Характеристики преобразователей
Преобразователи DC/AC относятся к электрическим приборам, позволяющим изменять уровень и форму постоянного сигнала. Современные приспособления отличаются небольшими габаритами и весом. К основным их параметрам относят:
- Мощность. Различают две её разновидности — наибольшую постоянную и пиковую. Первая обозначает количество энергии, которое может пропускать через себя устройство продолжительное время без потери работоспособности. Вторая характеризуется значением, которое может выдержать прибор в течение одной секунды и при этом остаться в работоспособном состоянии. В качестве единицы измерения используется ВА или Вт. Зависимость между этими единицами измерения можно описать соотношением: 1 Вт = 1,6 ВА. Например, если нагрузка, подключаемая к инвертору, потребляет 500 Вт и постоянная мощность преобразователя заявлена как 500 Вт, то вместе их использовать нельзя, так как DC/AC конвертор просто сгорит.
- Форму выходного сигнала. Синусоидальный сигнал характеризуется плавностью изменения амплитуды напряжения и частоты. Большинство приборов, например, простая бытовая техника и нагреватели, не требуют правильной формы сигнала. А вот устройства с трансформаторными источниками питания, электродвигателями, с узлами APFC очень требовательны к форме сигнала.
- Коэффициент полезного действия (КПД) — показывает зависимость между мощностью, затрачиваемой на выполнение полезной работы, и потребляемой. В среднем КПД преобразователей составляет 85−90%.
- Диапазон входного напряжения. Обозначает допустимую величину амплитуды входного сигнала, при котором возможно преобразование.
- Разброс выходного напряжения. Это диапазон, в котором может изменяться амплитуда сигнала на выходе. Обычно он лежит в пределах 210−230 вольт.
- Тип охлаждения. Для охлаждения радиодеталей, использующихся при изготовлении инверторов, применяются пассивные (радиаторы) и активные (вентиляторы) системы.
Вам это будет интересно Почему выбило автомат: исправляем неполадки
Особенности конструкции и работы преобразователя
Из-за того, что работа преобразователя происходит на низких частотах, у трансформатора должен быть сердечник из стали. Рекомендуется применять силовой трансформатор, который использовался в отечественных цветных телевизорах (на лампах). Это ТС-180 и аналогичные. Как и большинство других инверторов, построенных на простых ШИМ-модуляторах, эта конструкция способна выработать синусоиду, но не очень качественную – на графиках работы можно видеть заметные ступени.
Чтобы сгладить эти пульсации, устанавливается конденсатор, на схеме он обозначен С7. Высокая индуктивность обмоток трансформатора тоже позволяет существенно сгладить пульсации, но неизбежно появится гудение. Стоит отметить, что гул от трансформатора – это норма, а не признак поломки.
↑ 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.
Процесс самостоятельного изготовления трансформатора
Первичную обмотку делают из десяти витков и отвода от середины. Обмотку мотают следующим образом:
- В первую очередь нужно приготовить провод для намотки. Подойдёт провод, диаметр которого составляет от 0,8 до 1,2 мм.
- Нужно взять 12 15-сантиметровых жил такого провода. Концы жил нужно скрутить, чтобы они держались вместе, после чего намотать по всему каркасу пять витков. Мотать при этом нужно очень ровно, так как от качества намотки зависит очень многое.
- После этого обмотку нужно изолировать с помощью тканевой изоленты, и намотать точно такую же обмотку прямо на первый слой.
- Затем обмотку необходимо фазировать. Для этого с кончиков жил убирается лак, концы следует залудить.
- Трансформатор нужно подключить к схеме. Начало первой половины следует подключить с концом второй или наоборот. Таким образом, мы получим одну обмотку с отводом из средней точки.
- Через некоторое время первичную обмотку нужно изолировать и начать мотать повышающую.
- Обмотка состоит из 80 витков. Провод нужно мотать по рядам. Для того, чтобы витки влезли без каких-либо усилий, мотать следует на кольце.
На выходе устройства частота увеличивается, поэтому не следует таким преобразователем питать активные нагрузки.
При помощи преобразователя можно питать утюги, паяльник, лампы накаливания и прочее. Устройство имеет более чем компактные размеры благодаря импульсной технологии.
Распространенные схемы
Чтобы преобразовать напряжение одного уровня в другое, используют импульсные преобразователи с установленными индуктивными накопителями энергии. Исходя из этого, различают три типа схем преобразования:
- Инвертирующие.
- Повышающие.
- Понижающие.
Во всех перечисленных схемах используются электрические компоненты:
- Основной коммутирующий компонент.
- Источник питания.
- Конденсатор фильтра, который подключают параллельно сопротивлению нагрузки.
- Индуктивный накопитель энергии (дроссель, катушка индуктивности).
- Диод для блокировки.
Комбинирование данных элементов в определенной последовательности позволяет построить любую из вышеперечисленных схем.
Простой импульсный преобразователь
Самый элементарный преобразователь можно собрать из ненужных деталей от старого системного блока компьютера. Существенный недостаток данной схемы — выходное напряжение 220В далеко от идеала по своей форме синусоиды, имеет частоту, превышающую стандартные 50 Гц. Не рекомендуется подключать к такому аппарату чувствительную электронику.
В данной схеме применено интересное техническое решение. Для подключения к преобразователю техники с импульсными блоками питания (например, ноутбук) используют выпрямители со сглаживающими конденсаторами на выходе из устройства. Единственный минус — адаптер будет работать только в случае совпадения полярности выходного напряжения розетки с напряжением выпрямителя, встроенного в адаптер.
Для простых потребителей энергии подключение можно осуществить напрямую к выходу трансформатора TR1. Рассмотрим основные компоненты данной схемы:
- Резистор R1 и конденсатор C2 — задают частоту работы преобразователя.
- ШИМ-контролер TL494. Основа всей схемы.
- Силовые полевые транзисторы Q1 и Q2 — используются для большей эффективности. Размещаются на алюминиевых радиаторах.
- Транзисторы IRFZ44 можно заменить близким по характеристикам IRFZ46 или IRFZ48.
- Диоды D1 и D2 также можно заменить на FR107, FR207.
Если в схеме предполагается использование одного общего радиатора, необходимо установить транзисторы через изоляционные прокладки. По схеме, выходной дроссель наматывают на ферритовое кольцо от дросселя, которое также извлекают из блока питания компьютера. Первичную обмотку изготавливают из провода 0,6 мм. Она должна иметь 10 витков с отводом от середины. Поверх нее наматывают вторичную обмотку, состоящую из 80 витков. Выходной трансформатор можно также изъять из ненужного ИБП.
Схема очень проста. При правильной сборке она начинает работать сразу, не требует точной настройки. Отдавать в нагрузку она сможет ток до 2,5 А, но оптимальным режимом работы будет ток не более 1,5 А — а это более 300 Вт мощности.
ИНТЕРЕСНО: В магазине подобный преобразователь стоит в районе 3-4 тысяч рублей.
Схема преобразователя с выходом переменного тока
Данная схема известна еще радиолюбителям СССР. Однако это не делает ее неэффективной. Наоборот, она очень хорошо себя зарекомендовала, а главный ее плюс — получение стабильного переменного тока с напряжением 220В и частотой 50 Гц.
В качестве генератора колебаний выступает микросхема К561ТМ2, представляющая из себя D-тригер сдвоенного типа. Этот элемент можно заменить зарубежным аналогом CD4013.
Сам преобразователь имеет два силовых плеча, построенных на биполярных транзисторах КТ827А. Они имеют один существенный недостаток по сравнению с новыми полевыми транзисторами — данные компоненты сильно нагреваются в открытом состоянии, что происходит из-за высоких показателей сопротивления. Преобразователь работает на низкой частоте, поэтому в трансформаторе используют мощный стальной сердечник.
В данной схеме используется старый сетевой трансформатор TC-180. Он, как и остальные инверторы на основе несложных ШИМ-схем, выдает значительно отличающуюся синусоидальную форму напряжения. Однако этот недостаток немного сглаживается большой индуктивностью обмоток трансформатора и выходным конденсатором С7.
ВАЖНО: Иногда трансформатор может издавать ощутимый гул во время работы. Это говорит о неполадках в работе схемы
Цены на преобразователи
Россияне любят затариваться мелкой электроникой на китайском базаре Aliexpress. По роду своей деятельности постоянно слежу за ценами на Алиэкспресс и сравниваю с российскими. На октябрь 2016 года покупать на Алиэкспресс не выгодно из-за курса доллара. Можно дешевле и лучше купить в России, к тому же получите гарантию и возможность обмена в течение 2 недель.
Китайцы любят завысить технические характеристики, ведь 99% из вас не будут проверять соответствие обещанных параметрам. А оставшийся 1% потребует небольшой компенсации за обман со стороны продавца. По опыту коллег обещанные китайцами 3000вт можно смело делить на 3, и получите реальное долговременную мощность.
автомобильного преобразователяПринципиальная схема
Питание на испытаниях 13в давал. Ток ХХ примерно 900мА. С нагрузкой в виде асинхронного двигателя мощностью 30 ватт ток около 6А. Сначала не мог додуматься, почему схема на ХХ жрала 5А (при подключении вообще до 10А). Оказалось, что советский электролит совсем высох и емкости почти не было, позже заменил на другой и схема преобразователя завелась, как часы. На фото Котэ
наблюдает за интересным электромоторчиком:
Транзисторы использовал (название не помню) на 40А и 50В. Драйвер и ШИМ-контроллер – микросхема SG3824, схема включения из даташита. Единственная доработка – это в цепи защиты по току (1-я нога, инверсный вход компаратора) поставил диодный мост и с обмотки транса на 12В подавал напряжение (в UPC устроенно немного по другому) и положительное напряжение подавалась на ту же ногу. Получается одновременно и стабилизация выходного, которое стоило бы подстроить и тем не менее лампочка на 100в не сгорела, а вот двигатель нагрелся – обмотки даже вонять стали. Если изменять сопротивление резистора на 7-й ноге, часта генератора изменяется и меняет обороты, но в узких переделах, ибо рассчитан асинхронный двигатель на 50Гц (там как раз больше всего отдача по мощности), а напряжение при первом пуске было 260В, что тоже нормально.
По поводу печатных плат – сделал по-простому: зажал текстолит и тупо отрезал от всей платы ножницами сам генератор, а затем ещё кусочек платы, для того, чтобы прикрутить радиаторы транзисторов. Теперь мне осталось найти только нормальный конденсатор в питание устройства и крышку преобразователя можно наглухо закрутить.
Еще думал по поводу токовой защиты. При определенном токе нагрузки поставить индикатор в виде красного светодиода, а также для индикации питания (зеленый). Можете посмотреть небольшое видео, наглядно демонстрирующее работу преобразователя напряжения:
Собрал корпус окончательно. На испытаниях ради интереса подключил лампочку на 100в, и о – чудо: стрелка амперметра застыла на отметке 10А, а это значит, что потерь практически нет! Полевые испытания показали, что преобразователь тянет спокойно нагрузку в 250 ватт, работая от акумулятора автомобиля. Внешний вид собранного девайса в корпусе:
И самое главное, что меня радует – это холодные радиаторы транзисторов, даже когда выпрямительные диоды (д242) у зарядника уже начинают закипать!
Также к корпусу привинтил отличную ручку, снятую с радиостанции РСВ-2, и теперь преобразователь 12-220В окончательно закончен. Автор конструкции: bvz
Обсудить статью САМОДЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ 12 – 220В
Где купить
Преобразователи напряжения продаются в различных торговых сетях, занимающихся реализацией силовых электронных приборов, торговых организациях, специализирующихся на продажах подобных устройств, у дилеров компаний, производящих товары из этой группы изделий, а также на различных интернет ресурсах. Кроме этого, автомобильные модели, реализуются в автосалонах и магазинах по продажам автозапчастей.
Зная требуемые параметры и характеристики устройства и напряжения на его выходе, достаточно просто выбрать необходимую модель, соответствующую предъявляемым к ней требованиям.
Вероятно, Вам также понравятся следующие материалы:
Контроллер для солнечной батареиМРРТ контроллер: что такое, плюсы и минусы
Спасибо, что дочитали до конца! Следите за нами в твиттере:
Не забывайте , в ДЗЕНе Если статья Вам понравилась!
Делитесь с друзьями, оставляйте ваши комментарии
Добавляйтесь в нашу группу в ВК:
ALTER220 Портал о альтернативную энергию
и предлагайте темы для обсуждений, вместе будет интереснее!!!
Как устроен прибор
Для преобразования одного уровня напряжения в иное часто используют импульсные преобразователи напряжения с применением индуктивных накопителей энергии. Согласно этому известно три типа схем преобразователей:
- Инвертирующие.
- Повышающие.
- Понижающие.
Общими для указанных видов преобразователей являются пять элементов:
- Ключевой коммутирующий элемент.
- Источник питания.
- Индуктивный накопитель энергии (дроссель, катушка индуктивности).
- Конденсатор фильтра, который включен параллельно сопротивлению нагрузки.
- Блокировочный диод.
Включение указанных пяти элементов в разных сочетаниях дает возможность создать любой из перечисленных типов импульсных преобразователей.
Схема простого инвертора напряжения.
Регулирование уровня выходящего напряжения преобразователя обеспечивается изменением ширины импульсов, которые управляют работой ключевого коммутирующего элемента. Стабилизация выходного напряжения создается методом обратной связи: изменение выходного напряжения создает автоматическое изменение ширины импульсов.
Типичным представителем преобразователя напряжения также является трансформатор. Он преобразует переменное напряжение одного значения в переменное напряжение другого значения. Данное свойство трансформатора широко применяется в радиоэлектронике и электротехнике.
Таблица – Основные характеристики преобразователя напряжения.
Самостоятельное изготовление устройства
Если по каким-то причинам не получается приобрести преобразователь напряжения 12в на 220в, то инвертор своими руками несложно изготовить и в домашних условиях. В первую очередь это относится к аналоговым устройствам, радиодетали для которых можно взять из старой техники. Кроме того, при самостоятельной сборке получится разобраться в нюансах построения, что может пригодиться для осуществления ремонта приборов такого типа.
Простой и надёжный инвертор
Существует большое количество разнообразных схем преобразователей. Работа их основана на использовании задающего генератора, управляющего работой транзисторных ключей. А они, в свою очередь, передают импульсный сигнал на трансформатор, задача которого преобразовать сигнал до уровня 220 вольт. Использование в качестве ключей мощных полевых транзисторов (мосфетов) значительно упрощает схемотехнику устройств.
К выходам микросхемы, прямому и инверсному, подключаются мосфеты IRL2505. Сопротивление открытого канала IRL2505 составляет всего 0,008 Ом. Это даёт возможность не использовать радиаторы при требуемой мощности до 100 Вт.
Частота генерации микросхемы задаётся цепочкой R1-С1 и рассчитывается по формуле: f=70000/(R1*C1). Цепочка R2-C2 предназначена для плавного запуска генератора. В качестве линейного стабилизатора DA2 используется 78L08, с напряжением стабилизации +8 вольт. Резисторы используются мощностью 0,25 ватт. Конденсатор С1 ставится плёночного типа, а С6 любого вида, но рассчитанный на номинальное напряжение не менее 400 вольт. Трансформатор используется с обмотками, рассчитанными на 220 и 12 вольт.
Схема на транзисторах
В качестве основы для изготовления конструкции используется генератор, работающий на частоте 57 Гц. Задающий генератор управляет работой силовых ключей, выполненный на мощных полевых транзисторах. Эти транзисторы можно заменить на IRFZ40, IRF3205, IRF3808, а биполярные на КТ815/817/819/805.
Мощность инвертора зависит от количества комплементарных пар полевиков на выходе и характеристик трансформатора. Напряжение на выходе составляет 220–260 вольт. При использовании двух пар транзисторов мощность достигает 300 ватт. Такой преобразователь не требует наладки и при правильной сборке и исправных радиодеталях работает сразу. При работе без нагрузки ток потребления составляет до 300 мА. Для надёжной работы транзисторы устанавливаются на теплоотвод через изоляционные прокладки. Силовые дорожки, в случае развода на печатной плате, выполняются шириной не менее 5 мм или проводом сечением от 0,75 мм2.
Суть работы устройства заключается в преобразовании постоянного напряжения в переменное, после чего сигнал подаётся на повышающий трансформатор. Первичная обмотка повышающего трансформатора с 12 на 220 вольт имеет меньшее количество витков, чем вторичная. При протекании тока в первичной обмотке, под действием переменного магнитного поля, на вторичной обмотке возникает электродвижущая сила (ЭДС). При подключении нагрузки к вторичной обмотке по ней начинает протекать переменный ток. Для расчёта трансформатора можно воспользоваться справочниками или онлайн-калькуляторами, но проще взять готовый из ненужного источника бесперебойного питания.
Мощный повышающий прибор
Такие преобразователи изготавливаются по сложным схемам и сложны для повторения даже опытным радиолюбителям. Например, схема инвертора 12 в 220 на 3000Вт:
Своими руками выполнить такую схему практически невозможно, так как потребуется не только правильно рассчитать трансформаторы, но и верно настроить задающий генератор. А такие операции выполнить без специального оборудования затруднительно.
Генератор выполнен на микросхеме TL081. Его питание осуществляется девяти вольтовым стабилизатором. Сигнал в микросхеме преобразуется, уменьшается по частоте и подаётся на силовые ключи. В схеме реализована защита выхода от перегрузки, а вход защищается плавким предохранителем от перенапряжения.
Originally posted 2018-04-18 12:30:34.
Схемы устройств большей мощности
Преобразователь мощностью до 400 Вт
Схема состоит из задающего генератора (микросхема А1 — КР1211ЕУ1, зарубежного аналога не имеет — это задающий генератор с двумя выходами: прямым и инверсным, соответственно 4 и 6), двух ключей (полевики VT1 и VT2), трансформатора Т1 (повышающего).
Вывод 1, когда на него подается высокий уровень сигнала, останавливает генератор, в этой реализации не использован, в схеме на него подается сигнал постоянного низкого уровня.
Частота генерации определяется R1 – C1, надежный запуск генератора обеспечивают R2 – C2. Стабилизатор (элементы R3, VD1, C3, стабилизация 8-10 В) питает микросхему.
На выходе — двухтактный каскад: два мощных полевых транзистора IRL2505 (при нагрузке до 200 Вт радиаторы не требуются, если возможна большая нагрузка — радиаторы обязательны).
Трансформатором может быть какой-угодно сетевой с двумя обмоткми на 12 В требуемой мощности, лучше тороидальный, можно другой, но должно соблюдаться следующее условие: по мощности трансформатор должен превышать предполагаемую нагрузку в 2 (это если тороидальный сердечник) – 2.5 раза. Пример: если нагрузкой будут 100 Вт – нужна мощность 250 Вт, если тороидальный — 200 Вт.
Конденсатором С6 (он сглаживает импульс) — может быть К-73-17 либо подобный, напряжением 400 В или выше
Когда мощность потребления большая, ток с 12 В может превышать 40 А, вот почему на сечение и длину шины питания необходимо обратить внимание
Мощный преобразователь напряжения с 12 В на 220 В
Предназначен для нагрузки до 1000 Вт, требующей переменного напряжения 220В. Использованы старые транзисторы П216, которые радиолюбители еще могут найти в своем хозяйстве.
В качестве задающего генератора здесь используются транзисторы VT1, VT2 и трансформатор Т1 – задается частота 200 Гц. Вторичная обмотка Т1 сигнал через конденсаторы отправляет к электродам тиристоров VD1, VD2, которые создают импульсное напряжение в первой обмотке трансформатора Т2.
Неполярный конденсатор С4 (его емкость) подобран так, что его напряжение поочередно закрывает тиристоры. Резистором R3 защищаются цепи 12 В от перегрузки во время открывания тиристора.
У трансформатора Т1:
- у сердечника – пластина Ш16Х10;
- в обмотке 1 – 40+40 витков ПЭЛ 0.8;
- в обмотке 2 – 10+10 витков ПЭЛ 0.3;
- в обмотке 3 – 20+20 витков ПЭЛ 0.3.
В трансформаторе Т2:
- в сердечнике – пластина Ш50Х60;
- в обмотке 1 – 40+40 витков проводом 3 мм в диаметре;
- в обмотке 2 – 460 витков, провод ПЭЛ 0.8.
Использование тиристоров КУ202 позволит собрать подобный преобразователь меньшей мощности.
Также можно применить новые кремниевые транзисторы, в этом случае требуется корректировка режима постоянного тока.
Схема инвертора мощностью 300 Вт
Ниже приведена уменьшенная схема, полноразмерная схема для более комфортного просмотра здесь.
Достоинства:
- беспроблемная работа при нагрузке до 300 Вт;
- возможна нагрузка до 650 Вт (при сильном нагреве проводов и падении напряжения до 190 В).
Недостатки:
- сложность, требуется импортная комплектация;
- более высокая стоимость.
Трансформатором может послужить импульсный блок питания (нерабочий советский телевизор в самый раз). Нужно перемотать, сточить зазор на феррите (если из двух таких трансформаторов взять по одной половинке феррита, ничего точить не придется).
В трансформаторе преобразователя возможно использование двух колец, оба 40х25х11, склеенных вместе. Первичная – та же, что в ТПИ-3, вторичная – на 60 витков.
Первичная – в двух обмотках 3 повода на 0.8 у плеча – в одном плече 5 витков и во втором плече 5 витков.
Вторичная – два провода на 0.8. При наматывании используется метод проверки. Вначале половину вторичной — два провода 0.8 + изоляция, затем первичную два плеча, опять изоляция, еще раз вторичная – ее подгоняем для нужного вольтажа (230 В).
В качестве корпуса лучше использовать компьютерный блок питания АТХ, в нем есть кулер, который лучше оставить и применить для охлаждения при повышенной нагрузке.. Ниже показаны фотографии сделанного устройства.
