Falownik 12 220 z zasilacza. Falownik wyposażamy w funkcję Remote Control
W tym artykule znajdziesz szczegółowe instrukcje krok po kroku dotyczące wykonania falownika prądu przemiennego 220 V 50 Hz z akumulatora samochodowego 12 V. Takie urządzenie jest w stanie dostarczyć moc od 150 do 300 W.
Schemat obwodu tego urządzenia jest dość prosty..
Układ ten działa na zasadzie konwerterów Push-Pull. Sercem urządzenia będzie płytka CD-4047, która pełni funkcję oscylatora głównego, a także steruje tranzystorami polowymi pracującymi w trybie przełącznikowym. Otwarty może być tylko jeden tranzystor, jeśli jednocześnie zostaną otwarte dwa tranzystory, nastąpi zwarcie, w wyniku którego tranzystory się spalą; może się to również zdarzyć w przypadku niewłaściwego sterowania.
Płytka CD-4047 nie jest przeznaczona do precyzyjnego sterowania tranzystorami polowymi, ale radzi sobie z tym zadaniem doskonale. Ponadto, aby urządzenie działało, potrzebny będzie transformator ze starego zasilacza UPS o mocy 250 lub 300 W z uzwojeniem pierwotnym i środkowym dodatnim punktem połączenia ze źródłem zasilania.
Transformator ma dość dużą liczbę uzwojeń wtórnych, będziesz musiał użyć woltomierza, aby zmierzyć wszystkie zaczepy i znaleźć uzwojenie sieci 220 V. Przewody, których potrzebujemy, zapewnią najwyższą rezystancję elektryczną wynoszącą około 17 omów, dodatkowe przewody można usunąć.
Przed rozpoczęciem lutowania zaleca się ponowne sprawdzenie wszystkiego. Zaleca się dobieranie tranzystorów z tej samej partii i o tych samych charakterystykach, kondensator obwodu sterującego często charakteryzuje się niewielkim wyciekiem i wąską tolerancją. Takie cechy określa tester tranzystorów.
Ponieważ płyta CD-4047 nie ma analogów, należy ją kupić, ale w razie potrzeby można wymienić tranzystory polowe na n-kanałowe o napięciu 60 V lub większym i prądzie co najmniej 35 A. Pasuje do serii IRFZ.
Układ może także działać wykorzystując na wyjściu tranzystory bipolarne, jednak należy pamiętać, że moc urządzenia będzie znacznie mniejsza w porównaniu z obwodem wykorzystującym „przełączniki polowe”.
Ograniczające rezystory bramkowe powinny mieć rezystancję 10-100 omów, ale zaleca się stosowanie rezystorów 22-47 omów i mocy 250 mW.
Często obwód główny jest montowany wyłącznie z elementów wskazanych na schemacie, który ma dokładne ustawienia przy 50 Hz.
Jeśli prawidłowo zmontujesz urządzenie, będzie ono działać od pierwszych sekund, jednak przy pierwszym uruchomieniu ważne jest, aby zachować bezpieczną stronę. Aby to zrobić, zamiast bezpiecznika (patrz schemat) należy zainstalować rezystor o wartości nominalnej 5-10 omów lub żarówkę 12 V, aby uniknąć eksplozji tranzystorów w przypadku popełnienia błędu.
Jeśli urządzenie działa stabilnie, transformator wyda dźwięk, ale klawisze nie będą się nagrzewać. Jeśli wszystko działa poprawnie należy usunąć rezystor (żarówkę) i doprowadzić zasilanie przez bezpiecznik.
Falownik zużywa średnio energię na biegu jałowym od 150 do 300 mA, w zależności od źródła zasilania i rodzaju transformatora.
Następnie należy zmierzyć napięcie wyjściowe, moc wyjściowa powinna wynosić około 210-260 V, jest to uważane za normalny wskaźnik, ponieważ falownik nie ma stabilizacji. Następnie musisz sprawdzić urządzenie, podłączając 60-watową żarówkę pod obciążeniem i pozwalając jej działać przez 10-15 sekund, w tym czasie klawisze trochę się nagrzeją, ponieważ nie mają radiatorów. Klawisze powinny nagrzewać się równomiernie, jeśli nagrzewanie nie jest równomierne, należy poszukać, gdzie popełniono błąd.
Falownik wyposażamy w funkcję Remote Control
Główny przewód dodatni należy podłączyć do środkowego punktu transformatora, jednak aby urządzenie zaczęło działać, należy do płytki podłączyć niskoprądowy przewód dodatni. Spowoduje to uruchomienie generatora impulsów.
Kilka sugestii dotyczących instalacji. Wszystko montujemy w obudowie zasilacza komputera, tranzystory należy zamontować na osobnych radiatorach.
Jeżeli zainstalowany jest wspólny radiator, należy odizolować obudowę tranzystora od radiatora. Chłodnica jest podłączona do magistrali 12V.
Jedną z istotnych wad tego falownika jest brak zabezpieczenia przed zwarciem i w przypadku jego wystąpienia spalą się wszystkie tranzystory. Aby temu zapobiec należy na wyjściu zamontować bezpiecznik 1A.
Do uruchomienia falownika służy przycisk małej mocy, przez który plus zostanie dostarczony do płytki. Szyny zasilające transformatora należy mocować bezpośrednio do grzejników tranzystorów.
Jeśli podłączysz licznik energii do wyjścia przetwornicy, będziesz mógł sprawdzić, czy częstotliwość wyjściowa i napięcie mieszczą się w dopuszczalnych granicach. Jeśli uzyskasz wartość większą lub mniejszą niż 50 Hz, musisz ją wyregulować za pomocą wieloobrotowego rezystora zmiennego, który jest zainstalowany na płycie.
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):
- 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;
- 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;
- 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;
- 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.
Podczas korzystania z urządzeń gospodarstwa domowego małej mocy często potrzebny jest konwerter napięcia od 12 do 220 woltów. Może to być laptop, ładowarka do telefonu komórkowego lub tabletu, a nawet telewizor z elementami LED.
W jakich przypadkach potrzebny jest konwerter napięcia?
- Długotrwała awaria scentralizowanego zasilania.
- Zasilanie awaryjne elektroniki kotła gazowego.
- Brak sieci domowej 220V (działka na odludziu, garaż spółdzielczy).
- Samochód.
- Parking turystyczny (jeśli to możliwe, zabierz ze sobą akumulator 12 V).
We wszystkich tych przypadkach wystarczy mieć naładowany akumulator i będzie można w pełni korzystać z sieciowego sprzętu elektrycznego.
notatka
Ważny! Pobór mocy urządzenia nie powinien przekraczać kilkuset watów. Mocniejsze urządzenia szybko rozładują baterię wykorzystywaną jako dawca.
Aby być uczciwym, zauważamy, że do użytku w samochodzie są zasilacze i ładowarki podłączone do sieci pokładowej 12 V. Wykonane są w formie złącza podłączanego do gniazda zapalniczki.
Jeśli jednak masz kilka gadżetów, będziesz musiał wydać pieniądze na zakup tej samej liczby ładowarek. A mając jeden konwerter od 12 do 220, zapewnisz sobie pełną wszechstronność połączenia.
W sprzedaży dostępna jest szeroka gama gotowych konwerterów. Moc waha się od 150 W do kilku kilowatów. Oczywiście do każdego zasilania odbiornika należy dobrać odpowiedni akumulator.
Trzeba też dokładnie zapoznać się ze specyfikacją techniczną – często w celach reklamowych producenci podają na opakowaniach moc szczytową, jaką przetwornica jest w stanie wytrzymać zaledwie przez kilka sekund. Moc robocza jest zazwyczaj o 25–30% niższa.
Rodzaje konwerterów 12 do 220 woltów
Aby dokonać właściwego wyboru, zapoznaj się z głównymi typami przetwornic napięcia prezentowanymi na rynku artykułów elektrycznych:
Zgodnie z przebiegiem napięcia wyjściowego
Urządzenia dzielą się na czysty sinus i zmodyfikowany sinus. Różnicę w kształcie sygnału widać na ilustracji.
Faktem jest, że falowniki działają inaczej niż alternatory. Na wejście urządzenia doprowadzany jest prąd stały o określonej wielkości.
Najpierw przekształca się go w impulsowy (w celu zapewnienia działania transformatora podwyższającego napięcie), następnie z powstałego prądu pulsacyjnego tworzy się krzywa sinusoidalna, znana większości odbiorców napięcia przemiennego 220 woltów.
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, jeżeli zamierza się zastosować zwykły grzejnik, należy je zamontować poprzez 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: Jak wybrać stabilizator napięcia 220V do swojego domu?
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: Przegląd szaf sterowniczych klap przeciwpożarowych
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:
W dzisiejszych czasach każdy w gospodarstwie lub w ogóle ma łatwy dostęp, czasami ma kilka zasilaczy od komputera, które są niepotrzebne, po prostu leżą, gromadzą kurz i zajmą cenne miejsce. A może są całkowicie spalone, ale to nie ma znaczenia, ponieważ wystarczy z nich zabrać tylko niektóre elementy. Kiedyś montowałem płytkę do takiego konwertera (). I postanowiłem zrobić jeszcze raz kolejny, ponieważ były elementy radiowe, a płytka drukowana została już raz wykonana w nadmiarze. Użyłem nowego chipa ze sklepu, ale czasami one lub podobne analogi są instalowane w samych zasilaczach ATX.
Transformator o małych rozmiarach - z jednostki o mocy 250 W. Zdecydowałem się wziąć dodatkowe tranzystory - polowe 44N, również zupełnie nowe.
Znalazłem radiator aluminiowy, przekręciłem tranzystory przez wtyki i podłoża, dokładnie pokrywając wszystko pastą termoprzewodzącą.
Natychmiast uruchomił się obwód przetwornicy napięcia 12-220, zasilanie było dostarczane z akumulatora 12 V 7 a/h, którego zaciski po świeżo naładowanym napięciu miały około 13 V. Jako obciążenie (w przybliżeniu było przeznaczone dla tej mocy) - 60-watowa żarówka na 220 woltów, nie świeci z pełną intensywnością, ale nadal jest dobra.
Chłodnica została potraktowana bardzo hojnie - grubość to 2 mm aluminium, dobrze odprowadza ciepło. Po pół godzinie pracy pod obciążeniem tranzystory polowe nagrzały się dopiero do 40 stopni! Pobór prądu z akumulatora około 2,7 ampera, stabilna praca bez awarii i przegrzania, ale transformator jest trochę mały i nagrzewa się (choć wytrzymuje i niczego nie pali) temperatura transformatora podczas pracy wynosi około 5-60 stopni przy tym samym obciążeniu nie sądzę, żeby z takiej przetwornicy wziął więcej niż 80 W, bo trzeba będzie dołożyć aktywne chłodzenie w postaci wentylatora, bo tranzystory wytrzymają dużo większe obciążenia i jestem tego więcej niż pewien że przy takim grzejniku wytrzymają całe 200 watów.
Obwód konwertera 12-220 jest łatwy do powtórzenia, po złożeniu dokładnie na wartość nominalną obie płytki zadziałały natychmiast.
Film z testu konwertera
Film przedstawiający działanie obwodu wyraźnie pokazuje prąd płynący w obwodzie i działanie 60-watowej lampy. Nawiasem mówiąc, przewody multimetru D832 przy tym prądzie stały się dość ciepłe w ciągu pół godziny. Jeśli chodzi o modyfikacje, jeśli zainstalujesz większy transformator, rozwiń sygnet, w przeciwnym razie większy transformator nie zmieści się w rozmiarze, a nawet przy małym wszystko się ułoży.
Dla fanów miniaturyzacji to oczywiście dobrze, ale odległość transformatora od tranzystorów w praktyce okazuje się mniejsza niż 1 cm, a swoim ciepłem lekko podgrzewają już nagrzany transformator, byłoby miło weź klucze jeszcze kilka centymetrów i wykonaj kilka otworów w desce, aby zapewnić przepływ powietrza wentylacyjnego od dołu do góry. Autorem materiału jest Redmoon.
