Імпульсний перетворювач синусоїдальної напруги 220в 10кВт. Необхідність схем інверторів із чистою синусоїдою

• Додатковий фільтр

Розробкою схем інвертора з чистою синусоїдоюзайняті 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 як збільшити час роботи комп'ютерів, а й застосувати ДБЖ до роботи інших пристроїв і приладів при перебоях в електропостачанні.

Перший досвід експлуатації показав, що тривала робота обладнання на імпульсній напрузіпризводить 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 із 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.

Мережевий напруга який завжди має ідеальну форму. Підвищуючі та знижувальні трансформаторні станції, різні видиобладнання, 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 синуспри використанні радіоелектронних компонент 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.

Вирішив присвятити окрему статтю виготовлення DC AC підвищуючого перетворювача напруги на 220В. Це звичайно віддалено відноситься до теми світлодіодних прожекторів і ламп, але таке мобільне джерело живлення широко застосовується вдома та в автомобілі

• 1. Варіанти збирання
• 2. Конструкція перетворювача напруги
• 3. Синусоїда
• 4. Приклад начинки перетворювача
• 5. Складання з ДБЖ
• 6. Складання з готових блоків
• 7. Радіоконструктори
• 8. Схеми потужних перетворювачів

Варіанти збирання

Існує 3 оптимальні способи виготовлення інвертора 12 в 220 своїми руками:

1. збирання з готових блоків або радіоконструкторів;
2. виготовлення із джерела безперебійного живлення;
3. використання радіоаматорських схем.

У китайців можна знайти хороші радіоконструктори та готові блоки для збирання перетворювачів постійного струму в змінний 220В. За ціною цей спосіб буде найзатратнішим, але потрібно мінімум часу.

Другий спосіб це апгрейд джерела безперебійного живлення (ДБЖ), який без акумулятора у великих кількостях продаються на Авіто і коштують від 100 до 300руб.

Найскладніший варіант це збірка з нуля, без радіоаматорського досвіду не обійтися. Прийде виготовляти друковані плати, підбирати компоненти, роботи дуже багато.

Конструкція перетворювача напруги

Розглянемо конструкцію звичайного перетворювача напруги, що підвищує, з 12 на 220. Принцип роботи для всіх сучасних інверторів буде однаковим. Високочастотний ШІМ контролер задає режим роботи, частоту та амплітуду. Силова частина виконана на потужних транзисторах, тепло з яких відводиться корпус пристрою.

На вході встановлено запобіжник, який захищає від короткого замикання автомобільний акумулятор. Поруч із транзисторами кріпиться термодатчик, який слідкує за їх нагріванням. У разі перегріву інвертора 12-220в включається система активного охолодження що складається з одного або декількох вентиляторів. У бюджетних моделях вентилятор може працювати постійно, а не лише за високого навантаження.

Силові транзистори на виході

Синусоїда

Форма сигналу на виході автомобільного інвертораформується рахунок високочастотного генератора. Синусоїда може бути двох видів:

1. модифікована синусоїда;
2. чиста синусоїда, чистий синус.

Не кожен електричний прилад може працювати з модифікованою синусоїдою, яка має прямокутну форму. У деяких компонентів змінюється режим роботи, вони можуть нагріватися і почати шабарчати. Подібне можна отримати, якщо димувати світлодіодну лампу, яка має яскравість не регулюється. Починається тріск і миготіння.

Дорогі DC AC, що підвищують перетворювачі напруги 12в 220в мають на виході чистий синус. Коштують набагато дорожче, але електричні прилади чудово з ним працюють.

Приклад начинки перетворювача

Складання з ДБЖ

Щоб нічого не винаходити та не купувати готові модулі, можна спробувати комп'ютерне джерело безперебійного живлення, скорочено ІПЛ. Вони розраховані на 300-600Вт. У мене Ippon на 6 розеток, підключено 2 монітори, 1 системник, 1телевізор, 3 камери спостереження, система управління відеоспостереженням. Періодично перекладаю в робочий режим відключенням від мережі 220, щоб батарейка розряджалася, інакше термін служби сильно скоротиться.

Колеги електрики підключали звичайний автомобільний кислотний акумулятор до безперебійника, чудово працював безперервно 6 годин, дивилися футбол на дачі. В ДБЖ зазвичай вбудована система діагностики акумулятора гелів, яка визначає його низьку ємність. Як вона віднесеться до автомобільного невідомо, хоча основна відмінність, це гель замість кислоти.

Начинка ДБЖ

Єдина проблема, що безперебійнику можуть не сподобається стрибки в автомобільній мережі при заведеному двигуні. Для справжнього радіоаматора ця проблема вирішується. Можна використовувати лише при заглушеному двигуні.

Переважно ДБЖ призначені для короткочасної роботи, коли зникає 220В розетці. При тривалій постійній роботідуже бажано поставити активне охолодження. Вентиляція стане в нагоді для стаціонарного варіанту і для автомобільного інвертора.

Як і всі прилади, він непередбачено поведеться при запуску двигуна з підключеним навантаженням. Стартер машини сильно просаджує Вольти, у кращому разі піде на захист як при виході батареї з ладу. У найгіршому будуть стрибки на виході 220V, синусоїда спотвориться.

Складання з готових блоків

Для складання стаціонарного або автомобільного інвертора 12в 220в своїми руками можна використовувати готові блоки, які продаються на ебе або у китайців. Це заощадить час на виготовлення плати, паяння та остаточне налаштування. Достатньо додати до них корпус та дроти з крокодилами.

Купити можна і радіоконструктор, який укомплектований усіма радіодеталями, залишається тільки спаяти.

Орієнтовна ціна на осінь 2016:

1. 300Вт - 400руб;
2. 500Вт - 700руб;
3. 1000Вт - 1500руб;
4. 2000Вт - 1700руб;
5. 3000Вт - 2500руб.

Для пошуку на Aliexpress вкажіть запит у пошуковому рядку inverter 220 diy. Скорочення «DIY» означає «складання своїми руками».

Плата на 500W, вихід на 160, 220, 380 вольт

Радіоконструктори

Радіоконструктор коштує дешевше, ніж готова плата. Найскладніші елементи можуть бути вже на платі. Після складання практично не вимагає налаштування, для якого необхідний осцилограф. Розкид параметрів радіокомпонентів та номінали непогано підібрані. Іноді в пакетик кладуть запасні деталі, раптом через недосвідченість ніжку відірве.

Схеми потужних перетворювачів

Потужний інвертор переважно використовують для підключення будівельних електроінструментів при будівництві дачі або фазенди. Маломощний перетворювач напруги на 500Вт від потужного на 5000 - 10000 Ватт відрізняється кількістю трансформаторів і силових транзисторівна виході. Тому складність виготовлення та ціна практично однакові, транзистори коштують недорого. За потужністю оптимально 3000Вт, можна підключити дриль, болгарку та інший інструмент.

Покажу кілька схем інверторів із 12, 24, 36 на 220В. Такі ставити в легковий автомобільне рекомендується, можна випадково зіпсувати електрику. Схемотехніка DC AC перетворювачів 12 на 220 проста, що задає генератор та силова частина. Генератор роблять на популярній TL494 чи аналогах.

Багато схем підвищувачів з 12v на 220v для виготовлення своїми руками можна знайти за посиланням
http://cxema.my1.ru/publ/istochniki_pitanija/preobrazovateli_naprjazhenija/101-4
Усього там близько 140 схем, половина їх підвищують перетворювачі з 12, 24 на 220В. Потужності від 50 до 5000Вт.

Після складання потрібно налагодження всієї схеми за допомогою осцилографа, бажано мати досвід роботи з високовольтними схемами.

Для складання потужного інвертора на 2500 Ватт знадобиться 16 транзисторів і 4 відповідних трансформатора. Вартість виробу буде чимала, порівнянна із вартістю схожого радіоконструктора. Плюсом таких витрат буде чистий синус на виході.

Перетворювач 12/220В із синусом на виході.

Передмова.
Близько місяця тому я шукав у неті схему простого перетворювача 12/220в з "чистим" синусом на виході і на свій подив виявив, що її немає. Все що зазвичай пропонується, зводиться або отримання псевдосинуса шляхом перетворення без використання низькочастотного підвищує трансформатора, або до поради використовувати підсилювач D-класу, керований опорним синусоїдальним напругою. Як пристрій управління та генерації синусоїди пропонується застосовувати мікроконтролер. Або дається посилання смартапс. Загалом, виходить не надто просто. Довелося витратити досить багато відпускного часу, щоб розробити схему, що більш відповідає вимогам простоти і "чистоти" синуса.

Характеристики:
Вхідна напруга 12...14В
Вихідна напруга 50Гц 220+/-2В
Максимальна потужність 50Вт
ККД 84...90%.

Робота.
Задає генератор, джерело опорної напруги та компаратор зібрані на DA2. Зовнішні елементи DD1 та DD2 повторюють внутрішню структуру TL494, у тій її частині, яка нестійко працює на низьких частотах(Неправдиві спрацьовування D-тригера).
Далі за допомогою ФНЧ пригнічуються верхні гармонічні складові ШІМ. ФНЧ складається із двох частин. Перша-DA1.1, ФНЧ з гладкою характеристикою АЧХ. Другий-DA1.2 режекторний фільтр з частотою придушення 150Гц. Аналіз показує, що в ШІМ міститься тільки перша і непарна гармоніка, тому такого фільтра виявляється достатньо, щоб сформувати "гарний" синус (осцилограма 2). А оскільки рівень першої гармоніки практично лінійно залежить від шпаруватості, то отримуємо добре керований синус з точною постійною складовою, рівною +2,5В. Далі додатково отримуємо інверсну синусоїду (висновок 14 DA1.4).
DA3, DA5, VT1, VT2 зібраний перший канал УНЧ класу D. Другий канал відповідно зібраний на DA4, DA7, VT3, VT4. На виході першого та другого каналу УНЧ формуються протифазні синусоїди (осцилограма 3).
З виходу трансформатора через діодний міст подається Зворотній зв'язокза вихідною напругою. Таким чином вихідна напругастабілізується.

Конструкція та деталі.
Трансформатор TV1 – це доопрацьований ТП60-2, який застосовувався у знаменитому відеомагнітофоні "Електроніка ВМ-12". З трансформатора змотуються всі вторинні обмотки, і замість них намотується одна обмотка, що містить 33 витка. обмотувального дротудіаметром 0,7мм, складеного в сім разів. Можна використовувати і мідну шину, що підходить за площею перерізу. При подачі напруги 220В на вторинній (у перетворювачі вона первинна) обмотці трансформатора на холостому ходу напруга становить 6,5В.
Дроселі L1 і L2 намотуються на феритових кільцях типорозміру 24*13*9,7мм і містять 22 витки обмотувального дроту діаметром 1,5мм. На жаль, марка і магнітна проникність цих феритових кілець мені невідома. Вони використовують у вторинних ланцюгах імпульсних комп'ютерних блоків живлення типу ATX.
Транзистори та мікросхеми драйверів DA5, DA7 можна знайти на материнських платах.
Усі транзистори встановлюються однією радіатор площею 15...20см2. Для їхньої ізоляції від радіатора використовуються слюдяні прокладки.
Конденсатори С21...С24 типу К73-17 на напругу 63В.
Конденсатор С25 типу К73-17 на напругу 630В.
Діоди можна використовувати будь-які, з максимальною зворотною напругою не менше 400В.
Резистори R44, R45 потужністю щонайменше 0,25Вт.

Налаштування.
1. Від'єднати первинну обмотку трансформатора.
2. Резистором R9 встановити частоту проходження імпульсів 100Гц на виході DA2 (осцилограма 1).
3. Перевірити наявність синусоїдального сигналу (осцилограма 2) на висновках 7 та 14 DA1. Сигнали мають бути протифазними, але однаковими за формою.
4. Резисторами R22 і R31 встановити сигнал на виході першого каналу УНЧ згідно з осцилограмою 3. Також зробити з другим каналом (R24 і R34).
5. Встановити рухомий контакт резистора R4 у верхнє за схемою положення.
6. Підключити до виходу перетворювача еквівалент навантаження. Можна використовувати лампу розжарювання потужністю 25Вт.
7. Підключити первинну обмотку трансформатора.
8. Резистором R4 встановити напругу 220 на виході перетворювача.

P.S.
На мою схему легко піддається масштабуванню у бік збільшення потужності. У принципі, схема, з відповідними доробками, придатна і для отримання інших вихідних частот. Наприклад, 60Гц або 400Гц.
ККД, можна трохи збільшити, якщо замінити дроселі L1 і L2 більш потужні.

Як вам ця стаття?

При використанні малопотужних побутових приладівчасто виникає потреба у перетворювачі напруги з 12 на 220 вольт. Це може бути ноутбук, зарядний пристрій мобільного телефонаабо планшета, і навіть телевізор на елементах LED.

1. тривала аварія централізованого енергопостачання;
2. Аварійне енергопостачання електроніки газового котла;
3. Відсутність побутової мережі 220 вольт (видалений садова ділянка, гаражний кооператив);
4. Автомобіль;
5. 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. 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 до 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 з 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, як правило, 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.

Справа в тому, що перетворювачі працюють не так, як генератори змінного струму. На вході в пристрій подається постійний струмпевної величини.

Спочатку він перетворюється на імпульсний (для забезпечення роботи підвищуючого трансформатора), потім з отриманого пульсуючого струму формується синусоїдальна крива, звична для більшості споживачів змінної напруги 220 вольт. Для отримання гладкої кривої потрібна дорога схема, а більшість виробників намагаються запропонувати покупцеві економну ціну.

Зарядним пристроям та блокам живлення ноутбуків підійде і модифікована крива. А звуковідтворююча апаратура може працювати з перебоями та сильними перешкодами. Деякі блоки живлення, наприклад, у LED телевізорах, сильно гріються за такого вхідного сигналу.

Є випадки виходу з експлуатації блоків живлення. Пристрої з електродвигунами (наприклад, компресор холодильника або насос газового котла) також можуть працювати зі збоями при підключенні до перетворювача з модифікованим синусом.

За реалізацією підвищує функції.Способів отримати змінна напругаіз постійного досить багато. Розглянемо основні їх:

Трансформаторні пристрої

Мають доволі примітивну, але при цьому ефективну конструкцію. Це найпростіший перетворювач, який можна зібрати власноруч.

За допомогою мультивібратора постійний струм перетворюється на імпульсний, з частотою 50 Гц. Потім підвищує трансформатор перетворює напругу рівня 220 вольт, на виході монтується стабілізатор.

Недоліком такого компонування є великий розмір та неможливість отримати чистий синус. Але для найпростіших завдань (робота зарядного пристроюабо паяльника) цілком згодиться. Головне завдання, яке потрібно вирішити, – як намотати трансформатор для перетворювача. Підійде тороїдальний осердя (для компактності) від будь-якого непотрібного блоку живлення.

Зрозуміло, вторинної обмоткивитків має бути більше у відповідність до коефіцієнта підвищення. Потужність таких пристроїв зазвичай не перевищує 200 Вт.

Наступний тип перетворювачів - на генераторі, що задає. Зазвичай цих цілей використовується мікросхема КР1211ЕУ1. Головна детальперетворювача вітчизняного виробництва, тому її вартість невисока. Після того, як генератор задасть змінну напругу - сигнал іде на ключі, виконані на транзисторах IRL2505.

Далі підключається підвищує трансформатор, на виході якого сформована змінна напруга 220 вольт. Для зниження впливу високочастотних імпульсів, що багаторазово посилюються на вторинній обмотці – встановлений переважний конденсатор.

Потужність перетворювача може досягати 500 Вт залежно від трансформатора. Його підбирають із запасом, що перевищує номінал у 2,5 рази. Навантаження на інші елементи не таке високе. Наприклад, при вихідній потужності, що не перевищує значення 200 Вт, ключові транзистори працюють без радіаторів.

Схема настільки вдала, що її застосовують багато виробників у промислових перетворювачах. А доступність елементної бази дозволяє зібрати перетворювач із 12 на 220 своїми руками.

Більш досконалими з технічного погляду є перетворювачі на ШІМ контролерах. Такі пристрої на виході дають чистий синус, також мають високий ККД.

Досконала схема дозволяє створити потужні пристрої (1-2 кВт) за відносно компактних розмірів. Габарити визначають радіатори охолодження та система вентиляції. Висока вартість елементної бази виводить прилад із розряду бюджетних.

Однак у порівнянні з промисловими зразками, економія при самостійному збиранні суттєва. Такий перетворювач подужає і харчування холодильника. А якісна форма вихідного сигналу дозволить підключати вимогливі споживачі – телевізори та музичні центри.

Важливо! Не слід забувати, що висока вихідна потужність перетворювача вимагатиме ємного первинного джерела електроенергії. Для тривалої роботи при навантаженні 800-1000Ві, акумуляторна батареямає бути не менше 100 а/год.

Однак найбільшим попитом все ж таки користуються компактні пристрої, призначені для живлення менших гаджетів. Схема перетворювача 12220 на транзисторах доступна кожному радіоаматору, що вміє тримати в руках паяльник.

Зібравши таку схему в акуратному корпусі, можна встановити її в автомобілі, і у вас буде справжня розетка 220 вольт.

Найкращий саморобний перетворювач:
Якщо у вас у комп'ютерному блоці безперебійного живлення наказала довго жити акумуляторна батарея, у вас з'являється чудовий донор для створення автономного джерела 220 вольт. Перетворювач із безперебійника практично не вимагає втручання з боку.

Достатньо підключити потужнішу батарею (наприклад, автомобільну) і перетворювач готовий.
Вивчивши наш матеріал – ви зможете не тільки вибрати підходящий у магазині, але й зробити його самостійно.

Дивіться нижче: Перетворювач з 12 на 220 — відео, схема, докладна інструкція