3 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Сделай сам простейший инверт без транзисторов своими руками

Делаем простейший преобразователь 12В — 220В своими руками

Можно вспомнить много случаев, когда пригодился бы преобразователь из 12 вольт постоянного тока в 220 вольт переменного – например, приехав на дачу на автомобиле, можно вечером включить освещение или запитать от аккумулятора насос для полива. Также такой инвертор – неотъемлемая часть ветряных генераторов.

Купить готовое устройство не составит проблем – в автомагазинах можно найти автомобильные инверторы (импульсные преобразователи напряжения) различной мощности и цены.

Однако, цена подобного устройства средней мощности (300-500 Вт) составляет несколько тысяч рублей, а надежность многих китайских инверторов достаточно спорна. Изготовление своими руками простого преобразователя – это не только способ ощутимо сэкономить, но и возможность улучшить свои знания в электронике. В случае отказа же ремонт самодельной схемы окажется ощутимо проще.

Распространенные схемы

Простой импульсный преобразователь

Схема этого устройства очень проста, а большинство деталей могут быть извлечены из ненужного блока питания компьютера. Конечно, у нее есть и ощутимый недостаток – получаемое на выходе трансформатора напряжение 220 вольт далеко по форме от синусоидального и имеет частоту значительно больше, чем принятые 50 Гц. Напрямую подключать к нему электродвигатели или чувствительную электронику нельзя.

Для того, чтобы иметь возможность подключать к этому инвертору содержащую импульсные блоки питания технику (например, блок питания ноутбука), применено интересное решение – на выходе трансформатора установлен выпрямитель со сглаживающими конденсаторами. Правда, работать подключенный адаптер сможет только в одном положении розетки, когда полярность выходного напряжения совпадет с направлением встроенного в адаптер выпрямителя. Простые потребители типа ламп накаливания или паяльника можно подключать непосредственно к выходу трансформатора TR1.

Основа приведенной схемы – это ШИМ-контроллер TL494, наиболее распространенный в таких устройствах. Частоту работы преобразователя задают резистор R1 и конденсатор C2, их номиналы можно брать несколько отличающимися от указанных без заметного изменения в работе схемы.

Для большей эффективности схема преобразователя включает в себя два плеча на силовых полевых транзисторах Q1 и Q2. Эти транзисторы нужно разместить на алюминиевых радиаторах, если предполагается использовать общий радиатор – устанавливайте транзисторы через изоляционные прокладки. Вместо указанных на схеме IRFZ44 можно использовать близкие по параметрам IRFZ46 или IRFZ48.

Выходной дроссель наматывается на ферритовом кольце от дросселя, также извлекаемого из компьютерного блока питания. Первичная обмотка мотается проводом диаметром 0,6 мм и имеет 10 витков с отводом от середины. Поверх нее наматывается вторичная обмотка, содержащая 80 витков. Также можно взять выходной трансформатор из сломанного источника бесперебойного питания.

Вместо высокочастотных диодов D1 и D2 можно взять диоды типов FR107, FR207.

Так как схема очень проста, после включения при правильном монтаже она начнет работать сразу и не потребует никакой 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.

Готовый инвертор такой мощности стоил бы порядка трех-четырех тысяч рублей.

Схема преобразователя с выходом переменного тока

Эта схема выполнена на отечественных комплектующих и достаточно стара, но это не делает ее менее эффективной. Главное ее достоинство – это получение на выходе полноценного переменного тока с напряжением 220 вольт и частотой 50 Гц.

Здесь генератор колебаний выполнен на микросхеме К561ТМ2, представляющей собой сдвоенный D-триггер. Она является полным аналогом зарубежной микросхемы CD4013 и может быть заменена ей без изменений в схеме.

Преобразователь также имеет два силовых плеча на биполярных транзисторах КТ827А. Их главный недостаток по сравнению с современными полевыми – это большее сопротивление в открытом состоянии, из-за чего нагрев при той же коммутируемой мощности у них сильнее.

Так как преобразователь работает на низкой частоте, трансформатор должен иметь мощный стальной сердечник. Автор схемы предлагает использовать распространенный советский сетевой трансформатор ТС-180.

Читать еще:  Фоторамка из китайских палочек

Как и другие инверторы на основе простых ШИМ-схем, этот преобразователь имеет на выходе достаточно отличающуюся от синусоидальной форму напряжения, но это несколько сглаживается большой индуктивностью обмоток трансформатора и выходным конденсатором С7. Также из-за этого трансформатор во время работы может издавать ощутимый гул – это не является признаком неисправности схемы.

Простой инвертор на транзисторах

Этот преобразователь работает по тому же принципу, что и перечисленные выше схемы, но генератор прямоугольных импульсов (мультивибратор) в нем построен на биполярных транзисторах.

Особенность этой схемы в том, что она сохраняет работоспособность даже на сильно разряженном аккумуляторе: диапазон входных напряжений составляет 3,5…18 вольт. Но, так как в ней отсутствует какая-либо стабилизация выходного напряжения, при разрядке аккумулятора будет одновременно пропорционально падать и напряжение на нагрузке.

Так как эта схема также является низкочастотной, трансформатор потребуется аналогичный используемому в инверторе на основе К561ТМ2.

Усовершенствования схем инверторов

Приведенные в статье устройства крайне просты и по ряду функций не могут сравниться с заводскими аналогами. Для улучшения их характеристик можно прибегнуть к несложным переделкам, которые к тому же позволят лучше понять принципы работы импульсных преобразователей.

Увеличение выходной мощности

Все описанные устройства работают по одному принципу: через ключевой элемент (выходной транзистор плеча) первичная обмотка трансформатора соединяется с входом питания на время, заданное частотой и скважностью задающего генератора. При этом генерируются импульсы магнитного поля, возбуждающие во вторичной обмотке трансформатора синфазные импульсы с напряжением, равным напряжению в первичной обмотке, умноженному на отношение числа витков в обмотках.

Следовательно, ток, протекающий через выходной транзистор, равен току нагрузки, помноженному на обратное соотношение витков (коэффициент трансформации). Именно максимальный ток, который может пропускать через себя транзистор, и определяет максимальную мощность преобразователя.

Существуют два способа увеличения мощности инвертора: либо применить более мощный транзистор, либо применить параллельное включение нескольких менее мощных транзисторов в одном плече. Для самодельного преобразователя второй способ предпочтительнее, так как позволяет не только применить более дешевые детали, но и сохраняет работоспособность преобразователя при отказе одного из транзисторов. В отсутствие встроенной защиты от перегрузок такое решение значительно повысит надежность самодельного прибора. Уменьшится и нагрев транзисторов при их работе на прежней нагрузке.

На примере последней схемы это будет выглядеть так:

Автоматическое отключение при разряде аккумулятора

Отсутствие в схеме преобразователя устройства, автоматически отключающего его при критическом падении напряжения питания, может серьезно подвести Вас, если оставить такой инвертор подключенным к аккумулятору автомобиля. Дополнить самодельный инвертор автоматическим контролем будет крайне полезно.

Простейший автоматический выключатель нагрузки можно сделать из автомобильного реле:

Как известно, каждое реле имеет определенное напряжение, при котором замыкаются его контакты. Подбором сопротивления резистора R1 (оно будет составлять около 10% от сопротивления обмотки реле) настраивается момент, когда реле разорвет контакты и прекратит подачу тока на инвертор.

ПРИМЕР: Возьмем реле с напряжением срабатывания (Uр) 9 вольт и сопротивлением обмотки (Rо) 330 ом. Чтобы оно срабатывало при напряжении выше 11 вольт (Umin) , последовательно с обмоткой нужно включить резистор с сопротивлением Rн, рассчитываемым из условия равенства Uр/Rо=(UminUр)/Rн. В нашем случае потребуется резистор на 73 ома, ближайший стандартный номинал – 68 ом.

Конечно, это устройство крайне примитивно и является скорее разминкой для ума. Для более стабильной работы его нужно дополнить несложной схемой управления, которая поддерживает порог отключения гораздо точнее:

Инвертор без транзисторов за 5 мин (с 12 на 220 в, плюс сирена как бонус). Теория и эксперимент (часть 1 из 2)

Дождались наконец-то, именно так, вам не послышалось — инвертор без транзисторов, а еще без двойных, симметричных обмоток трансформатора!

Инверторы, как приборы трансформации постоянного напряжения, нет не вошли, а просто навалились в современную жизнь. Без них не обходится например, солнечная энергетика, автомобилисты без инверторов не смогут лишний раз посмотреть телевизор на 220 в и тд.

Напомню, инвертор — устройство, которое превращает низкое (или высокое) напряжение (преимущественно постоянное) в высокое (или низкое, преимущественно переменное), то есть это устройство трансформации именно постоянного напряжения в любуе другое, как правило, с минимальными потерями мощности.

Преобразователи только переменных напряжений называют — трансформаторами. Просматривая много схем инветоров можно заметить, что у всех есть транзисторы. Причем транзисторы преимущественно еще те, самие дорогие, полевые, которые боятся лишних разрядов, статического электричества, коротких замыканий, их еще надо мазать специальной теплопроводящей пастой (или клеем) и ставить на них не маленький радиатор, или вентилятор.

Читать еще:  Дерево с признаниями

А та еще морока — разбирать и наматывать на трансформатор двойную симметрическую обмотку в противоположные стороны, тупо — напряжно.
Какой же принцип работы инвертора без транзистора и что я здесь придумал, а?

Начнем с классики:

Вспомните, что повышает напряжение в инверторе, да — трансформатор. Но трансформатор может работать только с переменным током, так как только переменный ток трансформируется внутри инвертора.

А чтобы получить этот переменный ток — именно применяют транзисторные генераторы, преимущественно низкой частоты.
Здесь правда, с одним «но» — не обязательно использовать переменный ток, трансформировать можно и постоянный, но прерывистым ток (импульсный, ток типа: «есть — нету — есть»):

Чтобы понять как работает постоянный, но прерывистый ток с трансформатором, подключите первичную обмотку трансформатора (там где меньше витков) к аккумулятору (12 в), а вторичную (там где больше витков) к вольтметру.

Теперь прерывая питания вручную одним проводом, наблюдаем появление высокого напряжения на вторичной обмотке (там где больше витков) ее фиксирует вольтметр.

Интересно, высокое напряжение на выходе вторичной обмотки трансформатора тоже будет постоянным (очень малое изменение полярности), но прерывистое («плюс» и «минус» на выходе не меняется, а идет постоянное напряжение с прерыванием, что задается частотой ручного прерывания контакта):

Конечно держать аккумулятор в руках и постоянно прерывать контакты, это не дело. Все должно быть автоматическим. Здесь наверное надо вернуться к транзисторам, а нет.

В качестве коммутатора у нас будет выступать реле, но реле не обычное, а очень обычное, хотя качество должно быть высоким.
Реле бывают разные:

Дело в том, что каждое реле содержит железный стержень, обмотку на нем и контакты, которые замыкаются или размыкаются в зависимости от того есть ли напряжение на реле.

Если на реле нет напряжения, замыкается один контакт (например, «нет»), при включении напряжения контакт меняется (например, на «да»).
Скорость реакции контакта реле зависит от многих факторов:

— величины тока на катушке (сопротивление катушки);
— величины напряжения;
— степень сжатия пружины;
— величины зазора между железным сердечником реле и поверхностью подвижного контакта;
— длины плеча контакта (чем короче плечо, тем больше скорость срабатывания реле);
— скорости розмагничивания сердечника при пропадании напряжения;
— плотности среды, в которой находится подвижная часть реле (например, в вакууме нет трения воздуха);
— температуры и тд.

Сведения о факторах влияния на скорость срабатывания реле и регулирования его, необходимые для следующего шага.
А именно, разборки схемы работы реле в режиме «непрерывного переключения»:

При таком подключении реле, буквально «срывается с катушек» это можно не только увидеть, но и услышать. Почему так происходит, частично описано выше.

Короче говоря, здесь дело в пружине реле, когда подается напряжение на реле, оно срабатывает, тем самым размыкает свою цепь, пружина возвращает контакт снова на свое место и цикл продолжается сначала. За 1 с в зависимости от добротности пружины (но не только пружины) может быть 100 и более замыканий и размыканий.

Такую особенность реле я заметил почти случайно во время своих экспериментов.
Соответственно, добавив в схему трансформатор, получаем генератор и инвертор напряжения:

Переносим схему в экспериментальную плоскость, для этого нужно:

Инструменты и приборы:

— мультиметр (меряем напряжение, лучше использовать стрелочный вольтметр, так как цифровые иногда не могут зафиксировать прерывистое напряжение);
— аккумулятор (на 12 в);
— паяльник;
— реле (на 12 в);
— трансформатор (с 12 на 220 в, 10 Вт);
— лампа (220 в, 1 Вт);
— головной телефон (на 50 Ом).

— провода;
— «крокодилы» (4 шт.);
— припой;
— канифоль.

Этап 1.
Подключаем реле к аккумулятору по схеме, сразу услышим работу реле:

Этап 2.
Присоединяем трансформатор к реле и фиксируем высокое напряжение а выходе (здесь иногда лучше использовать стрелочный вольтметр):

Этап 3.
На выходе трансформатора устанавливаем лампу на 220 в, малой мощности, она светит (а при 12 в не светит):

Этап 4.
Если вместо лампы подключить головной телефон (работает как с, так и без трансформатора), то оттуда будет выдаваться звук, чем-то похож на сирену:

Читать еще:  Фигурка овна лобзиковым станком

Итак, схема работает, выдавая приятное жужжание. В отличие от инвертора на транзисторах, моя схема инвертора на реле содержит меньше деталей. КПД точно не мерил, ну приблизительно 65 % (с учетом КПД трансформатора).

В следующей статье — продолжение данной, я рассмотрю более практические, усовершенствованные и мощные схемы инвертора без транзисторов.

Как сделать самодельный инвертор своими руками

В статье вы узнаете как сделать самодельный инвертор, подробно разберем принцип работы данного инвертора, как собрать и протестировать инвертор.

Принцип работы инвертора

Инвертор можно рассматривать как грубую форму ИБП (источник бесперебойного питания). Очевидно, что основное использование инвертора предназначено только для питания обычных электроприборов, таких как фонари и вентиляторы, при сбое питания.

Как следует из названия, основная функция инвертора — инвертировать входное постоянное напряжение (12 В постоянного тока) в гораздо большую величину переменного напряжения (обычно 110 В или 220 В переменного тока).

Прежде чем научиться создавать инвертор, давайте сначала разберемся со следующими основными элементами инвертора и его принципом работы:

Осциллятор : генератор преобразует входной постоянный ток от свинцово-кислотной батареи в колебательный ток или прямоугольную волну, которая подается на вторичную обмотку силового трансформатора. В этой схеме IC 4049 была использована для секции генератора.

Трансформатор : здесь прикладываемое колебательное напряжение повышается в соответствии с соотношением обмоток трансформатора и переменного тока, значительно превышающего входной источник постоянного тока, который становится доступным на первичной обмотке или на выходе инвертора.

Зарядное устройство: во время резервного питания, когда батарея разряжается до значительного уровня, секция зарядного устройства используется для зарядки батареи после восстановления сети переменного тока.

Как построить инвертор

Чтобы четко понять, как построить инвертор, давайте рассмотрим следующие простые детали конструкции:

  • Согласно схеме цепи сначала завершите сборку секции генератора, состоящей из меньших частей и IC. Лучше всего это сделать путем соединения самих компонентов и пайки соединений.
  • Затем установите силовые транзисторы в алюминиевые радиаторы с соответствующим отверстием. Они изготавливаются путем разрезания алюминиевого листа на заданные размеры и сгибания их по краям, чтобы его можно было зажать.

  • Не устанавливайте транзисторы непосредственно на радиаторы. Используйте комплект для изоляции слюды, чтобы избежать прямого контакта и короткого замыкания транзисторов между собой и землей.
  • Прикрепите радиатор в сборе к основанию хорошо проветриваемого, прочного, толстого металлического корпуса.
  • Также закрепите силовой трансформатор рядом с радиаторами, используя гайки и болты.
  • Теперь подключите соответствующие точки собранной монтажной платы к силовым транзисторам на радиаторах.
  • Наконец подключите выходы силового транзистора к вторичной обмотке силового трансформатора.
  • Завершите конструкцию, установив и подключив внешние электрические приборы, такие как предохранители, розетки, выключатели, сетевой шнур и входы аккумулятора.
  • Дополнительная отдельная цепь электропитания, использующая 12 В / 3 А трансформатор может быть добавлена внутрь при необходимости зарядки батареи (см. схему).

Описание цепи

Чтобы лучше понять, как построить инвертор, важно узнать, как работает схема, выполнив следующие шаги:

  • Затворы N1 и N2 IC 4049 сконфигурированы как генератор. Он выполняет основную функцию подачи прямоугольных импульсов в секцию инвертора.
  • Затворы N3 — N6 используются в качестве буферов, поэтому схема не зависит от нагрузки.
  • Переменное напряжение от буферной ступени подается на базу усилителей тока транзисторов Т1 и Т2. Эти транзисторы проводят в соответствии с приложенным переменным напряжением и усиливают его до базы выходных транзисторов Т3 и Т4.
  • Эти выходные силовые транзисторы колеблются в полном разгаре, обеспечивая подачу полного напряжения батареи в каждую половину вторичной обмотки попеременно.
  • Это вторичное напряжение индуцируется в первичной обмотке трансформатора и усиливается до 230 В (переменный ток). Это напряжение используется для питания выходной нагрузки.

Процедура тестирования

Вы также можете понять, как построить инвертор, сконцентрировавшись на следующей процедуре тестирования, приведенной в пошаговом порядке ниже:

  • Начните процедуру тестирования, подключив лампу мощностью 100 Вт к выходному разъему инвертора.
  • Вставьте предохранитель на 15 А / 12 В в держатель предохранителя.
  • Наконец, подключите автомобильный аккумулятор 12 В к входам аккумулятора инвертора.
  • Если все соединения выполнены правильно, лампочка 100 Вт должна немедленно загореться.
  • Держите инвертор включенным в течение часа и дайте батарее разрядиться через лампочку.
  • Затем переведите данный тумблер в режим зарядки, проверьте показания счетчика.
  • Измеритель должен указывать зарядный ток батареи.
  • Через некоторое время показания счетчика должны постепенно снижаться до нуля, подтверждая, что батарея полностью заряжена и готова к следующему циклу.
Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:

Adblock
detector