pręta ferrytowego o średnicy 8-10 m i długości 30-40 mm ze skokiem 3,5-4 mm. Obwód magnetyczny przepustnicy nie może być zwarty! Utworzenie obwodu jest dość żmudnym zadaniem i wymaga dużego doświadczenia: należy dobrać L1, R11 i C5 zgodnie z najlepszym kształtem prądu wyjściowego pod obciążeniem, tak jak w poprzednim. sprawa. Ale Hi-Fi zasilane z tego konwertera pozostaje „hi-fi” dla najbardziej wymagających uszu.

Czy jest to możliwe bez transformatora?

Już drut uzwojenia do potężnego transformatora 50 Hz będzie kosztować niezły grosz. Rdzenie magnetyczne z transformatorów „trumiennych” o łącznej mocy do 270 W są mniej więcej dostępne, ale w falowniku nie da się z tego wycisnąć więcej niż 120-150 W, a sprawność wyniesie co najwyżej 0,7, bo Rdzenie magnetyczne „trumienne” nawinięte są z grubej taśmy, w której straty wiroprądowe są duże przy niesinusoidalnym napięciu na uzwojeniach. Znalezienie rdzenia magnetycznego SL wykonanego z cienkiego paska, który byłby w stanie dostarczyć więcej niż 350 W przy indukcji 0,7 Tesli, jest generalnie problematyczne, będzie kosztowne, a cały przetwornik będzie ogromny i ciężki. Transformatory UPS nie są przeznaczone do częstej pracy w trybie długotrwałym - nagrzewają się, a ich obwody magnetyczne w falownikach dość szybko ulegają degradacji - właściwości magnetyczne znacznie się pogarszają, moc przetwornicy spada. Czy jest jakieś wyjście?

Tak i to rozwiązanie jest często stosowane w markowych konwerterach. Jest to mostek elektryczny wykonany z przełączników na tranzystorach polowych wysokiego napięcia mocy o napięciu przebicia 400 V i prądzie drenu większym niż 5 A. Nadaje się z obwodów pierwotnych komputerowych UPS i ze starych śmieci - KP904, itp.

Mostek zasilany jest stałym napięciem 220 V DC z prostego falownika 12-220 z prostownikiem. Ramiona mostu otwierają się parami, poprzecznie, naprzemiennie, a prąd w obciążeniu zawartym w przekątnej mostu zmienia kierunek; Obwody sterujące wszystkich klawiszy są odseparowane galwanicznie. W projektach przemysłowych klucze są kontrolowane za pomocą specjalnych urządzeń. Układ scalony z izolacją transoptorową, ale w warunkach amatorskich oba można zastąpić dodatkowym falownikiem małej mocy 12 V DC - 12 V 50 Hz, zasilanym małym transformatorem sprzętowym, patrz rys. Rdzeń magnetyczny można pobrać z chińskiego transformatora mocy małej mocy. Ze względu na bezwładność elektryczną jakość napięcia wyjściowego jest nawet lepsza niż w przypadku zmodyfikowanej fali sinusoidalnej.

Przetwornica napięcia w samochodzie może czasem okazać się niezwykle przydatna, jednak większość produktów dostępnych w sklepach jest albo kiepskiej jakości, albo niezadowalająca pod względem mocy, a do tego nie jest tania. Ale obwód falownika składa się z najprostszych części, dlatego oferujemy instrukcje dotyczące montażu przetwornika napięcia własnymi rękami.

Obudowa falownika

Pierwszą rzeczą do rozważenia są straty konwersji energii elektrycznej uwalniane w postaci ciepła na przełącznikach obwodów. Średnio wartość ta wynosi 2-5% mocy znamionowej urządzenia, ale liczba ta ma tendencję do zwiększania się z powodu niewłaściwego doboru lub starzenia się komponentów.

Kluczowe znaczenie ma odprowadzanie ciepła z elementów półprzewodnikowych: tranzystory są bardzo wrażliwe na przegrzanie, co wyraża się szybką degradacją tych ostatnich i prawdopodobnie ich całkowitą awarią. Z tego powodu podstawą obudowy powinien być radiator – grzejnik aluminiowy.

Do profili grzejników odpowiedni jest zwykły „grzebień” o szerokości 80-120 mm i długości około 300-400 mm. Ekrany tranzystorów polowych mocowane są do płaskiej części profilu za pomocą śrub – na ich tylnej powierzchni znajdują się metalowe plamki. Ale to nie wszystko jest proste: między ekranami wszystkich tranzystorów w obwodzie nie powinno być kontaktu elektrycznego, dlatego grzejnik i mocowania są izolowane folią mikową i podkładkami kartonowymi, a interfejs termiczny jest nakładany po obu stronach przekładki dielektrycznej pastą zawierającą metal.

Ustalamy obciążenie i kupujemy komponenty

Niezwykle ważne jest zrozumienie, dlaczego falownik to nie tylko przekładnik napięciowy i dlaczego istnieje tak różnorodna oferta tego typu urządzeń. Przede wszystkim pamiętaj, że podłączając transformator do źródła prądu stałego, nic nie uzyskasz na wyjściu: prąd w akumulatorze nie zmienia polaryzacji, w związku z tym zjawisko indukcji elektromagnetycznej w transformatorze jako takie nie występuje.

Pierwszą częścią obwodu falownika jest multiwibrator wejściowy, który symuluje oscylacje sieci w celu przeprowadzenia transformacji. Zwykle montowany jest na dwóch tranzystorach bipolarnych zdolnych do sterowania wyłącznikami mocy (na przykład IRFZ44, IRF1010NPBF lub mocniejszy - IRF1404ZPBF), dla których najważniejszym parametrem jest maksymalny dopuszczalny prąd. Może osiągnąć kilkaset amperów, ale generalnie wystarczy pomnożyć prąd przez napięcie akumulatora, aby uzyskać przybliżoną liczbę watów mocy wyjściowej bez uwzględnienia strat.

Prosty konwerter oparty na multiwibratorze i przełącznikach pola mocy IRFZ44

Częstotliwość pracy multiwibratora nie jest stała, obliczanie jej i stabilizacja to strata czasu. Zamiast tego prąd na wyjściu transformatora jest przekształcany z powrotem na prąd stały za pomocą mostka diodowego. Taki falownik może nadawać się do zasilania odbiorników czysto aktywnych - żarówek lub grzejników elektrycznych, pieców.

Na podstawie uzyskanej bazy można składać inne obwody różniące się częstotliwością i czystością sygnału wyjściowego. Łatwiej jest wybrać komponenty do części obwodu wysokiego napięcia: prądy tutaj nie są tak wysokie, w niektórych przypadkach wyjściowy multiwibrator i zespół filtra można zastąpić parą mikroukładów z odpowiednim okablowaniem. W sieci odbiorczej należy stosować kondensatory elektrolityczne, a w obwodach o niskim poziomie sygnału kondensatory mikowe.

Opcja przetwornicy z generatorem częstotliwości bazującym na mikroukładach K561TM2 w obwodzie pierwotnym

Warto również zauważyć, że aby zwiększyć moc końcową, wcale nie jest konieczne kupowanie mocniejszych i żaroodpornych komponentów pierwotnego multiwibratora. Problem można rozwiązać zwiększając liczbę obwodów przetwornicy połączonych równolegle, jednak każdy z nich będzie wymagał własnego transformatora.

Opcja z równoległym połączeniem obwodów

Walka o sinusoidę – analizujemy typowe obwody

Przetwornice napięcia są dziś stosowane wszędzie, zarówno przez kierowców, którzy chcą korzystać ze sprzętu AGD poza domem, jak i przez mieszkańców autonomicznych domów zasilanych energią słoneczną. Ogólnie rzecz biorąc, możemy powiedzieć, że złożoność urządzenia przekształtnikowego bezpośrednio determinuje szerokość zakresu odbieraków prądu, które można do niego podłączyć.

Niestety czysty „sinus” występuje tylko w głównej sieci zasilającej, bardzo, bardzo trudno jest uzyskać konwersję na niego prądu stałego. Ale w większości przypadków nie jest to wymagane. Do podłączenia silników elektrycznych (od wiertarek po młynki do kawy) wystarczy prąd pulsujący o częstotliwości od 50 do 100 herców bez wygładzania.

Lampy ESL, LED i wszelkiego rodzaju generatory prądu (zasilacze, ładowarki) mają większe znaczenie przy wyborze częstotliwości, ponieważ ich obwód operacyjny opiera się na częstotliwości 50 Hz. W takich przypadkach w wibratorze wtórnym należy uwzględnić mikroukłady zwane generatorem impulsów. Mogą bezpośrednio przełączać małe obciążenie lub działać jako „przewodnik” dla szeregu przełączników mocy w obwodzie wyjściowym falownika.

Ale nawet taki przebiegły plan nie zadziała, jeśli planujesz użyć falownika do zapewnienia stabilnej mocy sieciom z masą heterogenicznych odbiorców, w tym asynchronicznych maszyn elektrycznych. W tym przypadku czysty „sinus” jest bardzo ważny i mogą go zrealizować tylko przetwornice częstotliwości z cyfrową regulacją sygnału.

Transformator: wybierzemy go lub zrobimy sami

Do montażu falownika potrzebny jest tylko jeden element obwodu, który przekształca niskie napięcie w wysokie napięcie. Można zastosować transformatory z zasilaczy komputerów osobistych i starych UPS-ów, których uzwojenia są przeznaczone do transformacji 12/24-250 V i odwrotnie, pozostaje tylko poprawnie określić wnioski.

Mimo to lepiej nawinąć transformator własnymi rękami, ponieważ pierścienie ferrytowe umożliwiają wykonanie tego samodzielnie i przy dowolnych parametrach. Ferryt ma doskonałą przewodność elektromagnetyczną, co oznacza, że ​​straty transformacyjne będą minimalne, nawet jeśli drut zostanie nawinięty ręcznie i niezbyt ciasno. Ponadto można łatwo obliczyć wymaganą liczbę zwojów i grubość drutu za pomocą kalkulatorów dostępnych w Internecie.

Przed nawinięciem należy przygotować pierścień rdzeniowy - usunąć ostre krawędzie pilnikiem i szczelnie owinąć izolatorem - włóknem szklanym impregnowanym klejem epoksydowym. Następnie następuje uzwojenie uzwojenia pierwotnego z grubego drutu miedzianego o obliczonym przekroju. Po wybraniu wymaganej liczby zwojów należy je równomiernie rozłożyć na powierzchni pierścienia w równych odstępach. Zaciski uzwojeń są podłączone zgodnie ze schematem i zaizolowane termokurczką.

Uzwojenie pierwotne pokryte jest dwiema warstwami taśmy izolacyjnej z Mylaru, następnie nawinięte jest uzwojenie wtórne wysokiego napięcia i kolejna warstwa izolacji. Ważną kwestią jest to, że uzwojenie wtórne musi być uzwojone w przeciwnym kierunku, w przeciwnym razie transformator nie będzie działał. Na koniec w szczelinę do jednego z zaczepów należy wlutować półprzewodnikowy bezpiecznik termiczny, którego prąd i temperatura zadziałania zależą od parametrów drutu uzwojenia wtórnego (korpus bezpiecznika musi być ściśle nawinięty na transformator). Transformator jest owinięty od góry dwiema warstwami izolacji winylowej bez podkładu klejącego, koniec jest zabezpieczony opaską lub klejem cyjanoakrylowym.

Montaż elementów radiowych

Pozostaje tylko zmontować urządzenie. Ponieważ w obwodzie nie ma zbyt wielu elementów, można je umieścić nie na płytce drukowanej, ale zamontować na grzejniku, czyli na korpusie urządzenia. Nogi pinów lutujemy solidnym drutem miedzianym o odpowiednio dużym przekroju, następnie miejsce połączenia wzmacniamy 5-7 zwojami cienkiego drutu transformatorowego i niewielką ilością lutowia POS-61. Po ostygnięciu złącza izoluje się je cienką rurką termokurczliwą.

Obwody dużej mocy ze złożonymi obwodami wtórnymi mogą wymagać płytki drukowanej z tranzystorami ustawionymi na krawędziach w celu luźnego przymocowania do radiatora. Do wykonania sygnetu nadaje się włókno szklane o grubości folii co najmniej 50 mikronów, w przypadku cieńszej powłoki należy wzmocnić obwody niskiego napięcia zworkami z drutu miedzianego.

Dziś łatwo jest wykonać płytkę drukowaną w domu - program Sprint-Layout umożliwia rysowanie szablonów do wycinania obwodów o dowolnej złożoności, w tym płytek dwustronnych. Powstały obraz jest drukowany za pomocą drukarki laserowej na wysokiej jakości papierze fotograficznym. Następnie szablon nakłada się na oczyszczoną i odtłuszczoną miedź, prasuje, a papier zmywa wodą. Technologia ta nazywa się „prasowaniem laserowym” (LIT) i jest szczegółowo opisana w Internecie.

Resztki miedzi można wytrawić chlorkiem żelaza, elektrolitem, a nawet solą kuchenną; jest wiele sposobów. Po wytrawieniu należy zmyć zaschnięty toner, wywiercić otwory montażowe wiertłem o średnicy 1 mm i przejechać wszystkie ścieżki lutownicą (łukiem krytym), aby ocynować miedź pól stykowych i poprawić przewodność kanały.

Kupno gotowego urządzenia nie będzie stanowić problemu– w sklepach motoryzacyjnych można znaleźć (przetwornice napięcia impulsowego) o różnych mocach i cenach.

Jednak cena takiego urządzenia średniej mocy (300-500 W) wynosi kilka tysięcy rubli, a niezawodność wielu chińskich falowników budzi dość kontrowersje. Wykonanie prostego konwertera własnymi rękami to nie tylko sposób na znaczne zaoszczędzenie pieniędzy, ale także okazja do poszerzenia swojej wiedzy z elektroniki. W przypadku awarii naprawa domowego obwodu będzie znacznie łatwiejsza.

Prosty konwerter impulsów

Obwód tego urządzenia jest bardzo prosty, a większość części można usunąć z niepotrzebnego zasilacza komputerowego. Oczywiście ma to również zauważalną wadę - napięcie 220 V uzyskane na wyjściu transformatora jest dalekie od kształtu sinusoidalnego i ma częstotliwość znacznie wyższą niż akceptowane 50 Hz. Nie wolno do niego podłączać bezpośrednio silników elektrycznych ani wrażliwych urządzeń elektronicznych.

Aby móc podłączyć do tego falownika sprzęt zawierający zasilacze impulsowe (np. zasilacz do laptopa) zastosowano ciekawe rozwiązanie - Na wyjściu transformatora zainstalowany jest prostownik z kondensatorami wygładzającymi. To prawda, że ​​​​podłączony adapter może pracować tylko w jednym położeniu gniazda, gdy polaryzacja napięcia wyjściowego pokrywa się z kierunkiem prostownika wbudowanego w adapter. Proste odbiorniki, takie jak żarówki lub lutownica, można podłączyć bezpośrednio do wyjścia transformatora TR1.

Podstawą powyższego obwodu jest najczęściej spotykany w tego typu urządzeniach kontroler PWM TL494. Częstotliwość roboczą konwertera ustalają rezystor R1 i kondensator C2, ich wartości można przyjąć nieco różniące się od wskazanych bez zauważalnych zmian w działaniu obwodu.

Aby zwiększyć wydajność, obwód przetwornicy zawiera dwa ramiona na tranzystorach polowych mocy Q1 i Q2. Tranzystory te należy umieścić na grzejnikach aluminiowych, jeśli zamierzasz zastosować zwykły grzejnik, tranzystory instaluj przez przekładki izolacyjne. Zamiast wskazanego na schemacie IRFZ44 można zastosować IRFZ46 lub IRFZ48 o podobnych parametrach.

Dławik wyjściowy nawinięty jest na pierścień ferrytowy z dławika, również wyjęty z zasilacza komputera. Uzwojenie pierwotne nawinięte jest drutem o średnicy 0,6 mm i ma 10 zwojów z kranem od środka. Na nim nawinięte jest uzwojenie wtórne zawierające 80 zwojów. Możesz także pobrać transformator wyjściowy z uszkodzonego zasilacza awaryjnego.

Przeczytaj także: Mówimy o projekcie transformatora spawalniczego

Zamiast diod wysokiej częstotliwości D1 i D2 można zastosować diody typu FR107, FR207.

Ponieważ obwód jest bardzo prosty, po włączeniu i prawidłowym zainstalowaniu zacznie działać natychmiast i nie będzie wymagał żadnej konfiguracji. Będzie w stanie dostarczyć do obciążenia prąd o natężeniu do 2,5 A, ale optymalnym trybem pracy będzie prąd nie większy niż 1,5 A - a to ponad 300 W mocy.

Gotowy falownik o takiej mocy będzie kosztować około trzech do czterech tysięcy rubli.

Ten schemat jest wykonany z komponentów domowych i jest dość stary, ale to nie czyni go mniej skutecznym. Jego główną zaletą jest moc wyjściowa pełnego prądu przemiennego o napięciu 220 woltów i częstotliwości 50 Hz.

Tutaj generator oscylacji jest wykonany na mikroukładzie K561TM2, który jest podwójnym wyzwalaczem D. Jest to kompletny analog obcego mikroukładu CD4013 i można go zastąpić bez zmian w obwodzie.

Przetwornica posiada także dwa ramiona mocy oparte na tranzystorach bipolarnych KT827A. Ich główną wadą w porównaniu do nowoczesnych, polowych jest większa rezystancja w stanie otwartym, dlatego przy tej samej mocy przełączanej nagrzewają się bardziej.

Ponieważ falownik pracuje przy niskiej częstotliwości, transformator musi mieć mocny stalowy rdzeń. Autor schematu sugeruje zastosowanie zwykłego radzieckiego transformatora sieciowego TS-180.

Podobnie jak inne przetwornice oparte na prostych obwodach PWM, przetwornica ta ma przebieg napięcia wyjściowego zupełnie odmienny od sinusoidalnego, jednak jest to nieco wygładzane przez dużą indukcyjność uzwojeń transformatora i kondensatora wyjściowego C7. Z tego powodu transformator może podczas pracy emitować zauważalny szum - nie jest to oznaką nieprawidłowego działania obwodu.

Prosty falownik tranzystorowy

Przetwornik ten działa na tej samej zasadzie, co obwody wymienione powyżej, z tą różnicą, że znajdujący się w nim generator fali prostokątnej (multywibrator) jest zbudowany na tranzystorach bipolarnych.

Osobliwością tego obwodu jest to, że działa on nawet przy mocno rozładowanym akumulatorze: zakres napięcia wejściowego wynosi 3,5...18 woltów. Ponieważ jednak nie ma żadnej stabilizacji napięcia wyjściowego, po rozładowaniu akumulatora napięcie obciążenia jednocześnie proporcjonalnie spadnie.

Ponieważ obwód ten ma również niską częstotliwość, wymagany będzie transformator podobny do tego stosowanego w falowniku opartym na K561TM2.

Ulepszenia obwodów falownika

Urządzenia zaprezentowane w artykule są niezwykle proste i posiadają szereg funkcji. nie można porównać z analogami fabrycznymi. Aby poprawić ich charakterystykę, można zastosować proste modyfikacje, które pozwolą również lepiej zrozumieć zasadę działania przetworników impulsów.

Przeczytaj także: Półautomat spawalniczy wykonujemy własnymi rękami

Zwiększona moc wyjściowa

Wszystkie opisane urządzenia działają na tej samej zasadzie: poprzez kluczowy element (tranzystor wyjściowy ramienia) uzwojenie pierwotne transformatora jest podłączone do wejścia zasilania na czas określony przez częstotliwość i współczynnik wypełnienia głównego oscylatora. W tym przypadku generowane są impulsy pola magnetycznego, ekscytujące impulsy trybu wspólnego w uzwojeniu wtórnym transformatora o napięciu równym napięciu w uzwojeniu pierwotnym pomnożonym przez stosunek liczby zwojów w uzwojeniach.

Dlatego prąd płynący przez tranzystor wyjściowy jest równy prądowi obciążenia pomnożonemu przez odwrotną przekładnię zwojów (przekładnię transformacji). To maksymalny prąd, jaki tranzystor może przez siebie przepuścić, określa maksymalną moc konwertera.

Istnieją dwa sposoby zwiększenia mocy falownika: albo zastosować mocniejszy tranzystor, albo zastosować równoległe połączenie kilku słabszych tranzystorów w jednym ramieniu. W przypadku domowego konwertera preferowana jest druga metoda, ponieważ nie tylko pozwala na użycie tańszych części, ale także zachowuje funkcjonalność konwertera w przypadku awarii jednego z tranzystorów. W przypadku braku wbudowanego zabezpieczenia przed przeciążeniem takie rozwiązanie znacznie zwiększy niezawodność domowego urządzenia. Nagrzewanie się tranzystorów również zmniejszy się, gdy będą pracować przy tym samym obciążeniu.

Na przykładzie ostatniego diagramu będzie to wyglądać następująco:

Automatyczne wyłączanie, gdy poziom naładowania baterii jest niski

Brak w obwodzie przetwornicy urządzenia automatycznie je wyłączającego w przypadku krytycznego spadku napięcia zasilania, może Cię poważnie zawieść, jeśli pozostawisz taki falownik podłączony do akumulatora samochodowego. Niezwykle przydatne będzie uzupełnienie domowego falownika o automatyczne sterowanie.

Najprostszy automatyczny przełącznik obciążenia można wykonać z przekaźnika samochodowego:

Jak wiadomo, każdy przekaźnik ma określone napięcie, przy którym jego styki zamykają się. Dobierając rezystancję rezystora R1 (będzie to około 10% rezystancji uzwojenia przekaźnika) regulujemy moment, w którym przekaźnik rozłączy swoje styki i przestanie dostarczać prąd do falownika.

PRZYKŁAD: Weźmy przekaźnik o napięciu roboczym (Up p) 9 woltów i rezystancja uzwojenia (R o) 330 omów. Aby działał przy napięciu powyżej 11 woltów (U min), w szereg z uzwojeniem należy włączyć rezystor o rezystancjiR n, obliczone z warunku równościTy /R o =(Minus —W górę)/R n. W naszym przypadku będziemy potrzebować rezystora 73 omów, najbliższa wartość standardowa to 68 omów.

Oczywiście to urządzenie jest niezwykle prymitywne i stanowi raczej trening umysłu. Aby uzyskać bardziej stabilną pracę, należy go uzupełnić prostym obwodem sterującym, który znacznie dokładniej utrzymuje próg wyłączenia:

Powiązane materiały:

1. Kto wynalazł korektor kodów kreskowych?
2. Kompresja CSS w celu skrócenia czasu ładowania Sposoby kompresji CSS
3. Jaki syntezator mowy wybrać?
4. Aplikacja Linijka - prosta i wygodna linijka na ekranie iPada