У цій статті ви зможете ознайомитись із детальною покроковою інструкцієюз виготовлення інвертора змінного струму на 220 В 50Гц з автомобільного акумулятора на 12 В. Такий пристрій здатний видавати потужність від 150 до 300Вт.
Схема цього пристрою досить проста.
Ця схема працює за принципом перетворювачів типу Push-Pull. Серцем пристрою буде служити плата CD-4047, що працює як генератор, що задає, а також здійснює управління польовими транзисторами, які працюють в режимі ключів. Усього один транзистор може бути відкритий, якщо будуть відкриті два транзистори в один час, то станеться замикання, в результаті якого транзистори згорять, також це може статися у разі неправильного управління.
Плата CD-4047 не розрахована на високоточне керування польовими транзисторами, але з цим завданням справляється добре. Також для роботи пристрою знадобиться трансформатор із старого ДБЖ на 250 або 300Вт з первинною обмоткою та середньою точкою підключення плюса від джерела живлення.
Трансформатор має досить велику кількість вторинних обмоток, вам потрібно за допомогою вольтомметра вимірювати всі відводи і знайти мережеву обмотку на 220В. Потрібні нам дроти будуть видавати максимальний електроопір приблизно 17 Ом, зайві відводки можете видалити.
Перед тим як почати паяти бажано все ще раз перевірити ще раз. Рекомендується вибирати транзистори з однієї партії і однаковими характеристиками, конденсатор часто задає ланцюга мати невеликий витік і вузький допуск. Такі параметри визначаються тестером для транзисторів.
Так як у плати CD-4047 немає аналогів, необхідно придбати саме її, а ось польові транзистори, якщо є необхідність, можете поміняти на n-канальні з напругою від 60В і струмом мінімум 35А. Підходять із серії IRFZ.
Також схема може працювати з використанням біполярних транзисторів на виході, але слід врахувати, що потужність пристрою стане набагато меншою, якщо порівнювати із схемою, на якій використовуються "польовики".
Обмежувально затворні резистори повинні мати опір 10-100 Ом, але краще використовувати резистори на 22-47 Ом потужність яких становить 250 мВт.
Часто задає ланцюг збирається виключно з елементів, вказаних на схемі, яка має точні налаштування на 50Гц.
Якщо ви правильно зберете прилад, він працюватиме з перших секунд, але при першому запуску важливо підстрахуватися. Для цього замість запобіжника (дивитися схему) необхідно встановити резистор номінал якого становить 5-10 Ом або лампочку на 12В, щоб уникнути вибуху транзисторів якщо були допущені помилки.
Якщо пристрій працює стабільно, то трансформатор видаватиме звук, але ключі не грітимуться. Якщо все працює правильно, резистор (лампочку) потрібно прибрати, а живлення подається через запобіжник.
В середньому інвертор споживає енергії при роботі на холостих від 150 до 300 мА в залежності, яке джерело живлення і тип трансформатора.
Потім потрібно заміряти напругу, що видається, на виході має бути близько 210-260В, це вважається нормальним показником, оскільки інвертор не має стабілізації. Далі потрібно перевірити пристрій, під навантаженням підключивши лампочку на 60 Ватт і дати попрацювати 10-15 секунд, ключі за цей час трохи нагріються, тому що на них немає тепловідводів. Ключі повинні грітися рівномірно, у разі не рівномірного нагрівання, потрібно шукати, де допущені помилки.
Забезпечуємо інвертор функцією Remote Control
Головний плюсовий провід слід підключити до середньої точки трансформатора, але щоб пристрій почав працювати, до плати потрібно підключити слаботочний плюс. Завдяки цьому запуститься генератор імпульсів.
Кілька пропозицій для монтажу. Все встановлюється в корпус блоку живлення для комп'ютерів, слід установити транзистори на роздільні радіатори.
Якщо буде встановлено загальне тепловідведення, обов'язково ізолюйте корпус транзисторів від радіатора. Кулер підключається до шини на 12В.
Одним із істотних недоліків даного інвертора вважається відсутність захисту від замикання і якщо воно станеться, всі транзистори згорять. Щоб цього не допустити, на виході обов'язково необхідно встановити запобіжник на 1А.
Для запуску інвертора використовується кнопка невеликої потужності, через яку подаватиметься плюс на плату. Силові шини трансформатора слід закріпити безпосередньо до радіаторів транзисторів.
Якщо підключити до виходу перетворювача енергометр, то на ньому можете побачити, що вихідна частота і напруга в межах дозволеного. Якщо у вас вийшло значення більше або менше 50Гц, її потрібно налаштувати, використовуючи багатооборотний змінний резистор, він встановлений на платі.
При використанні малопотужних побутових приладів часто виникає потреба у перетворювачі напруги з 12 на 220 вольт. Це може бути ноутбук. зарядний пристрійдля мобільного телефону або планшета, навіть телевізор на LED елементах.
У яких випадках необхідний перетворювач напруги
- Тривала аварія централізованого енергопостачання.
- Аварійне енергопостачання електроніки газового казана.
- Відсутність побутової мережі 220 вольт (видалений садова ділянка, гаражний кооператив).
- Автомобіль.
- Туристична стоянка (за наявності можливості взяти з собою 12 вольтовий акумулятор).
У всіх цих випадках достатньо мати заряджений акумулятор, і ви зможете повноцінно використовувати мережеве електрообладнання.
Зверніть увагу
Важливо! Потужність потужності приладу не повинна перевищувати кілька сотень ват. Більш потужні пристрої швидко посадять акумулятор, який використовується як донор.
Заради справедливості зазначимо, що для використання в автомобілі існують блоки живлення та зарядні пристрої, що підключаються біля бортової мережі 12 вольт. Виконані вони у вигляді роз'єму, що з'єднується з розеткою прикурювача.
Однак, якщо у вас кілька гаджетів, вам доведеться розоритися на покупку такої самої кількості зарядок. А маючи один перетворювач із 12 на 220 – ви забезпечите повну універсальність підключення.
У продажу є великий асортимент готових перетворювачів. Потужність варіюється від 150 Вт до кількох кіловат. Зрозуміло, кожної потужності споживача необхідно підбирати відповідний акумулятор.
Також необхідно уважно читати технічні характеристики- Часто, в рекламних цілях, виробники вказують на упаковці пікову потужність, яку перетворювач витримує лише кілька секунд. Робоча потужність, зазвичай, на 25% – 30% нижче.
Різновиди перетворювачів 12 на 220 вольт
Для правильного вибору, ознайомтеся з основними видами перетворювачів напруги, представленими на ринку електротоварів:
За формою сигналу вихідної напруги
Пристрої поділяються на чистий синус та модифікований синус. Різницю у вигляді сигналу видно на ілюстрації.
Розробкою схем інвертора з чистою синусоїдою зайняті не лише багато народних умільців, а й науково-технічні центри. Інвертори, або блоки безперебійного живлення, набули популярності з розвитком комп'ютерних технологій. Збої у програмному забезпеченні, втрата інформації при раптовому відключенні живлення змусили вжити необхідних заходів безпеки. Перші пристрої видавали імпульсну напругу прямокутної форми - меандр. Вони забезпечували невеликий проміжок часу, протягом якого можна було зберегти інформацію та виконати штатне вимкнення комп'ютера. Подальші розробки дозволили створити вдосконалені моделі перетворювачів.
Збільшення ємності акумуляторів, номінальної потужності інверторів дозволило не тільки збільшити час роботи комп'ютерів, але й застосувати ДБЖ для роботи інших пристроїв та приладів при перебоях електропостачання.
Перший досвід експлуатації показав, що тривала робота обладнання на імпульсному напрузі призводить до прискореного зносу та відмови техніки. Певні категорії обладнання виявилися не здатними працювати на напрузі, що відрізняється від синусоїди. Потужність джерел живлення не дозволяла підключати кілька пристроїв одночасно.
Виникла потреба в інверторах із синусоїдальною формою напруги, здатних витримати навантаження в кілька кіловат. Часткове вирішення проблеми було знайдено. Виробники запропонували перетворювачі з квазі – синусом. Така форма є синусоїдою, що складається з безлічі невеликих сходинок.
Природна та штучна синусоїда
1. Схема живлення перетворювача.
Синусоїдальна форма напруги, що виробляється промисловими генераторами, створюється обертанням полюсів. магнітного поля. Робота електродвигунів заснована на створенні електроенергією магнітного поля, що обертається для впливу на ротор. При формі напруги, що відрізняється від синусоїди, обертання ротора відбуватиметься нерівномірно, з прискоренням або уповільненням, що позначиться на технічному стані двигуна та робочої частини.
Використання напруги спотвореної форми поки що не пройшло достатніх випробувань на практиці, тому використовувати його для живлення дорогого обладнання без гарантій виробника небажано. Більшість ДБЖ призначена для підтримки основних життєво необхідних функцій.
Мережева напруга не завжди має ідеальну форму. Підвищують і знижують трансформаторні станції, різні види устаткування, що споживає, створюють певні зміни у форму мережевої напруги. Переважне використання індуктивних навантажень без компенсаційних конденсаторних установок створює мережі певний зсув фаз, що впливає на форму синусоїди. Масове підключення імпульсних блоків живлення також робить свою частку спотворень, незважаючи на наявність фільтрів.
Рисунок 2. Встановлення на виході фільтра.
Отримати чистий синус під час використання радіоелектронних компонентів досить складно. Рішення начебто лежить на поверхні. Прямокутний імпульс у спрощеному поданні складається з гармонійного ряду синусоїд, перша з яких відповідає частоті імпульсів. Потрібно лише встановити на виході відповідний фільтр.
Ефективність експлуатації такого пристрою є досить низькою. Значна частина енергії затримається на елементах фільтра та перетворюється на тепло. Вага та габаритні розміри перетворювача значно зростуть. Виділити та використовувати відфільтровану енергію для зарядки також досить складно. Схема значно ускладниться, зросте її вартість, зменшиться надійність.
Більшість експериментаторів сходиться на думці, що модифікована синусоїда цілком прийнятна для більшості побутових та промислових пристроїв, приладів.
Повернутись до змісту
Схема інвертора із чистим синусом
Живлення перетворювача (мал.1) може бути джерела зі складною формою напруги або постійного струму. При використанні акумулятора фільтр Ф та діодний міст М можна не встановлювати. Для роботи низьковольтної частини схеми використається міст М1, зібраний на малопотужних діодах. Виготовити таку схему власноруч досить складно. Виконавець повинен мати певний досвід виконання подібних робіт.
Рисунок 3. Припасування котушок під напругою 220 В.
Схема працює в такий спосіб. Задає генератор на мікросхемі D5 створює синусоїдальний сигнал із частотою 50 Гц. Його схема є модифікованим варіантом генератора Вина. Зміни внесені збільшення надійності схеми і зменшення споживання енергії. Контролери D1, D2 модулюють синусоїдальний сигнал. Для модуляції на мікросхемах використовуються різні входи: прямий та інвертуючий. Тому одна сторона запускається за позитивної хвилі, друга — за негативної. З контролерів вихідний сигнал надходить на мікросхеми D3, D4, що формують сигнал для керування транзисторами.
Силова частина зібрана за принципом бруківки. Навантаження підключається в одну діагональ моста, напруга живлення - в іншу. При проходженні одного з напівперіодів струм проходить від мінусової клеми через VT4, обмотку L1, навантаження, VT1, плюсову клему джерела живлення. При іншому напівперіоді працюють транзистори VT2, VT3.
Захист по перевищенню максимально допустимого струму зібрана на резисторах R17-19, R22 та діодах VD11,12. При перевищенні падіння напруги на резисторах у силовому ланцюзі різниця надходить на відповідні контакти D1, D2 і схема припиняє роботу.
Повернутись до змісту
Додатковий фільтр
Наявний перетворювач з прямокутною імпульсною напругою можна модернізувати, встановивши на виході фільтр (рис.2), що відсіває вищі гармоніки. Точний розрахунок та ретельне виготовлення деталей допоможуть знизити втрати на фільтрі до мінімуму.
При виготовленні слід враховувати, що використовується для силових ланцюгів. Усі елементи та комплектуючі повинні витримувати максимально допустимий струм.
До складу входять два LC контури з резонансною частотою 50 Гц. В одному з них ємність з індуктивністю послідовно підключені, в другому — паралельно. Дроселі для контурів розраховуються та виготовляються ідентично, конденсатори також повинні мати однакові параметри. Оптимальна ємність для конденсаторів 100 мкФ, допустима напруга не менше 300 В. Електролітичні полярні конденсатори не можна використовувати.
Сердечники для котушок індуктивності мають бути з трансформаторного заліза. Для точного припасування дроселя в залозі потрібно вирізати зазор. Необхідну кількість витків можна розрахувати, використовуючи співвідношення для розрахунку резонансної частоти контуру. Для намотування бажано використовувати гнучкий мідний дріт. Мінімальний переріз має бути не менше 2,5 мм2.
Загальну площунамотування необхідно порівняти з розмірами вікна в сердечнику. Після складання необхідно виконати припасування котушок, підключивши мережеву напругу 220 В (рис.3). Опір навантаження є лампою розжарювання, вимірювальний прилад можна використовувати будь-якого типу з необхідним діапазоном. Правильне налаштування визначається за максимальною напругою. У зазор потрібно укласти прокладки трохи більше за розрахункову величину. Потім слід зменшувати товщину прокладок, контролюючи напругу на вольтметрі. Значення повинно збільшуватись при зміні товщини зазору, потім знижуватися. Зазор при максимальній напрузі є оптимальним варіантом. При налагодженні необхідно стягувати залізо сердечника до щільного контакту з матеріалом прокладки. Після підгонки слід зібрати та підключити фільтр.
За наявності осцилографа можна перевірити форму напруги до та після фільтра. За наявності всіх необхідних деталей та певного досвіду пристрій цілком доступний для виготовлення своїми руками.
Часто в житті виникає потреба отримати напругу 220В з нижчого, скажімо, 12 Вольт. Наприклад, вам потрібно підключити зарядний пристрій від ноутбука до автомобільного акумулятора, тому не проблема. Крім того, інвертори знайшли широке застосування в альтернативній енергетиці. Зазвичай їх ставлять на вітряки, гідроелектростанції і так далі, які здебільшого генерують невисоку напругу.
Сьогодні ми розглянемо, як зробити інвертор своїми руками. Тут немає ніякої складної електроніки, набір компонентів дуже маленький, а схема зрозуміла будь-якому новачкові. Усього вам знадобиться з'єднати кілька резисторів, транзисторів і трансформатор. Заінтригував? Тоді переходимо до вивчення інструкції!
Матеріали та інструменти, які використовував
Список матеріалів:
- Трансформатор 12-0-12В на 5А;
- акумулятор на 12В;
- два алюмінієві радіатори;
- два транзистори TIP3055;
- два резистори 100 Ом/10 Ватт;
- два резистори 15 Ом/10 Ватт;
- дроти;
- фанера, ламінат (або інше виготовлення корпусу);
- Розетка;
- термопаста;
- Пластикові стяжки;
- гвинтики з гайками та ін.
Список інструментів:
- паяльник;
-
- ;
- кусачки;
- Викрутка.
Процес виготовлення інвертора:
Крок перший. Ознайомтеся зі схемою
Ознайомтеся зі схемою підключення всіх елементів. Є як докладна електронна схема, так і проста, інтуїтивно зрозуміла, куди і які дроти підключати.
Крок другий. Збираємо два контури з резисторів та транзисторів
Беремо транзистор і кріпимо його до резистори на 15 Ом, як видно на фото. Аналогічним чином кріпимо і другий транзистор.
Крок третій. Радіатор
При роботі транзистори грітимуться, і якщо не відводити це тепло, вони можуть вийти з ладу. Тут вам знадобиться два радіатори. Свердлимо отвори, наносимо термомпасту і добре притягуємо транзистори до радіаторів шурупами.
Крок четвертий. З'єднуємо два контури за допомогою резисторів на 100 Ом
Беремо два резистори на 100 Ом і з'єднуємо два контури по діагоналі. Тобто, контакти вам потрібно припаяти до двох крайніх лівих ніжок транзисторів, якщо дивитися на їхню лицьову частину.
Крок п'ятий. Підключаємо центральні лапки
Беремо двожильний кабель і припаюємо по одному дроту до центральних контактів транзисторів. Потім ці дроти припаюються до крайнього лівого і крайнього правого контакту на трансформаторі, як видно на фото.
Крок шостий. Перемичка
Відповідно до схеми вам потрібно встановити перемичку між крайніми і правими контактами транзисторів. Відрізаємо шматок дроту і припаюємо їх до лап.
Крок сьомий. Подальше підключення
Беремо ще один шматок дроту, у автора він рожевого кольору. Припаяйте його до центрального контакту трансформатора, через нього на трансформатор подаватиметься плюс від акумулятора.
Ще вам знадобиться шматок білого дроту, це буде мінус від акумулятора, його потрібно припаяти жовтому дроту, тобто перемичці, встановленій раніше.
Крок восьмий. Тестуємо!
Озирнутися не встигли, як електронну частину інвертора зібрано, можна тестувати! Підключаємо акумулятор і мультиметр заміряємо напругу. Воно скаче у діапазоні 200-500В.
Спершу автор вирішив підключити дуже слабеньку лампочку на 5 Ватт до інвертора, вона спалахнула без проблем.
Потім була підключена вже більш серйозна лампочка на 40 Ватт, і вона горить так, ніби включена в розетку будинку, а насправді живиться від маленького акумулятора на 12В.
На завершення автор вирішив підключити лампу денного світлана 15Ват, вона також спалахнула без особливих проблем.
Також було ухвалено рішення спробувати підключити зарядку для мобільного. Телефон заряджається без жодних прислівників.
Крок дев'ятий. Збираємо корпус
Щоб все було безпечно та виглядало естетично, зробимо для інвертора корпус! Для цього вам знадобиться розетка, шматок кабелю, також фанера, ламінат або щось подібне. Нарізаємо матеріал до потрібних шматків, щоб зробити короб. До основи прикручуємо трансформатор, для надійності автор вирішив прикрутити його гвинтами з гайками. Щодо електронної частини з транзисторами, її було прийнято рішення закріпити пластиковими стяжками. Свердлимо отвори та притягуємо нижні резистори на 100 Ом до основи.
Корпус можна збирати, для цього автор використовував гарячий клей. Щодо верхньої кришки, то в ній потрібно вирізати посадкове місце під розетку. Автор матеріал м'який, він вирізує вікно за допомогою канцелярського ножа. Якщо вікно відповідного розміру, розетка має зафіксуватися надійно. На звороті її можна додатково зміцнити гарячим клеєм або епоксидкою.
Настав час встановити кришку, її кріпимо на саморізах, щоб мати доступ до нутрощів інвертора.
Коли в автомобілі потрібно створити напругу, то зазвичай використовують спеціальні перетворювачі 12-220. У продажу є недорогі штатні інвертори із вартістю близько 20-30 доларів. Проте максимальна потужністьтаких пристроїв становить найкращому випадкублизько 300 Ватт. У деяких випадках такої потужності недостатньо.
Отримати живлення для потужного підсилювача можна за допомогою невеликих перетворень. Досить лише замінити вторинну обмотку на стандартному інверторі. Після цього можна отримати будь-яке значення вхідної напруги. Наприклад, потужність інвертора 400 Ватт зросте до 600 Ватт.
Для підвищення потужності в домашніх умовах фахівці рекомендують скористатися простим способом. Потрібно замінити потужні біполярні ключі IRF 3205.
Для роботи взятий інвертор, до якого можна підключити 4 пари вихідних транзисторів. Тому пристрій після проведення необхідних робіт, зможе видати потужність близько 1300 Ватт. Якщо купувати готовий інвертор з такими параметрами, вартість його зросте до 100-130 доларів.
Варто звернути увагу, що традиційна двотактна схема пристрою не містить захисту від перегріву, КЗ і перевантажень на виході.
Основу генератора становить мікрочіп ТЛ 494, який має додатковий драйвер. Необхідно провести заміну малопотужних біполярних транзисторів на вітчизняні аналоги (КТ 3107).
Для того щоб не використовувати потужні перемикачі для подачі живлення, інвертор оснащується схемою ремоут контролю.
У частині пристрою використані діоди спеціальні ШОТТКИ типу 4148 (підійде і вітчизняний КД 522). Транзистор у схемі ремоут контролю замінюють на КТ 3102.
Після цього можна переходити до найвідповідальнішої частини проекту – трансформатора. Цей елемент намотаний на пару склеєних кілець 3000 НМ. При цьому розмір кожного з них 45х28х8. Для щільнішої фіксації кільця можна обмотати скотчем.
Потім кільця обмотують зверху скловолокном (вартість їх у магазині трохи більше 1 долара). Цілком допустимо замінити цей матеріал тканинною ізолентою.
Скловолокно нарізають на невеликі смужки шириною близько 2 см і довжиною не більше 50 см. Матеріал для роботи має високу термостійкість, а завдяки тонкій основі ізоляція виглядає акуратно.
Для первинної обмотки потрібно 2х5 витків дроту, тобто 10 витків із відведенням від середини. Роботи виконуються дротом діаметром 0,7-0,8 мм, і кожне плече йде 12 жил. Наочніше процес представлений на наступних фотографіях.
Джгут розтягують, і на обидва плечі поступово намотують 5 витків, розтягуючи їх по всьому кільцю. Обмотки мають бути однакові.
Утворені елементи мають чотири висновки. Початок першої обмотки потрібно припаяти до кінця другої. Місце припою буде відводом для силової напруги в 12 Ст.
На наступному етапі робіт кільце необхідно ізолювати за допомогою скловолокна та покрити вторинною обмоткою.
Вторинна обмотка збільшує вихідну напругу. Тому при проведенні робіт потрібно бути максимально акуратним і дотримуватися всіх запобіжних заходів. Варто пам'ятати, що висока напруга небезпечна. Монтаж пристрою здійснюється лише з вимкненим живленням.
Обмотку кілець проводять за допомогою пари паралельних жил дроту 0,7-0,8 мм. Кількість витків складає близько 80 штук. Провід рівномірно розподіляють по всьому кільцю. На фінальному етапі проводять додаткову ізоляцію виробу скловолокном.
Коли складання інвертора завершено, то можна приступати до його тестування. Пристрій підключають до акумулятора, спочатку підійде батарея з напругою 12 В від безперебійника. При цьому «плюс» живлення йтиме на схему через галогенну лампу потужністю 100 Ватт. Варто звернути увагу, що ця лампа не повинна світитися перед проведенням робіт та під час них.
Після цього можна переходити до перевірки польових ключів щодо тепловиділення. За правильно зібраної схеми воно має бути практично нульовим. Якщо вхідного навантаження немає, а транзистори перегріваються, потрібно шукати непрацюючий компонент у пристрої.
Якщо тестування пройшло успішно, то можна встановити транзистори на один загальний тепловідвід. Для цього використовують спеціальні ізоляційні прокладки.
Принципова електрична схемау форматі *.lay знаходиться в архівному файлі і стане доступною після завантаження.
