Все сводиться к тому, чтобы подключить реле и трансформатор следующим образом. Первым делом на сетевую обмотку трансформатора накидываем нагрузку в виде светодиодной лампочки — это будет выход инвертора.
Затем низковольтную обмотку подключаем параллельно реле. Теперь один контакт идет на питание к аккумулятору, а второй подключаем к другому контакту аккумулятора, но только через замкнутый контакт реле. Плюс или минус значения не имеет.
Все! Ваш инвертер готов! Супер просто!
Подключаем к аккумулятору — он у нас в роли источника на 12 В и лампа на 220 В начинает светиться. При этом вы слышите писк реле.
Как же работает этот инвертер?
Все очень просто: когда вы подключаете питание все напряжение идет через замкнутые контакты на реле. Реле срабатывает и контакты размыкаются. В результате питание реле отключается и оно приводит контакты обратно на замкнутые. В результате чего цикл повторяется. А так как параллельно реле подключен повышающий трансформатор, мощные импульсы постоянного включения-выключения подаются ему и преобразуются в переменный высоковольтный ток. Частота такого преобразователя колеблется в пределах 60-70 Гц.
Конечно, такой инвертор не долговечен — рано или поздно реле выйдет из строя, но не жалко — оно стоит копейки или вообще бесплатно, если взять старое. А выходное напряжение по роду тока и разбросу просто ужасно. Но этот простейший преобразователь может вас выручить в какой-нибудь серьезной ситуации.
Принципиальная схема
В схеме на рис.1 используются четыре мощных транзистора VT1. VT4, работающих в ключевом режиме. В одном полупериоде напряжения 50 Гц открыты транзисторы VT1 и VT4.
Как сделать из постоянного напряжения переменное напряжение и усилить вольтаж
Ток от аккумулятора GB1 протекает через транзистор VT1, первичную обмотку трансформатора T1 (слева направо по схеме) и транзистор VT4.
Рис. 1. Принципиальная схема преобразователя постоянного напряжения 12В в переменное 220В.
Во втором полупериоде открыты транзисторы VT2 и VT3, ток от аккумулятора GB1 идет через транзистор VT3, первичную обмотку трансформатора TV1 (справа налево по схеме) и транзистор VT2.
В результате ток в обмотке трансформатора TV1 получается переменным, и во вторичной обмотке напряжение повышается до 220 6. При использовании 12-вопьтового аккумулятора коэффициент К= 220/12=18,3.
Генератор импульсов с частотой 50 Гц можно построить на транзисторах, логических микросхемах и любой другой элементной базе.
На рис.1 показан генератор импульсов на интегральном таймере КР1006ВИ1 (микросхема DA1). С выхода DA1 импульсы частотой 50 Гц проходят через два инвертора на транзисторах VT7, VT8.
От первого из них импульсы поступают через усилитель тока VT5 на пару VT2, VT3, со второго — через усилитель тока VT6 на пару VT1, VT4. Если в качестве VT1. VT4 использовать транзисторы с высоким коэффициентом передачи тока («супербета»), например, типа КТ827Б или мощные полевые транзисторы, например, КП912А, то усилители тока VT5, VT6 можно не ставить.
В схеме на рис.2 используются только два мощных транзистора VT1 и VT2, но зато первичная обмотка трансформатора имеет вдвое больше витков и среднюю точку.
Рис. 2. Схема выходной части импульсного преобразователя напряжения на двух мощных транзисторах.
Генератор импульсов в этой схеме тот же самый, базы транзисторов VT1 и VT2 подключаются к точкам А и Б схемы генератора импульсов на рис.1.
Рис. 3. Схема сигнализатора разряда аккумуляторной батареи.
Детали и налаживание
Время работы преобразователя определяется емкостью аккумулятора и мощностью нагрузки. Если допустить разряд аккумулятора на 80 % (такой разряд допускают свинцовые аккумуляторы), то выражение для времени работы преобразователя имеет вид:
где W — емкость аккумулятора, Ач; U — номинальное напряжение аккумулятора, В; Р — мощность нагрузки, Вт. В этом выражении учтен также КПД преобразователя, составляющий 0,85. 0,9.
Тогда, например, при использовании автомобильного аккумулятора емкостью 55 Ач с номинальным напряжением 12 В при нагрузке на лампочку накаливания мощностью 40 Вт время работы составит 10. 12 ч, а при нагрузке на телевизионный приемник мощностью 150 Вт 2,5—3ч.
Приведем данные трансформатора Т1 для двух случаев: для максимальной нагрузки 40 Вт и для максимальной нагрузки 150 Вт.
В таблице: S — площадь сечения магнитопровода; W1, W2 — количество витков первичной и вторичной обмоток; D1, D2 — диаметры проводов первичной и вторичной обмоток.
Можно использовать готовый силовой трансформатор, сетевую обмотку его не трогать, а домотать первичную обмотку. В этом случае после намотки нужно включить в сеть сетевую обмотку и убедиться, что напряжение на первичной обмотке равно 12 В.
Если использовать в качестве мощных транзисторов VT1. VT4 в схеме на рис.1 или VT1, VT2 в схеме на рис.2 КТ819А, то следует помнить следующее.
Максимальный рабочий ток этих транзисторов 15 А, поэтому если рассчитывать на мощность преобразователя свыше 150 Вт, то необходимо ставить либо транзисторы с максимальным током свыше 15 А (например, КТ879А), либо включать параллельно по два транзистора.
При максимальном рабочем токе 15 А мощность рассеяния на каждом транзисторе составит примерно 5 Вт, тогда как без радиатора максимальная рассеиваемая мощность — 3 Вт. Поэтому на этих транзисторах необходимо ставить небольшие радиаторы в виде металлической пластины площадью 15-20 см.
Выходное напряжение преобразователя имеет форму разнополярных импульсов амплитудой 220 В. Такое напряжение вполне подходит для питания различной радиоаппаратуры, не говоря уже об электрических лампочках.
Однако однофазные электромоторы с напряжением такой формы работают плохо. Поэтому включать в такой преобразователь пылесос или магнитофон не стоит.
Выход из положения можно найти, намотав на трансформаторе Т1 дополнительную обмотку и нагрузив ее на конденсатор Ср (на рис.2 показан пунктиром).
Этот конденсатор выбран такой величины, чтобы образовался контур, настроенный на частоту 50 Гц. При мощности преобразователя 150 Вт емкость такого конденсатора можно вычислить по формуле С = 0,25 / U2, где U -напряжение, образующееся на дополнительной обмотке, например, при U = 100 В, С = 25 мкФ.
При этом конденсатор должен работать на переменном напряжении (можно использовать металлобумажные конденсаторы К42У или подобные) и иметь рабочее напряжение не меньше 2U.
Такой контур забирает на себя часть мощности преобразователя. Эта часть мощности зависит от добротности конденсатора. Так, для металлобумажных конденсаторов тангенс угла диэлектрических потерь составляет 0,02. 0,05, поэтому КПД преобразователя снижается примерно на 2. 5%.
Во избежание выхода из строя аккумуляторной батареи преобразователь не мешает оборудовать сигнализатором разряда. Простая схема такого сигнализатора показана на рис.3.
Транзистор VT1 является пороговым элементом. Пока напряжение аккумуляторной батареи в норме транзистор VT1 открыт и напряжение на его коллекторе ниже порогового напряжения микросхемы DD1.1, поэтому генератор сигнала звуковой частоты на этой микросхеме не работает.
Когда напряжение батареи опускается до критического значения, транзистор VT1 запирается (точка запирания устанавливается переменным резистором R2), начинает работать генератор на микросхеме DD1 и акустический элемент НА1 начинает «пищать». Вместо пьезоэлемента можно применить динамический громкоговоритель малой мощности.
После использования преобразователя аккумулятор необходимо зарядить. Для зарядного устройства можно использовать тот же трансформатор Т1, но количества витков в первичной обмотке недостаточно, так как она рассчитана на 12 В, а нужно, по крайней мере, 17 В.
Поэтому при изготовлении трансформатора следует предусмотреть дополнительную обмотку для зарядного устройства. Естественно, при зарядке аккумулятора схему преобразователя необходимо отключить.
В. Д. Панченко, г.Киев, Украина.
Необходимость преобразования напряжения
Для каждого прибора имеются требования к характеристикам питающего тока. В быту обычно используют переменный ток с частотой 50 Гц, из которого получают тот, который необходим для конкретного вида электрооборудования. Например, для этой цели может быть использован адаптер питания для смартфона.
Иногда возникает необходимость выполнить противоположное преобразование. Это актуально в тех случаях, когда электроэнергию получают в виде постоянного тока. Такая ситуация, например, возникает при использовании солнечных батарей. Этот способ является дешевым и эффективным, но требует дальнейшего преобразования постоянного тока в переменный.
Преобразовывать постоянный ток в переменный выгодно из-за преимуществ последнего. В качестве примера можно привести следующие факты:
- Использование в трансформаторах сокращает потери при передаче электроэнергии на значительные расстояния.
- Переменный электроток обеспечивает эффективную работу индукционных нагревателей.
- Дроссельные фильтры дают возможность избавляться от высокочастотных помех. Выбор частоты осуществляется путём изменения индуктивности катушки.
- Использование переменного тока позволяет получать постоянно изменяющееся магнитное поле.
Техника преобразования
Чтобы получить переменный ток из постоянного, необходимо воспользоваться прибором, который называют инвертором. Он может работать с использованием различных схем. На рисунке представлен простейший вариант устройства.
Схема простого инвертора включает два транзистора, которые попеременно открываются и закрываются. В результате устройство подключается к источнику постоянного тока с разной полярностью. Таким образом происходит преобразование из постоянного тока в переменный. При этом необходимо обеспечить наличие нужной частоты. Иногда для этого применяют электронное управление с помощью микросхем.
После инвертора электроток не всегда обладает нужными характеристиками. Чтобы получить их, переменный ток пропускают через трансформатор. Это преобразующее устройство создает на выходе ток с необходимыми параметрами, например, ток частотой 50 Гц и переменное напряжение 220 В.
Существуют различные типы инверторов. Каждый из них обладает своими особенностями, что необходимо учитывать при выборе. В интернете можно найти множество инструкций, как сделать инвертор самостоятельно. Но следует учитывать, что такая не простая работа требует определенного уровня квалификации. Поэтому проще приобрести нужную модель в магазине.
Инвертор напряжения с регулированием выходных параметров
Самый простой способ изменить величину uн заключается в регулировании величины подводимого Uип, если такая возможность имеется. Например, для регулируемого выпрямителя это не проблема. Но такие источники электрической энергии как аккумуляторная батарея, суперконденсатор или солнечная батарея не имеют данной возможности. Поэтому регулировка частоты и величины выходного uн полностью возлагается на инвертор.
Для регулирования величины uн одну пару диагонально противоположных транзисторов следует открыть несколько ранее, чем в рассмотренном выше случае. Поэтому алгоритмом системы управления следует предусмотреть сдвигу управляющих сигналов. Например, подаваемых на открытие VT1 и VT4 относительно импульсов управления, подаваемых на базы VT2 и VT3, на некоторый угол, называемый углом управления α.
Обратите внимание, что амплитудное значение uн остается неизменной величины и приблизительно равно значению Uип, но действующее значение uн будет снижаться по мере увеличения угла управления α. Рассмотрим, как это работает.
На интервале времени от t1 до t2 открыта пара транзисторов VT1 и VT4; iн протекает справа налево, как показано на схеме. В момент t2 закрывается первый транзистор и открывается второй. Ток сохраняет прежнее направление, а нагрузка оказывается замкнутой, в результате чего напряжение на ней падает практически до нуля, соответственно снижается и iн.
Далее из системы управления поступает команда и VT2 открывается, а VT4 закрывается. Однако накопленная в индуктивности энергия не позволяет току iн изменить свое направление, и он протекает по прежней цепи, только уже через диоды VD2 и VD3 встречно источнику питания. Длительность этого процесса продолжается до точки времени t4. В точке t4 под действием приложенного Uип iн изменяет знак на противоположный.
Широтно-импульсная модуляция
Такой алгоритм работы полупроводниковых ключей в отличие от предыдущего алгоритма формирует паузу определенной длительности, которая в конечном итоге приводит к снижению действующего значения uн. Для формирования iн синусоидальной формы применяется широтно-импульсная модуляция ШИМ. Преобразователь с ШИМ, а точнее алгоритм его работы, предусматривающий ШИМ, мы рассмотрим отдельно.
Также следует заметить, что рассмотренный алгоритм управления полупроводниковыми ключами называется широтно-импульсным регулированием ШИР, который часто путают с ШИМ, хотя разница огромная.
В преобразовательной технике ШИМ практически вытеснила ШИР, поскольку обладает рядом положительных свойств, благодаря которым повышается КПД всего устройства и снижается уровень электромагнитных помех. Поэтому в дальнейшем мы рассмотрим инвертор напряжения с ШИМ.
Схемы преобразователей
Инверторы классифицируются по принципу работы, форме и схеме.
Принцип действия
По данному признаку устройства делятся на два типа: автономные и инверторы, ведомые сетью.
Автономные делятся на несколько подгрупп, объединяющих инверторы:
- напряжения (ИН): устанавливаются в большинстве ИБП;
- тока;
- резонансные.
Инверторы, ведомые сетью иначе называются зависимыми. Применяются, к примеру, в качестве силовых преобразователей на электровозах.
Схемы
Существует несколько основных схем инверторов:
- мостовой ИН без трансформатора. Применяется в ИБП мощностью свыше 500 ВА и в различных устройствах, рассчитанных на 220 или 380 В;
- ИН с нулевым выводом трансформатора. Применяется в ИБП мощностью 250-500 ВА, в установках напряжением 12 или 24 В и мобильных радиопередатчиках;
- мостовой ИН с трансформатором. Используется в ИБП ответственных объектов с потребляемой мощностью от нескольких кВА до десятков.
Принципиальная схема преобразователя
Форма
По форме выходного напряжения инверторы делятся на:
- ИН с прямоугольным выходным сигналом. С целью обеспечить требуемую пропорциональность Uвых. управляющая схема варьирует относительную длительность импульсов ключами либо сдвигает по фазе сигналы управления противофазных групп ключей (зависит от конструктивных особенностей переключающего модуля);
- ИН со ступенчатым выходным напряжением. Обрабатывают входной сигнал в два этапа: путем высокочастотного преобразования формируется однополярный ступенчатый сигнал, близкий к синусоиде с уменьшенным вдвое периодом, а при помощи мостового преобразователя он превращается в разнополярный с требуемым периодом;
- ИН с синусоидальным выходным напряжением. Входной постоянный ток также обрабатывается в 2 этапа: путем высокочастотного преобразования формируется постоянное напряжение, почти равное амплитуде требуемого переменного напряжения, а затем мостовым инвертором, действующим по принципу многократной широтно-импульсной модуляции.
Полученное постоянное напряжение преобразуется в близкое к синусоидальному переменное.
Электронные преобразователи
Однако не всегда рационально и удобно использовать бытовые электростанции, работающие на бензине или дизельном топливе. Одним из решений является генерация однофазного или трехфазного переменного тока из постоянного тока. Для этого используются инверторы, или преобразователи частоты.
Инвертор – это устройство, которое преобразует величину и тип электрического тока. В магазинах можно найти инверторы на 12-220 или 24-220 В. Как правило, эти устройства преобразуют 12 или 24 В постоянного тока в 220 В переменного тока с частотой 50 Гц. Схема простейшего такого инвертора на основе полумостового драйвера IR2153 показана ниже.
Эта схема производит на выходе модифицированную синусоиду. Он вряд ли подойдет для питания индуктивных нагрузок, таких как двигатели и дрели. Но если нет постоянной возможности, можно использовать и простой инвертор, например, такой как этот.
Преобразователи постоянного тока в переменный с чистой синусоидой на выходе стоят намного дороже, а их схемы намного сложнее.
Важно! Покупая дешевые модульные платы на Aliexpress, не рассчитывайте на чистую синусоиду или частоту 50 Гц. Большинство этих устройств вырабатывают ток высокой частоты при напряжении 220 В. Это можно использовать для питания различных обогревателей и лампочек.
Мы кратко обсудим принципы генерации переменного тока в домашних и промышленных масштабах. Физика этого процесса известна уже почти 200 лет, но главным популяризатором этого способа получения электроэнергии стал Никола Тесла в конце 19-го и в первой половине 20-го века. Большинство современных бытовых и промышленных приборов рассчитаны на питание переменным током.
Наконец, мы рекомендуем посмотреть это видео, в котором наглядно показано, как работает генератор переменного тока:
- Основные параметры выпрямительных диодов; Школа для инженеров-электриков: Электротехника и электроника .
- Шаговые двигатели: свойства и практические схемы управления. Часть 2 .
- Полупроводниковые диоды .
- Выпрямитель тока: переменный ток в постоянный, схема выпрямителя тока .
- Расчет понижающего конденсатора .
- Обратный ток. Что такое возвратный ток? .
- Выпрямительные диоды; Школа для электриков: Электротехника и электроника .
Что такое преобразователь напряжения постоянного тока в переменный?
Преобразование одного вида тока в другой требуется довольно часто. Способ превращения переменного в постоянный прост : применяется диодный мост и сглаживающий конденсатор. А вот как из постоянного тока сделать переменный , знают не все. Между тем, в сфере электротехники такое преобразование, как будет показано далее, также выполняется довольно часто. Устройство, преобразующее постоянный ток в переменный, называют инвертором. Существует несколько видов этих аппаратов.
Содержание: Повышение переменного напряжения Цепи постоянного тока. Повысить переменное напряжение можно двумя способами — использовать трансформатор или автотрансформатор.
Как из постоянного тока сделать больше. Как из постоянного тока сделать переменный?
Как преобразовать постоянное напряжение в переменное с минимальными затратами чтоб напряжение сильно не падало? Слыхал, что есть схема на двух разнополярных транзисторах. И если можете нарисовать схему, рисуйте ясно, где Uвх, а где Uвых. Заранее спасибо. Мы принимаем формат Sprint-Layout 6! Экспорт в Gerber из Sprint-Layout 6. Конденсаторы Panasonic.
Калькулятор поможет Вам подобрать источник бесперебойного питания ИБП индивидуально под свои потребности. Для этого Вам нужно ввести требуемое время автономной работы и мощность Вашей системы. Калькулятор подберет для Вас оптимальную модель ИБП.
