Преобразователь напряжения 12-220 В: варианты изготовления, схемы, реализация

В каких сферах применяется инвертор напряжения 12 220 В

При стабильном использовании аккумуляторной батареи происходит постепенное уменьшение уровня ее заряда. Преобразователь стабилизирует напряжение, если отсутствует электричество.

Инвертор 12 220 В, сделанный своими руками, позволит провести усовершенствование инженерных сооружений в любом помещении. Значение мощности устройств, преобразующих ток, выбирают согласно от общих величин эксплуатируемых нагрузок.  Процессы потребления мощности могут быть реактивными и активными. Реактивные нагрузки не полностью потребляют полученный объем энергии, из-за чего значение полной мощности является больше ее активного значения.

Инверторы с чистыми синусоидами применяются при подключении элемента, общая мощность которого составляет 3 кВт. Значительная экономия топлива обеспечивается использованием преобразователей напряжения и мини-электростанциями.

К конструкции инвертора присоединяют такие потребители, как:

• систему сигнализации;
• отопительный котел;
• насосный аппарат;
• компьютерную систему.

Где можно использовать эти устройства?

Самый простой тип инвертора напряжения 12-220 Вольт – это источники бесперебойного питания, используемые в компьютерной технике.

Но у них есть один большой недостаток – малая мощность, аккумулятора хватает ненадолго.

А если в быту используется устройство в паре с мини-электростанцией (даже ветряного типа), то стабильное питание обеспечено. Обычно инверторы можно встретить в таких конструкциях:

1. Охранных сигнализациях.
2. Котлах отопления.
3. Насосных станциях.
4. Компьютерных серверах и прочих системах.

Другими словами, они применяются там, где необходимо постоянно наличие питающей сети 220 Вольт. Бытовые стабилизаторы напряжения – это не что иное, как инверторы.

Только в них преобразуется переменное напряжение в постоянное, стабилизируется, после чего опять повышается до 220 Вольт.

Причем с помощью электрических полупроводниковых ключей и ШИМ-модулятора получается добиться практически идеальной синусоиды.

Поиск поломок и их устранение

Самые распространенные поломки – это низкое напряжение на выходе или его отсутствие. Может такая неисправность в преобразователях напряжения 12/220 В возникнуть по следующим причинам:

1. Поломка ШИМ-модулятора или полный отказ обоих плеч инвертора. Вторая поломка встречается крайне редко. Чтобы осуществить проверку, можно воспользоваться простейшим пробником на светодиоде. В том случае, если ШИМ-модулятор исправен, светодиод будет часто вспыхивать. Желательно проверить целостность всех соединений и обмотки трансформатора.
2. Слишком низкое напряжение на выходе – это признак того, что вышло из строя одно плечо. Признак поломки транзистора – это низкая температура радиатора, на котором он установлен.

Все неисправности, которые возникают в схемах, приведенных в статье, устраняются достаточно быстро. И стоимость ремонта таких преобразователей напряжения 12/220 В низкая – все запчасти можно найти буквально на свалке.

Схема управления

И если подключение частотного преобразователя к электродвигателю выполнить просто, достаточно только соединить соответствующие выводы, то со схемой управления все куда сложнее. Все дело в том, что возникает необходимость в программировании устройства, чтобы добиться максимально возможных регулировок от него. В основе находится микроконтроллер, к нему производится подключение считывающих устройств и исполнительных. Так, необходимо наличие трансформаторов тока, которые будут постоянно следить за мощностью, потребляемой электроприводом. И в случае превышения должно произойти отключение частотника.

Схема и сборка преобразователя 12 на 220 вольт.

Рассмотрим схему инвертора постоянного тока 12 вольт в 220 переменного тока, которая была названа Энигма. Видим на дисплее три разные схемы. То есть это основные узлы которые имелись в конструкции. Первая в нижней части, — это аккумулятор, то есть то, что имелось в зарядном устройстве. Это две последовательно соединенные литий-ионные аккумуляторы и линейный стабилизатор типа 7805, который был нужен для зарядки мобильного телефона. Он был установлен на небольшой теплоотвод. Плюсовой и минусовой отводы от аккумулятора напрямую шли к вилке. Выход со стабилизатора шел к разъему USB. При подключении в удлинитель был постоянный ток 12 вольт от аккумулятора.

Сверху с левой части имеется схема, которая была встроена в ЛДС. Это простой двухтактный повышающий преобразователь напряжения, собранный на основе простого мультивибратора. Транзисторы irf 630.

От плюса последовательно был соединен также 2 ваттный резистор на 10 ом, чтобы транзисторы чрезмерно не нагревались.

Два затворных, ограничительных резистора на R1, R2 на 1 кОм. Высоковольтный трансформатор трансформатор от подсветки ЖК мониторов. На выходе у них образуется напряжение около 3 киловольт. При прямой подаче на ЛДС, то есть в колбу, лампа засвечивается. Можно полностью засветить с помощью этой небольшой схемы.

Третья схема — это то, что находилось в цоколе . Имеется вход питания — плюс. Плюс идет к средней точке трансформатора. Минус, земля общая идет к транзисторам. Плюс через небольшую индуктивность L1 подается на среднюю точку трансформатора. Он рассчитан для двухтактного инвертора.

Инвертор построен по принципу резонансного преобразователя. В силовую цепь параллельно подключен конденсатор на 1 микрофарад. Желательно использовать пленочные полипропиленовые конденсаторы на 160, 250, либо 400 вольт. Конденсатор и первичная обмотка трансформатора образуют колебательный контур.

Транзисторы применены типа 20n60, очень советуется использовать высоковольтные транзисторы с напряжением выше 100 Вольт. Ток чем выше, тем лучше. Это полевой n-канальные транзисторы.

Масса общая, то есть идет к транзисторам. Дальше два диода d1 и d2 Ultra Fast, например UF 4001 с током 1 ампер с обратным напряжением в 1 киловольт. Точно также 2 затворных резистора R3, R4 номиналом 1 килоом. Мощность всех указанных резисторов 0,25 ватт. Желательно взять их поменьше.

Трансформатор намотан на колечко от монитора. Первичная обмотка состоит из двух по семь. Вторичная обмотка 140-150 витков. Диаметр провода первичной обмотки 0,5 миллиметра параллельно в 5 жил. Вторичная обмотка была намотана одиночным проводом диаметром 0,3 миллиметра.

Готовый инвертор в наладке не нуждается. Трансформатор может быть намотан на другом сердечнике. Можно рассчитать трансформатор. Можно использовать также броневые чашки и др.

Несмотря на простоту схемы, мощность может доходить до 500 Ватт с соответствующим трансформатором, конденсатором и транзистором в цепи. В конце ролика фотоархив с демонстрацией сборки схемы данного инвертора.

О инверторе на киловатт.

Инверторы 12-220 Вольт необходимы для питания техники, если нет возможности произвести подвод бытовой сети. Особенность устройства заключается в том, что с его помощью можно преобразовать постоянное напряжение 12 В в переменное 220 В. Буквально несколько десятилетий назад такое казалось практически немыслимым, но сегодня, когда существует огромная элементная база, не составит труда сделать такой преобразователь.

Что будет на выходе?

Инверторы для выравнивания напряжения ради уменьшения массогабаритов устройства за редкими исключениями (см. дальше) работают на очень высоких частотах от сотен Гц до единиц и десятков кГц. Ток такой частоты не примет никакой покупатель, а потери его энергии в обыкновенной проводке будут огромны. Благодаря этому преобразователей напряжения 12-200 строятся под выходное напряжение отпечаток. видов:

• Постоянное выпрямленное 220 В (220V AC). Годятся для питания телефонных зарядок, множества источников питания (ИП) планшетных компьютеров, ламп общего назначения, люминесцентных экономок и светодиодных. На мощность от 150-250 Вт прекрасно подходят для ручного электрического инструмента: потребляемая им мощность на систематическом токе немножко уменьшается, а вращающий момент увеличивается. Негодны для импульсных трансформаторов (ИБП) телевизоров, компьютеров, ноутбуков, СВЧ печей и т.п. мощностью более 40-50 Вт: в подобных всегда есть т. наз. пусковой узел, для правильной работы которого сетевое напряжение должно иногда проходить через ноль. Негодны и опасны для приборов с понижающими трансформаторами на железе и электрическими моторами электрического тока: стационарного электрического инструмента, холодильников, кондиционеров, большей части Hi-Fi аудио, кухонных комбайнов, некоторых пылесосов, кофеварок, кофемолок и СВЧ печей (для последних – благодаря наличию мотора вращения стола).
• Модифицированное синусоидальное (см. дальше) – годятся для любых потребителей, помимо Hi-Fi аудио с ИБП, прочих устройств с ИБП от 40-50 Вт (см. выше) и, нередко местных систем охраны, домашних метеостанций и т.п. с чувствительными аналоговыми датчиками.
• Чистое синусоидальное – годятся без границ, помимо как по мощности, для любых потребителей электрической энергии.

Синус или псевдосинус?

С целью увеличения экономности переустройство напряжения выполняется не только на очень высоких частотах, но и разнополярными импульсами. Однако запитывать довольно многие приборы-потребители последовательностью разнополярных прямоугольных импульсов (т. наз. меандром) нельзя: большие выбросы на фронтах меандра при хоть немного реактивной нагрузке приведут к большим потерям энергии и могут вызвать поломка потребителя. Однако проектировать преобразователь на синусодальный ток тоже нельзя – КПД не превысит прим. 0,6.

Переустройство непрерывного напряжения в модифицированную и чистую синусоиду

Негромкая, но значительная в этой сфере революция случилась, когда конкретно для преобразователей напряжения напряжения были разработаны микросхемы, образовывающие т. наз. модифицированную синусоиду (слева на рис.), хотя правильнее было бы назвать ее псевдо-, мета-, квази- и т.п. синусоидой. Форма тока модифицированной синусоиды ступенчатая, а фронты импульсов затянуты (фронтов меандра на экране электронно-лучевого осциллографа нередко совсем не видно). Из-за этого потребители с преобразователями электрической энергии на железе или заметной реактивностью (асинхронными электрическими моторами) «знают» псевдосинусоиду «как реальную» и работают будто бы ничего не случилось; Hi-Fi аудио с сетевым преобразователем электрической энергии на железе запитывать модифицированной синусоидой можно. Более того, модифицированную синусоиду возможно достаточно примитивными способами сгладить до «практически реальной», отличия которой от чистой на осциллографе на глаз еле видны; преобразователи типа «Чистый синус» стоят не очень много дороже обыкновенных, с правой стороны на рис.

Однако устройства с капризными аналоговыми узлами и ИБП запускать от модифицированной синусоиды нежелательно. Последние – очень нежелательно. А дело все в том, что средняя площадка модифицированной синусоиды не чистый ноль напряжения. Узел запуска ИБП от модифицированной синусоиды срабатывает нечетко и весь ИБП может не выйти из режима запуска в рабочий. Клиент это видит сначала как безобразные глюки, а после из гаджет идет дым, как в смешном рассказе. Благодаря этому устройства в ИБП необходимо запитывать от преобразователей напряжения типа Чистый Синус.

Изготовление автомобильного инвертора

Инверторное устройство, способное преобразовывать 12 вольт в 220, становится незаменимым во время путешествий на автомобиле. Многие виды бытовой техники смогут работать в отрыве от стационарных источников питания. Единственным серьезным ограничением является величина максимально допустимой нагрузки, находящейся в пределах нескольких сотен ватт. Конечно, можно воспользоваться и более мощными инверторами, но в этом случае наступит очень быстрая разрядка аккумулятора.

В зависимости от расходования тока, нагрузка бывает активной, с максимальным потреблением энергии, и реактивной, когда энергия, полученная от батареи, потребляется частично. Характер нагрузки необходим для того, чтобы рассчитать максимальную мощность. Например, самая большая нагрузка, планируемая к подключению, составляет 300 Вт. Сам же инвертор должен обладать мощностью на 25% больше. По расчетам мощность устройства выходит 375 Вт, поэтому наиболее близким по этому значению прибором будет инвертор на 400 Вт.

По такой же схеме рассчитывается преобразователь, изготавливаемый собственными силами. Устройство с нормальной сборкой или схема простого инвертора обеспечивает потребности в освещении, зарядке телефонов, подключении телевизора и других устройств первой необходимости. Как уже отмечалось, не рекомендуется пользоваться мощными приборами, которые очень быстро сажают АКБ.

Для изготовления простейшего преобразователя будут нужны силовые транзисторы и мультивибратор. Такие устройства могут нормально работать даже в условиях резких перепадов температур. В условиях жаркой погоды понадобится система дополнительного охлаждения транзисторов, чтобы избежать их перегрева и выхода из строя. В большинстве случаев можно обойтись обычным кулером от компьютера, установленным на радиатор охлаждения.

Сегодня в конструкциях инверторов уже не используются обычные трансформаторы, которые обеспечивали высокочастотные преобразования на 220В. В преобразователях применяются импульсные схемы, обеспечивающие такой же результат. Для самодельного устройства подойдет микросхема К561ТМ2 с двумя D-триггерами. Один триггер DD1 является задающим генератором, а второй – DD1.2 – служит делителем частоты. Преобразование напряжения осуществляется силовыми транзисторами КТ827 или КТ819. Более качественное преобразование выполняется полевыми транзисторами IRFZ44, выдающими максимально чистую синусоиду.

Для получения контура частотой 50 Гц используется вторичная обмотка с параллельно соединенными конденсаторами электролитического типа и нагрузка. Без этой нагрузки, подключаемой на выходе, устройство не будет работать. Только после подключения какого-либо потребителя, начнется преобразование напряжения из 12 вольт в 220. Существенным недостатком подобных схем является не совсем качественное выходное напряжение. Чтобы увеличить мощность устройства потребуются более эффективные, но и более дорогостоящие транзисторы. Конденсатор, подключаемый к выходу, рассчитывается на минимальное напряжение в диапазоне от 250 до 300 вольт.

Сферы применения

Инверторы используются в различных ситуациях:

• В дальних поездках обеспечивают возможность подключения к аккумулятору автомобиля необходимых приборов (холодильника, электрических инструментов и т.д.).
• Преобразование энергии, полученной от альтернативных источников (например, от солнечных батарей).

• Резервное энергоснабжение дома на случай неожиданного отключения электричества.
• Источник энергии на загородных участках при отсутствии централизованной электрификации и т.д.

Для выполнения каждой из этих задач выбирают соответствующие модели преобразователей. Чаще всего инверторы 12/220 используются автомобилистами.

Устройства с входным напряжением 12 В и 24 В не являются взаимозаменяемыми!

↑ Список источников

1. Мосягин В.В. Секреты радиолюбительского мастерства. – М.: СОЛОН-Пресс. – 2005, 216 с. (с. 47 – 64). 2. Шустов М.А. Практическая схемотехника. 450 полезных схем радиолюбителям. Книга 1. – М.: Альтекс-А, 2001. – 352 с. 3. Шустов М.А. Практическая схемотехника. Контроль и защита источников питания. Книга 4. – М.: Альтекс-А, 2002. – 176 с. 4. Низковольтная «мигалка». (За рубежом) // Радио, 1998, №6, с. 64. 5. Датагорская статья «Главный инструмент — паяльник!» 6. Датагорская статья «Пайка SMD деталей в домашних условиях» 7. Даташит на LM3909 8. Шумейкер Ч. Любительские схемы контроля и сигнализации на ИС. – М:.Мир, 1989 (схема 46. Простой индикатор разряда батареи, с. 104; схема 47. Маркер фалиня (мигающий), с. 105). 9. Генератор на LM3909 // Радиосхема, 2008, №2. 10. Nahrada obvodu LM3909 // Prakticka electronic A Radio, 2009, №6, с. 22. 11. Одинец А.Л. Необычное применение LM3909 // Радиоаматор, 2009, №12, с. 16. 12. Борисевич К. ИМС LM3909 в радиолюбительских конструкциях // Радиомир, 2010, №1, с. 19. 13. Discrete Version Of The LM3909 Oscillator IC 14. Белоусов О.В. Эквивалент ИМС LM3909 на деталях для поверхностного монтажа // Радиоаматор, 2011, №11, с. 34, 35.

Обзор лучших автоинверторов

Для составления рейтинга были использованы следующие параметры:

• мощность;
• качество выходного напряжения;
• поведение при перегрузках;
• комплектация;
• дополнительные функции (если есть);
• отзывы в реале и интернете;
• внешний вид;
• средняя цена в марте 2016 года.

МАП «Энергия» 900

Мощность 900 ватт, входное напряжение 10-15 вольт. Выходное напряжение со минимальным количеством гармоник и частотой 50 герц. При нагрузке свыше 1,3 киловатт автоматически отключается. Если нагрузка соответствует норме, то напряжение стабильно. Может использоваться как мощное пускозарядное устройство (обратное преобразование из 220 в 12 вольт). Внешний вид – большая и тяжелая коробка с цифровым индикатором и переключателями. Стоимость 35 тысяч рублей.

Штиль PS12/300

Мощность 300 ватт, входное напряжение 10,5–14 вольт. Выходное напряжение с минимумом количеством гармоник и частотой 50-60 герц. Если нагрузка на выходе менее 300 ватт, то напряжение стабильно. При увеличении мощности нагрузки напряжение начинает падать. Инвертор комплектуется проводами и разъемами для подключения к автомобильному аккумулятору, а также переходником для прикуривателя. На вид серая неказистая коробка на резиновых ножках. Стоимость 4500 рублей.

MobilEn SP-150

Заявленная мощность 150 ватт, но на испытаниях выдерживал нагрузку в 180 ватт, не снижая напряжения. Подключение дополнительной нагрузки приводит к срабатыванию защиты. При перегрузке сигнализирует легким, но неприятным писком. После отключения пищит очень громко. Выходное напряжение с минимумом гармоник частотой 50-60 герц. Оснащен штатным USB-портом, поэтому можно использовать для зарядки телефона, фотоаппарата, видеокамеры или iPod. Внешний вид – небольшая прямоугольная коробка, на одном торце которой расположена стандартная розетка, на другой сдвоенный провод с переходником на прикуриватель. Стоимость 1300 рублей.

MeanWell A301‑150‑F3

Мощность 150 ватт, входное напряжение 10,5–15 вольт. Выходное напряжение с минимумом гармоник и частотой 50-55 герц. При увеличении нагрузки до 175 ватт происходит автоматическое отключение. Оснащен стандартной розеткой и шнуром питания с переходником для прикуривателя. На вид серебристый аккуратный цилиндр. Стоимость 3500 рублей.

AcmePower DS-120

Заявленная мощность 120 ватт, но хорошо работает лишь при нагрузке менее 100 ватт. При увеличении мощности нагрузки до 107-110 ватт устройство автоматически выключается. Выходное напряжение со средним количеством гармоник и частотой 50-60 герц. Оснащен штатным USB-портом, поэтому можно использовать для зарядки телефона, фотоаппарата, видеокамеры или iPod. В комплект входит провод с переходником для прикуривателя. Внешний вид – аккуратная небольшая плоская коробочка из черного/серого пластика. Стоимость 750 рублей. 

Классификация

Основными критериями классификации этих приборов являются мощность, форма тока и входное напряжение. Выбор конкретной модели зависит от целей, с которыми приобретается устройство.

Для подключения к автомобильному прикуривателю используются простейшие компактные преобразователи небольшой мощности. От них могут получать питание гаджеты с низким потреблением электроэнергии (телефоны, ноутбуки, вентиляторы, фонарики).

Мощность инвертора, включаемого в прикуриватель, не должна превышать 150 Вт. В противном случае можно вывести из строя всю электропроводку автомобиля.

Преобразователи для питания приборов мощностью от 150 Вт присоединяют напрямую к клеммам аккумулятора. Чтобы снизить потери КПД, не рекомендуется использовать «крокодильчики», которые входят в комплектацию некоторых моделей. Для стабильного и надёжного подключения больше подойдут медные клеммы с винтовым соединением.

Номинальная и пиковая мощность

При выборе преобразователя следует суммировать мощность всех потребителей, которые будут к нему подключены. К полученному результату прибавляют ещё 20%, так как прибор не сможет долго работать на пределе возможностей. Кроме того, возможны потери вследствие плохого контакта в соединениях или низкого качества кабеля. Также нужно учитывать ёмкость аккумулятора.

Рассчитывать мощность инвертора необходимо по двум характеристикам: номинальной и пиковой. Первая из них определяет нагрузку, под которой прибор может работать длительное время. У бытовых моделей она обычно составляет от 60 до 1000 Вт. Однако существуют модификации, у которых этот показатель превышает 1 кВт. С их помощью можно обустроить мобильную мини-электростанцию. Их целесообразно покупать, например, для подключения электроинструментов.

Пиковая мощность характеризует максимальную нагрузку, которую инвертор может выдержать в течение короткого промежутка времени. Она варьируется в пределах 150 – 10000 Вт. Ток, потребляемый некоторыми электроприборами при начале работы, в несколько раз превышает номинальное значение

Выбирая преобразователь, нужно обязательно обратить внимание на этот момент, иначе подключенное к нему оборудование может не запуститься

Мнение эксперта Кузнецов Василий Степанович

Если устройство используется при работающем двигателе автомобиля, ток его нагрузки не должен быть выше тока, вырабатываемого генератором.

Для бытовых нужд (например, путешествий на автомобиле) обычно бывает достаточно инвертора мощностью до 600 Вт. Этого хватит, чтобы включить холодильник, зарядить телефон, ноутбук или фонарик. Ток нагрузки такого прибора составляет примерно 50 А, что значительно меньше показателей современных автомобильных генераторов.

Форма тока

Важным критерием выбора преобразователя является форма тока, получаемая на выходе. От этого параметра зависит, какие приборы к нему можно подключить.

Существует два вида формы:

1. Чистая (непрерывная) синусоида. Диаграмма тока представляет собой ровную синусоиду. Такие приборы обеспечивают безопасное подключение любого оборудования. В схему этих устройств входят дорогостоящие комплектующие, поэтому цена на них достаточно высока.
2. Модифицированная (изменённая) синусоида. Диаграмма тока – ступенчатая. Такие инверторы нельзя использовать для подключения электроинструмента с асинхронными двигателями, компрессоров и приборов, восприимчивых к помехам. Оборудование либо вообще не запустится, либо будет работать в экстремальном режиме, что приводит к снижению КПД и сокращению срока службы. Преобразователи с модифицированной синусоидой подходят для питания ламп, обогревателей, коллекторных двигателей, телефонов, ноутбуков, телевизоров. Повысить качество работы можно за счёт дополнительной установки устройства плавного пуска.

Стоимость инверторов с чистым синусом достаточно высока. Приобретать их целесообразно только при необходимости подключить оборудование, несовместимое с модифицированной синусоидой.