Как сделать инверторы (преобразователи) 12-220 В

Расчет емкости аккумуляторов и мощности инвертора

Для вычисления эксплуатационных характеристик ИБП и инвертора необходимо рассчитать энергопотребление в автономном доме. Составляем первый вариант таблицы:

В таблицу требуется вписать все электроприборы, которые используются как минимум раз в месяц и особенно те из них, что потребляют высокое напряжение. Если лампы имеют различное энергопотребление, их следует записать отдельно. Приведенные в таблице цифры, обозначающие потребляемые каждым прибором киловатты, нужно найти либо в инструкции к нему, либо в специальной табличке на его корпусе (на бытовой технике она расположена с обратной стороны либо сбоку). Ориентироваться на киловатты, указанные в таблице выше нельзя – они даны условно, с целью объяснения порядка расчетов.

Далее вводим в таблицу новые столбцы – количество приборов и время их ежедневной работы.

Подчитываем время работы бытовой техники, используемой периодически, таким образом: утюг необходим во время глажки, осуществляемой два раза в неделю по полчаса. Следовательно, за месяц утюг будет работать полчаса, умноженные на два (раза в неделю) и на четыре (недели в месяце). Получаем цифру четыре, делим ее на 30 (количество дней в месяце), выходит 0,14 часов в день (с округлением в большую сторону). И так далее…

А сейчас введем в таблицу пятый столбик и вычислим, сколько киловатт потребляет за сутки каждый бытовой прибор и все они вместе:

Итак, мы определили суточное потребление в доме – в моем случае это 9428 Вт.

Назначение и принцип работы

Что такое преобразователь напряжения. Так называют электронный прибор, изменяющий величину входного сигнала. Он может использоваться в качестве устройства, повышающего или понижающего его значение. Входное напряжение после преобразования может изменить как свою величину, так и частоту. Такие устройства, изменяющие постоянное напряжение (преобразовывающие его) в выходной сигнал переменного тока, получили название инверторов.

Преобразователи напряжения находят применение как в виде автономного устройства, питающего потребителей энергией переменного тока, так и могут входить в состав других изделий: систем и источников бесперебойного питания, устройств повышения постоянного напряжения до необходимой величины.

Инверторы представляют собой генераторы напряжения гармонических колебаний. Источнику постоянного тока с помощью специальной схемы управления создается режим периодического переключения полярности. В результате на выходных контактах устройства, к которым подключена нагрузка, формируется сигнал переменного напряжения. Его величину (амплитуду) и частоту определяют элементы схемы преобразователя.

Управляющее устройство (контроллер) задает частоту переключения источника и форму выходного сигнала, а его амплитуду определяют элементы выходного каскада схемы. Они рассчитаны на максимальную мощность, которую потребляет нагрузка в цепи переменного тока.

Контроллер используется и для регулирования величины выходного сигнала, которое достигается управлением длительностью импульсов (увеличение или уменьшение их ширины). Информация об изменениях величины выходного сигнала на нагрузке поступает в контроллер по цепи обратной связи, на основании которой в нем формируется управляющий сигнал на сохранение необходимых параметров. Этот метод называется ШИМ (широтно-импульсной модуляцией) сигналов.

В схемах силовых выходных ключей преобразователя напряжения 12В могут использоваться мощные составные биполярные транзисторы, полупроводниковые тиристоры, полевые транзисторы. Схемы контроллеров выполняются на микросхемах, представляющих собой уже готовые к работе устройства с необходимыми функциями (микроконтроллеры), специально разработанных для таких преобразователей.

Схема управления обеспечивает последовательность работы ключей для обеспечения на выходе инвертора сигнала, необходимого для нормальной работы устройств потребителя. Кроме того, управляющая схема должна обеспечивать симметрию полуволн выходного напряжения

Это особенно важно для схем, в которых на выходе используются повышающие импульсные трансформаторы. Для них недопустимо появление постоянной составляющей напряжения, которая может появиться при нарушении симметрии. Существует много вариантов построения схем инверторов напряжения (ИН), но выделяют из них 3 основные:

Существует много вариантов построения схем инверторов напряжения (ИН), но выделяют из них 3 основные:

• ИН бестрансформаторный мостовой;
• трансформаторный ИН с нулевым проводом;
• мостовая схема с трансформатором.

Каждая из них находит применение в своей области в зависимости от примененного в нем источника питания и требуемой выходной мощности для питания потребителей. В каждой из них должны быть предусмотрены элементы защиты и сигнализации.

Защита от понижения и повышения напряжения источника постоянного тока определяет диапазон работы инверторов “по входу”. Защита от повышенного и пониженного выходного переменного напряжения необходима для нормальной работы оборудования потребителя. Диапазон срабатывания устанавливается в соответствии с требованиями используемой нагрузки. Эти виды защиты обратимые, то есть при восстановлении параметров оборудования до нормы работа может быть восстановлена.

При срабатывании защиты вследствие короткого замыкания в нагрузке или чрезмерного возрастания выходного тока перед тем, как продолжить эксплуатацию оборудования, необходим тщательный анализ причин этого события.

Преобразователь 12В является наиболее приемлемым для создания локальной электросети. Наличие большого количества автомобилей и аккумуляторных батарей 12В постоянного тока позволяет их использовать для обеспечения запросов пользователей. Такие сети можно создавать в самых различных местах, начиная от собственного авто. Они мобильны и не зависят от места стоянки.

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:

1. Основной коммутирующий компонент.
2. Источник питания.
3. Конденсатор фильтра, который подключают параллельно сопротивлению нагрузки.
4. Индуктивный накопитель энергии (дроссель, катушка индуктивности).
5. 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

Как правильно выбрать автомобильный инвертор

При выборе преобразователя следует учитывать, какие устройства будут к нему подключаться, а также ряд прочих аспектов:

1. Мощность генератора автомобиля. Покупая инвертор, стоит помнить, что его мощность не должна превышать 50% мощности генератора, чтобы преобразователь не разряжал аккумулятор (по крайней мере в случае, если к нему подключены бытовые приборы). Примерно половина его мощности будет затрачена на обеспечение нужд систем машины, а остальное пойдет на подключенные устройства. Если не соблюдать это правило, вы рискуете остаться с разряженным аккумулятором.

2. Устройства. Преобразователь следует выбирать, исходя из предполагаемой мощности используемой техники, в том числе с учетом данных о том, сколько мощности требуется гаджетам при запуске, в нормальном режиме и на пике. Как уже указывалось выше, только самые мощные преобразователи могут обеспечивать напряжение в 220 В.

3. Модель использования инвертора. Как правило, прикуриватель в машине выдает не более 100 Вт, поэтому стоит учитывать этот аспект, если вы присматриваетесь к инвертору, который подключается через гнездо прикуривателя. На выбор устройства также может повлиять место, где должна располагаться розетка (внутри салона или нет), а также желаемая мощность.

4. Торговая марка. Качественные инверторы от известных брендов обладают защитой от короткого замыкания и возгорания, чего не скажешь о китайских устройствах сомнительного происхождения. При покупке инверторов лучше обращаться в крупные сетевые магазины, чтобы не попасть на откровенно некачественную модель.

5. Тип розетки. При покупке инвертора нужно уточнить тип розетки, поскольку не все из них являются универсальными и подходят под все типы вилок.

6. Дополнительные функции. Инверторы с высоким ценником предлагают широкий ассортимент дополнительных возможностей, например, информационные экраны, изменение напряжения или поддержку USB

Если функционал для вас бесполезен, лучше не тратить лишние деньги и обратить внимание на что-нибудь попроще

Подключение и эксплуатация инвертора

Автомобильный инвертор с 12 в 220 вольт мощностью больше 120 ватт потребляет ток свыше 10 ампер, поэтому его нежелательно подключать к штатному прикуривателю или замку зажигания. Это особенно актуально для современных автомобилей. Ведь более сильный ток приведет к перегоранию предохранителя, а установка вместо него «жучка» может закончиться возгоранием проводки. Поэтому инвертор мощностью свыше 120 ватт необходимо подключать к аккумулятору через предохранитель и выключатель с реле. Для этого придется своими руками проложить отдельный провод и установить где-то розетку на 220 вольт. Ее можно поставить как под передней панелью со стороны пассажира, так и в багажнике. Ведь очень неудобно каждый раз открывать капот, подключать инвертор к аккумулятору и тащить провод в салон машины. Проще нажать на кнопку, которая включает реле и преобразователь с 12 на 220 вольт начнет работать.

Паразитные гармоники

Любой инвертор, работающий от аккумулятора 12 вольт, помимо напряжения с частотой 50 герц, производит и огромное количество гармоник, большая часть которых кратны частоте работы ШИМ-генератора. Эти гармоники появляются из-за влияния меандра на колебательный контур, образованный трансформатором и конденсатором. Если уровень гармоник высок, то они будут влиять на работу усилителя, CD-проигрывателя или приемника, подключенных к бортовой сети автомобиля (12 вольт) наполняя их сигнал шумами, треском, рычанием и другими посторонними звуками. Однако гармоники никак не скажутся на работе ноутбука, лампы или ручного электрического инструмента.

Чтобы снизить влияние паразитных гармоник, преобразователь инвертора 12 – 220 вольт закрывают тонким жестяным экраном и своими руками подключают к минусовой клемме аккумулятора. Также можно бороться с гармониками увеличением частоты ШИМ-генератора, вдобавок подключив своими руками дополнительные дроссели в цепи входного и выходного напряжения. Большая индуктивность не мешает прохождению постоянного тока. Однако для переменного тока действует другое правило – чем выше частота или индуктивность, тем выше реактивное сопротивление. Учитывая, что частота паразитных гармоник гораздо выше частоты работы генератора, правильно подобранный дроссель в десятки раз снижает их интенсивность.

Определяем нагрузку и закупаем компоненты

Крайне важно понимать, почему инвертор — это не просто трансформатор напряжения, а также почему существует столь разнообразный перечень подобных устройств. Прежде всего помните, что подключив трансформатор к источнику постоянного тока, вы ничего не получите на выходе: ток в АКБ не меняет полярности, соответственно, явление электромагнитной индукции в трансформаторе отсутствует как таковое.. Первая часть схемы инвертора — входной мультивибратор, имитирующий колебания сети для совершения трансформации

Собирается он обычно на двух биполярных транзисторах, способных раскачать силовые ключи (например, IRFZ44, IRF1010NPBF или мощнее — IRF1404ZPBF), для которых важнейший параметр — предельно допустимый ток. Он может достигать нескольких сотен ампер, но в целом вам достаточно умножить значение тока на вольтаж аккумуляторной батареи, чтобы получить ориентировочное количество ватт выходной мощности без учёта потерь.

Первая часть схемы инвертора — входной мультивибратор, имитирующий колебания сети для совершения трансформации. Собирается он обычно на двух биполярных транзисторах, способных раскачать силовые ключи (например, IRFZ44, IRF1010NPBF или мощнее — IRF1404ZPBF), для которых важнейший параметр — предельно допустимый ток. Он может достигать нескольких сотен ампер, но в целом вам достаточно умножить значение тока на вольтаж аккумуляторной батареи, чтобы получить ориентировочное количество ватт выходной мощности без учёта потерь.

Простой преобразователь на основе мультивибратора и силовых полевых ключей IRFZ44

Частота работы мультивибратора непостоянна, рассчитывать и стабилизировать её — пустая трата времени. Вместо этого ток на выходе трансформатора снова превращается в постоянный с помощью диодного моста. Такой инвертор может быть пригоден для питания чисто активных нагрузок — ламп накаливания или электрических нагревателей, печек.

На основе полученной базы можно собирать и другие схемы, отличающиеся частотой и чистотой выходного сигнала. Подбор компонентов для высоковольтной части схемы сделать проще: токи здесь не такие высокие, в ряде случаев сборку выходного мультивибратора и фильтра можно заменить парой микросхем с соответствующей обвязкой. Конденсаторы для нагрузочной сети следует использовать электролитические, а для цепей с низким уровнем сигнала — слюдяные.

Вариант преобразователя с генератором частоты на микросхемах К561ТМ2 в первичном контуре

Стоит также заметить, что для увеличения итоговой мощности вовсе не обязательно закупать более мощные и стойкие к нагреву компоненты первичного мультивибратора. Задачу можно решить увеличением числа преобразовательных контуров, включенных параллельно, но для каждого из них потребуется собственный трансформатор.

Вариант с пареллельным подключением контуров

Чем дорогие инверторы отличаются от дешевых?

В отличие от большинства устройств и гаджетов стоимость преобразователя зависит не от популярности торговой марки, а от его мощности и других функций. Эксперты разделяют инверторы на три категории:

До 300 Вт – наименее мощные модели, которые, чаще всего, подключаются через прикуриватель. Некоторые устройства из этой категории можно подключать напрямую к электросети авто, но для этого придется потратить немало усилий. В основном автомобилисты покупают такие девайсы для зарядки мобильных устройств и некоторых моделей ноутбуков, хотя чаще всего проще просто подключить зарядку к прикуривателю.

300 Вт — 1500 Вт – стандартные инверторы, которые подсоединяются к электросети машины. Их можно использовать для подключения телевизора, микроволновой печи, ноутбуков и прочих приборов.

Свыше 1500 Вт – особо мощные преобразователи, подключаемые только к аккумулятору машины. Они могут применяться для работ на дикой местности (например, если речь идет о строительстве).

При выборе инвертора убедитесь, что он превосходит ваши гаджеты по мощности примерно на 20-30%. Подключение слишком мощного устройства может быть чревато выходом из строя инвертора и повреждением проводки в автомобиле (по крайней мере, в теории).

Если вы намерены использовать приборы, которым требуется не меньше 220В, выбирайте инверторы мощностью более 1500 Вт, так как модели на 300 Вт вряд ли обеспечат напряжение свыше 200В.

Преобразователь 12 в 220 Вольт в машину: какой лучше выбрать из представленных на рынке — обзор вариантов

Сейчас на рынке дополнительного оборудования для автомобилей широко представлены разнообразные инверторы 12/220 Вольт. Перед их приобретением следует, прежде всего, определиться для каких целей вы будете его использовать, какие конкретные электроприборы будете подключать.

Далее необходимо подсчитать или определить мощность потребления таких устройств. Если вы планируете одновременно снабжать электроэнергией несколько устройств, мощности надо суммировать.

Как  заявляет производитель, преобразователь напряжения  ALCA 313100  12/220В имеет номинальную мощность 150 Вт, а пиковую — 300 Вт.

Учитывая невысокую стоимость устройства (порядка 2000 рублей), не следует рассчитывать на его европейское происхождение. Питание производится от разъема прикуривателя. В характеристиках устройства указаны максимальные входные параметры – 12В/15 Ампер. Нетрудно посчитать максимальную мощность, перемножив 12 на 15: чуть более 180 Ватт. То есть при пиковой нагрузке 300 Вт входные цепи могут не выдержать. Кроме этого, обычно прикуриватель имеет по цепи питания предохранитель номиналом 15 – 20 Ампер. Поэтому при подключении более мощных преобразователей он часто выходит из строя.

Вообще, не стоит выбирать модели мощных преобразователей с питанием от разъема прикуривателя: это ненадежно и опасно — может воспламениться электропроводка, не рассчитанная на мощную нагрузку!

Герметичный автомобильный инвертор  Сибконтакт ИС2-12-300Г имеет номинальную мощность 300 Ватт.

Он подключается к электрооборудованию автомобиля отдельной проводкой. Лучше это сделать непосредственно от аккумуляторной батареи через предохранитель номиналом 30 – 40 Ампер.

Герметичность устройства является плюсом с точки зрения минимизации рисков попадания внутрь его влаги и посторонних предметов. Однако при этом значительно уменьшается вентиляция элементов преобразователя, при постоянной мощной нагрузке он перегревается.

Такой преобразователь может обеспечить питание ноутбука, бытовых электроприборов, электродвигателей небольшой мощности. Форма выходного напряжения приближается к синусоидальной, это большой плюс.

Кроме этого, Сибконтакт ИС2-12-300Г имеет защиту от перегрузок, переполюсовки, тепловую защиту, защиту от полного разряда АКБ, режим энергосбережения. Стоимость преобразователя порядка 4000 рублей.

Более мощный автомобильный инвертор AcmePower AP-DS600 (600 Ватт) может запитывать электроинструмент небольшой мощности (лобзик, дрель и др.) Он удобен для работы в полевых условиях, проведении выездных мероприятий.

Форма сигнала выходного напряжения – модифицированная (ступенчаиая) синусоида. Имеет необходимые защиты по питанию и перегреву. КПД – более 90%, стоимость – более 4000 рублей.

AVS Energy IN-1500W мощностью 1500 Ватт предназначен для питания чуть более мощных электроустановок и оборудования.

Однако продавцы инвертора AVS Energy IN-1500W не рекомендуют долговременно нагружать устройство потребителями мощностью более 800 Ватт.

Пользователи, которые испытали работу этого инвертора также отмечают, что заявленные 1500 Вт данный автомобильный инвертор «не держит».

Видео — об автомобильном преобразователе напряжения AVS Energy IN-1500W:

Супермощный инвертор Сибвольт 3012 (3000 Ватт) предназначен для питания практически любого оборудования. Он имеет синусоидальный сигнал, соответственно, высокую стоимость – более 33000 рублей. Масса преобразователя около 7 килограммов.

В продаже есть преобразователи мощностью 5000 Ватт и более.

При работе таких устройств на максимальной мощности в цепях питания протекают токи порядка 200 – 400 Ампер. Такой ток потребляет во время запуска двигателя стартер. Поэтому провода электропитания и клеммы преобразователя должны быть не менее мощными, чем стартерные.

При токе нагрузки 250 Ампер (мощность преобразователя около 3000 ватт) аккумуляторная батарея емкостью 100 Ампер-часов разрядится минут за 20. Это следует учитывать, планируя использовать преобразователь для решения задач энергообеспечения.

Универсальный тип преобразователя

Для того чтобы сделать повышающий преобразователь напряжения своими руками объединенный с понижающим преобразователем напряжения своими руками, потребуется внести некоторые усовершенствования и такие элементы, как:

• высоковольтное преобразовательное устройство до 400 килоВольт;
• модуль для повышения;
• низковольтное устройство преобразования 5Вольт на 1,5Ампер;
• повышающий на 500Ватт преобразователь;
• набор для регулирования напряжений.

Компактное устройство получается большой мощности с однотактным рабочим режимом. Обычно подобные типовые устройства способны выполнять только одну функцию. Повышать или повышать напряжение. Универсальное авторское решение способно совмещать эти две особенности.

Трансформаторные инверторы

Любой трансформатор, в своей основе, способен не только понижать напряжение, но и умножать его. Достаточно произвести подключение катушек наоборот – низковольтную использовать, как ввод, а на высоковольтной получать нужный результат.

Единственное условие,- малый ток должен приходить на вход в виде переменного, иначе магнитное поле не возникнет и повышающего возбуждения ЭДС не произойдет. Мощность (ампераж) устройства непосредственно зависит от возможностей источников поступления низковольтного напряжения — генератора, или батареи. В обоих случаях, важна и пропускная способность трансформатора.

Схема инвертора, выдающего наиболее близкий по форме к синусу ток 220В:

Температурная защита

Покупая преобразователь, почти каждый автомобилист хочет использовать его как в холодное время года, так и жарким летом. Поэтому если этот параметр тоже важен для вас, обязательно уточните этот момент у продавца, а лучше прочитайте инструкцию и характеристики прибора. Чаще всего производители указывают диапазон от -5 до +40 градусов, но встречаются и более стойкие модели или, наоборот, инверторы, которые плохо переносят перепады температурного режима.

Кроме этого, качественный инвертор обязательно будет оснащен системой, предохраняющей от:

• неправильного подключения электроприборов;
• несоблюдения полярности;
• коротких замыканий;
• слишком низкого или высокого входного напряжения;
• перегрева;
• перегрузок на выходе.