Decidi dedicar um artigo separado à fabricação de um conversor DC AC Boost para 220V. Isso, é claro, está remotamente relacionado ao tópico de holofotes e lâmpadas LED, mas essa fonte de energia móvel é amplamente usada em casa e no carro.
Existem 3 melhores maneiras de fazer um inversor de 12 a 220 com suas próprias mãos:
Os chineses podem encontrar bons projetistas de rádio e blocos prontos para a montagem de conversores DC-AC 220V. Pelo preço, esse método será o mais caro, mas leva um tempo mínimo.
A segunda maneira é atualizar uma fonte de alimentação ininterrupta (UPS), que, sem bateria, grandes quantidades são vendidos no Avito e custam de 100 a 300 rublos.
A opção mais difícil é a montagem do zero, você não pode prescindir da experiência de rádio amador. Você tem que fazer placas de circuito impresso, selecionar componentes, muito trabalho.
Considere o projeto de um conversor de tensão elevador convencional de 12 a 220. O princípio de operação para todos os inversores modernos será o mesmo. O controlador PWM de alta frequência define o modo de operação, frequência e amplitude. A parte de energia é feita em transistores poderosos, cujo calor é removido para o corpo do dispositivo.
Um fusível é instalado na entrada para proteger a bateria do carro de curto-circuito. Um sensor térmico é conectado ao lado dos transistores, que monitora seu aquecimento. Em caso de superaquecimento do inversor 12v 220v, é acionado um sistema de refrigeração ativo, composto por um ou mais ventiladores. Nos modelos de orçamento, o ventilador pode funcionar constantemente, e não apenas com alta carga.
Transistores de potência na saída
A forma de onda na saída do inversor automotivo é formada por um gerador de alta frequência. A sinusóide pode ser de dois tipos:
Nem todos os aparelhos elétricos podem funcionar com uma onda senoidal modificada que tem uma forma retangular. Alguns componentes no modo de operação mudam, podem aquecer e começar a rabiscar. Algo semelhante pode ser obtido escurecendo uma lâmpada LED, que não é regulável. O crepitar e piscar começa.
Os caros conversores de tensão DC AC 12v 220v têm uma saída senoidal pura. Eles são muito mais caros, mas os aparelhos elétricos funcionam muito bem com ele.
Para não inventar nada e não comprar módulos prontos, você pode tentar uma fonte de alimentação ininterrupta para computador, abreviada como IPB. Eles são classificados para 300-600 watts. Tenho um Ippon com 6 tomadas, 2 monitores, 1 unidade de sistema, 1 aparelho de TV, 3 câmeras de vigilância, sistema de gerenciamento de videovigilância. Eu mudo periodicamente para o modo de operação desconectando da rede elétrica 220 para que a bateria seja descarregada, caso contrário, a vida útil será bastante reduzida.
Colegas de eletricistas conectaram uma bateria de ácido de carro comum a uma fonte de alimentação ininterrupta, funcionou perfeitamente continuamente por 6 horas, assistiram ao futebol no país. O UPS geralmente possui um sistema de diagnóstico integrado. bateria de gel, o que determina sua baixa capacidade. Como ela reagirá ao automóvel é desconhecida, embora a principal diferença seja o gel em vez do ácido.
Recheio UPS
O único problema é que a fonte de alimentação ininterrupta pode não gostar de saltos na rede do carro com o motor ligado. Para um verdadeiro radioamador, este problema está resolvido. Só pode ser usado com o motor desligado.
Principalmente os UPSs são projetados para operação de curto prazo quando 220V são perdidos na tomada. Com operação contínua de longo prazo, é muito desejável instalar resfriamento ativo. A ventilação é útil para uma versão estacionária e para um inversor de carro.
Como todos os dispositivos, ele se comportará de forma imprevisível ao dar partida no motor com uma carga conectada. A partida do carro desperdiça muito os Volts, na melhor das hipóteses entrará em defesa como se a bateria falhasse. Na pior das hipóteses, haverá saltos na saída de 220V, a senóide ficará distorcida.
Para montar um inversor estacionário ou de carro 12v 220v com suas próprias mãos, você pode usar blocos prontos vendidos no Ebeee ou nos chineses. Isso economizará tempo na fabricação, soldagem e configuração final da placa. Basta adicionar um estojo e fios com crocodilos.
Você também pode comprar um designer de rádio, que está equipado com todos os componentes de rádio, tudo o que resta é soldar.
Preço aproximado para o outono de 2016:
Para pesquisar no Aliexpress, insira uma consulta na caixa de pesquisa "inverter 220 diy". A abreviatura "DIY" significa montagem DIY.
Placa para 500W, saída para 160, 220, 380 volts
O designer de rádio é mais barato que a placa acabada. A maioria elementos complexos já pode estar no conselho. Após a montagem, quase não requer configuração, o que requer um osciloscópio. A propagação de parâmetros de componentes de rádio e denominações são bem compatíveis. Às vezes, as peças de reposição são colocadas em uma bolsa, de repente, devido à inexperiência, você arranca a perna.
Um poderoso inversor é usado principalmente para conectar ferramentas elétricas de construção durante a construção de uma casa de verão ou fazenda. Um conversor de tensão de baixa potência para 500W difere de um poderoso para 5000-10000W no número de transformadores e transistores de potência na saída. Portanto, a complexidade de fabricação e o preço são quase os mesmos, os transistores são baratos. A potência é idealmente 3000W, você pode conectar uma furadeira, moedor e outras ferramentas.
Mostrarei vários circuitos inversores de 12, 24, 36 a 220V. Não é recomendado colocá-lo em um carro de passeio, você pode estragar acidentalmente o eletricista. O circuito dos conversores DC-AC 12 a 220 é simples, o oscilador mestre e a seção de potência. O gerador é feito no popular TL494 ou análogos.
Um grande número de circuitos de reforço de 12v a 220v para DIY podem ser encontrados no link
http://cxema.my1.ru/publ/istochniki_pitanija/preobrazovateli_naprjazhenija/101-4
Existem cerca de 140 circuitos no total, metade deles são conversores elevadores de 12, 24 a 220V. Potência de 50 a 5000 watts.
Após a montagem, você precisará ajustar todo o circuito usando um osciloscópio, é desejável ter experiência com circuitos de alta tensão.
Para montar um poderoso inversor de 2500 watts, são necessários 16 transistores e 4 transformadores adequados. O custo do produto será considerável, comparável ao custo de um designer de rádio semelhante. A vantagem de tais custos será uma saída senoidal pura.
Comprar um dispositivo pronto não será um problema- pode ser encontrado em concessionárias de automóveis ( conversores de pulso tensão) de potência e preço diferentes.
No entanto, o preço de tal dispositivo potência média(300-500 W) são vários milhares de rublos, e a confiabilidade de muitos inversores chineses é bastante controversa. Fazer um conversor simples com suas próprias mãos não é apenas uma maneira de economizar dinheiro, mas também uma oportunidade de aprimorar seus conhecimentos em eletrônica. Em caso de falha, repare esquema caseiro será visivelmente mais fácil.
O circuito deste dispositivo é muito simples., e a maioria das peças pode ser removida da fonte de alimentação desnecessária do computador. Claro, também tem uma desvantagem notável - a tensão de 220 volts obtida na saída do transformador está longe de ser senoidal e tem uma frequência muito superior aos 50 Hz aceitos. Não conecte motores elétricos ou eletrônicos sensíveis diretamente a ele.
Para poder conectar a este inversor contendo bloqueios de impulso equipamento de fonte de alimentação (por exemplo, uma fonte de alimentação de laptop), aplicado solução interessante – um retificador com capacitores de suavização é instalado na saída do transformador. É verdade que o adaptador conectado pode funcionar apenas em uma posição da tomada, quando a polaridade da tensão de saída corresponder à direção do retificador embutido no adaptador. Consumidores simples, como lâmpadas incandescentes ou ferro de solda, podem ser conectados diretamente à saída do transformador TR1.
A base do circuito acima é o controlador PWM TL494, o mais comum em tais dispositivos. A frequência do conversor é definida pelo resistor R1 e pelo capacitor C2, suas classificações podem ser tomadas ligeiramente diferentes das indicadas sem uma mudança perceptível na operação do circuito.
Para maior eficiência, o circuito conversor inclui dois braços para alimentação transistores de efeito de campo Q1 e Q2. Esses transistores devem ser colocados em dissipadores de alumínio, caso pretenda usar um dissipador comum, instale os transistores através de gaxetas isolantes. Em vez dos indicados no diagrama IRFZ44, você pode usar os parâmetros de fechamento IRFZ46 ou IRFZ48.
O indutor de saída é enrolado em um anel de ferrite do indutor, também removido do bloco de computador nutrição. O enrolamento primário é enrolado com um fio de 0,6 mm de diâmetro e tem 10 voltas com uma torneira do meio. Um enrolamento secundário contendo 80 espiras é enrolado em cima dele. Você também pode pegar o transformador de saída de uma fonte de alimentação ininterrupta quebrada.
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Em vez de diodos de alta frequência D1 e D2, você pode usar diodos dos tipos FR107, FR207.
Como o circuito é muito simples, depois de ligado, com a devida instalação, ele começará a funcionar imediatamente e não exigirá nenhuma configuração. Ele será capaz de fornecer corrente de até 2,5 A à carga, mas o modo ideal de operação será uma corrente não superior a 1,5 A - e isso é mais de 300 W de potência.
Inversor pronto de tal poder custaria cerca de três ou quatro mil rublos.Este esquema é feito em componentes domésticos e é bastante antigo, mas isso não o torna menos eficaz. Sua principal vantagem é obter uma saída completa corrente alternada com uma tensão de 220 volts e uma frequência de 50 Hz.
Aqui, o gerador de oscilação é feito em um chip K561TM2, que é um flip-flop D duplo. É um análogo completo do chip CD4013 estrangeiro e pode ser substituído por ele sem alterações no circuito.
O conversor também possui dois braços de potência nos transistores bipolares KT827A. Sua principal desvantagem em relação aos de campo modernos é uma maior resistência no estado aberto, razão pela qual eles têm um aquecimento mais forte na mesma potência comutada.
Como o inversor opera em baixa frequência, o transformador deve ter um núcleo de aço poderoso. O autor do esquema sugere o uso do transformador de rede soviético comum TS-180.
Como outros inversores baseados em circuitos PWM simples, este conversor tem uma forma de onda de tensão bastante diferente da saída senoidal, mas isso é um pouco suavizado pela grande indutância dos enrolamentos do transformador e do capacitor de saída C7. Além disso, por causa disso, o transformador pode emitir um zumbido perceptível durante a operação - isso não é sinal de mau funcionamento do circuito.
Este conversor funciona com o mesmo princípio dos circuitos listados acima, mas o gerador de pulso retangular (multivibrador) nele é construído em transistores bipolares.
A peculiaridade deste circuito é que ele permanece operacional mesmo com uma bateria fortemente descarregada: a faixa de tensão de entrada é de 3,5 ... 18 volts. Mas, como não há estabilização da tensão de saída, quando a bateria estiver descarregada, a tensão na carga também cairá proporcionalmente.
Como este circuito também é de baixa frequência, será necessário um transformador semelhante ao utilizado no inversor baseado no K561TM2.
Os dispositivos apresentados no artigo são extremamente simples e para uma série de funções não pode comparar com contrapartes de fábrica. Para melhorar suas características, você pode recorrer a alterações simples, que, além disso, permitirão entender melhor os princípios de operação dos conversores de pulso.
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Todos os dispositivos descritos funcionam de acordo com o mesmo princípio: através do elemento chave (o transistor de saída do braço), o enrolamento primário do transformador é conectado à entrada de energia por um tempo especificado pela frequência e ciclo de trabalho do oscilador mestre . Isso gera impulsos campo magnético, que excitam pulsos de modo comum no enrolamento secundário do transformador com uma tensão igual à tensão no enrolamento primário multiplicada pela razão do número de espiras nos enrolamentos.
Portanto, a corrente que flui através do transistor de saída é igual à corrente de carga multiplicada pelo recíproco da relação de espiras (relação de transformação). É a corrente máxima que um transistor pode passar por si mesmo que determina a potência máxima do conversor.
Existem duas maneiras de aumentar a potência do inversor: use um transistor mais potente ou use uma conexão paralela de vários menos transistores poderosos em um ombro. Para um conversor caseiro, o segundo método é preferível, pois permite não apenas o uso de peças mais baratas, mas também mantém o conversor funcionando caso um dos transistores falhe. Na ausência de proteção integrada contra sobrecarga, esta solução aumentará significativamente a confiabilidade. aparelho caseiro. O aquecimento dos transistores também diminuirá durante sua operação na mesma carga.
No exemplo do último esquema, ficará assim:
A ausência no circuito conversor de um dispositivo que o desliga automaticamente quando a tensão de alimentação cai criticamente, pode seriamente decepcioná-lo, se você deixar esse inversor conectado à bateria do carro. Complementar um inversor caseiro com controle automático será extremamente útil.
A chave de carga automática mais simples pode ser feita a partir de um relé automotivo:
Como você sabe, cada relé tem uma certa tensão na qual seus contatos fecham. Ao selecionar a resistência do resistor R1 (será cerca de 10% da resistência do enrolamento do relé), é definido o momento em que o relé rompe os contatos e deixa de fornecer corrente ao inversor.
EXEMPLO: Pegue um relé com uma tensão de operação (U p) 9 volts e resistência do enrolamento (R o) 330 ohms. Para fazê-lo funcionar em uma tensão acima de 11 volts (U min), em série com o enrolamento, você precisa ligar um resistor com resistênciaR n, calculado a partir da condição de igualdadeAcima /R o =(U min—Acima) /R n. No nosso caso, é necessário um resistor de 73 ohms, o valor padrão mais próximo é de 68 ohms.Claro, este dispositivo é extremamente primitivo e é mais um treino para a mente. Para uma operação mais estável, deve ser complementado com um esquema de controle simples que mantenha o limite de desligamento com muito mais precisão:
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O ajuste do limiar de resposta é realizado selecionando o resistor R3.
Sugerimos assistir a um vídeo sobre o tema
Listado circuitos simples têm duas falhas mais comuns - ou não há tensão na saída do transformador ou está muito baixa.
Este inversor foi desenvolvido há apenas um mês e ganhou grande popularidade desde aquele dia. O circuito é relativamente simples, não contém chips e esquemas complexos soluções áticas - um oscilador mestre simples sintonizado em 57Hz e teclas de energia.
A potência do inversor depende diretamente do número de pares de chaves de saída e das dimensões gerais do transformador utilizado. O próprio transformador é retirado de uma antiga fonte de alimentação ininterrupta. Tensão de saída 220-260 Volts. A potência com 3 pares de chaves de campo é de até 400 watts, com uma boa bateria de até 500 watts!
A frequência de saída permite que você conecte a este inversor como Eletrodomésticos como - TV, gravador, tocadores, carregadores de celulares, laptops e netbooks, um computador, uma geladeira, um moedor, uma furadeira, um aspirador de pó e tudo mais, cairá debaixo dos braços.
O circuito pode ser implementado por apenas alguns dólares se um transformador estiver disponível.Algumas palavras sobre o próprio circuito. As chaves de campo podem ser usadas IRFZ40/44/48, IRF3205, IRL3705 ou mais potente IRF3808 - com apenas dois pares dessas chaves, você pode remover a energia na região de 800-900 watts! Os transistores do gerador podem ser substituídos por KT817/815/ 819/805
Com um par de irfz44s, você pode consumir até 150 watts de potência pura (até 200 watts em alguns casos). Capacitores de filme com uma tensão de 65-400 volts, isso realmente não importa. Os resistores de porta das chaves podem ter um valor de 2,2 a 22 ohms.
> O inversor funciona sem ajustes adicionais - imediatamente após a ligação, o consumo de corrente sem carga é de 270-300mA, enquanto em marcha lenta os transistores não devem superaquecer. Fortaleça os transistores para um dissipador de calor comum necessariamente através de juntas de mica. Os barramentos de energia devem ter um diâmetro de pelo menos 5 mm, a potência do inversor ainda não é pequena.
Toda a estrutura entrou perfeitamente no gabinete da fonte de alimentação do computador e ainda ajuda em algumas situações em que não há energia elétrica na casa ou você precisa alimentar uma carga doméstica em condições de campo, uma ótima opção para um motorista se precisar realizar trabalhos de reparo em um carro longe de uma tomada (com 3 pares de irf3205, a potência será em torno de 1000 watts, para que você possa conectar furadeiras, esmerilhadeiras e outras ferramentas semelhantes sem problemas ).
Inversor 12V / 220V é uma coisa necessária na fazenda. Às vezes é só necessário: a rede, por exemplo, sumiu, o telefone está descarregado e tem carne na geladeira. A demanda determina a oferta: para modelos prontos de 1 kW ou mais, dos quais você pode alimentar qualquer aparelho elétrico, você terá que pagar algo a partir de US $ 150. Possivelmente mais de US $ 300. No entanto, fazer um conversor de tensão faça você mesmo em nosso tempo é acessível a qualquer pessoa que saiba soldar: montá-lo a partir de um conjunto de componentes prontos custará três a quatro vezes mais barato + um pouco de trabalho e metal de lixo improvisado . Se houver baterias de carro (baterias), geralmente você pode encontrar 300-500 rublos. E se você também possui habilidades básicas de rádio amador, depois de vasculhar o estoque, é bem possível fazer um inversor de 12V DC / 220V AC 50Hz para 500-1200 W por nada. Considere as opções possíveis.
Um conversor de tensão de 12-220 V para alimentar uma carga de até 1000 W ou mais geralmente pode ser feito de forma independente das seguintes maneiras (em ordem crescente de custos):
Métodos de montagem de acordo com os parágrafos. 1 e 2 não são tão simples assim. Caixas de inversores prontos de fábrica servem ao mesmo tempo como dissipadores de calor para poderosos interruptores de transistor no interior. Se pegarmos um "produto semi-acabado" ou "placer", não haverá caso para eles: ao custo atual de eletrônicos, trabalho manual e metais não ferrosos, a diferença de preços é explicada precisamente pela ausência de o segundo e, possivelmente, o terceiro. Ou seja, você mesmo terá que fazer um radiador para chaves poderosas ou procurar um de alumínio pronto. Sua espessura no local onde as chaves são instaladas deve ser de 4 mm e a área de cada chave deve ser de 50 metros quadrados. ver por kW de potência de saída; com fluxo de ar de um ventilador de computador para 12 V 110-130 mA - de 30 sq. cm*kw*chave.
Por exemplo, em um conjunto (módulo) existem 2 teclas (elas podem ser vistas, elas ficam para fora da placa, veja à esquerda na figura); módulos com chaves no radiador (à direita na figura) são mais caros e são projetados para uma certa, via de regra, não muito alta potência. Não há cooler, a potência necessária é de 1,5 kW. Então, você precisa de um radiador de 150 sq. veja Além dele, kits de instalação para chaves: juntas isolantes condutoras de calor e acessórios para parafusos de montagem - copos isolantes e arruelas. Se o módulo tiver proteção térmica (algum outro pavio ficará entre as teclas - um sensor térmico), então um pouco de pasta térmica para colá-lo no radiador. Fios - claro, veja abaixo.
Um inversor 12V DC/220 V AC 50 Hz, ao qual você pode conectar qualquer dispositivo dentro da potência permitida, é feito de um no-break de computador de forma simples: os fios regulares da “sua” bateria são substituídos por longos com clipes para a bateria do carro terminais. A seção transversal dos fios é calculada com base na densidade de corrente permitida de 20-25 A / sq. mm, veja também abaixo. Mas por causa de uma bateria fora do padrão, podem surgir problemas - com ela, mas é mais caro e mais necessário que um conversor.
O UPS também usa baterias de chumbo-ácido. É atualmente o único secundário amplamente disponível fonte química fonte de alimentação, capaz de fornecer regularmente altas correntes (correntes extras), sem “matar” completamente em 10-15 ciclos de carga-descarga. Na aviação, são usadas baterias de prata-zinco, que são ainda mais poderosas, mas são terrivelmente caras, não são amplamente utilizadas e seu recurso é insignificante para os padrões domésticos - aprox. 150 ciclos.
A descarga das baterias ácidas é claramente monitorada pela tensão no banco, e o controlador do UPS não permitirá que a bateria "estranha" seja descarregada além da medida. Mas em baterias normais de UPS, o eletrólito é gel e em baterias de carro é líquido. Os regimes de carga em ambos os casos são significativamente diferentes: tais correntes não podem passar através do gel como através de um líquido, e em um eletrólito líquido com uma corrente de carga muito baixa, a mobilidade dos íons será baixa e nem todos eles retornarão ao seu estado inicial. lugares nos eletrodos. Como resultado, a UPS irá cronicamente subcarregar a bateria automática, logo ficará sulfatada e ficará completamente inutilizável. Portanto, no kit para o inversor no UPS você precisa Carregador para baterias. Você pode fazer isso sozinho, mas isso é outro assunto.
A adequação do conversor para uma finalidade específica também depende da bateria. O inversor de tensão step-up não leva energia para os consumidores da "matéria escura" do Universo, dos buracos negros, do espírito santo ou de qualquer outro lugar assim. Apenas - da bateria. E dele tirará a potência dada aos consumidores, dividida pela eficiência do próprio conversor.
Se você vir um inversor de marca “6800W” ou mais no gabinete, acredite em seus olhos. A eletrônica moderna permite colocar dispositivos ainda mais potentes no volume de um maço de cigarros. Mas, digamos que precisamos de uma potência de carga de 1000 W, e temos uma bateria de carro regular de 12 V 60 A/h à nossa disposição. A eficiência típica do inversor é de 0,8. Então, da bateria, ele levará aprox. 100 A. Para tal corrente, também são necessários fios com seção transversal de 5 metros quadrados. mm (veja acima), mas isso não é o principal aqui.
Os motoristas sabem: o motor de partida dirigiu por 20 minutos - compre uma bateria nova. É verdade que em máquinas novas há limites de tempo para sua operação, então talvez eles não saibam. E nem todos sabem com certeza que a partida de um carro de passeio, sem torção, leva uma corrente de aprox. 75 A (dentro de 0,1-0,2 s na inicialização - até 600 A). O cálculo mais simples - e acontece que, se não houver automação no inversor que limite a descarga da bateria, o nosso ficará completamente em 15 minutos. Portanto, escolha ou projete seu conversor levando em consideração as capacidades da bateria disponível.
Observação: isso implica uma enorme vantagem dos conversores de 12/220 V baseados em UPSs de computador - seu controlador não permitirá que a bateria descarregue completamente.
O recurso das baterias ácidas não diminui visivelmente se forem descarregadas com uma corrente de 2 horas (12 A para 60 A / h, 24 A para 120 A / he 42 A para 210 A / h). Levando em consideração a eficiência de conversão, isso fornece a potência de carga contínua permitida em aprox. 120W, 230W e 400W resp. Por 10 min. carga (por exemplo, para alimentar uma ferramenta elétrica), ela pode ser aumentada por um fator de 2,5, mas depois disso o ABA deve descansar por pelo menos 20 minutos.
Em geral, o resultado não é totalmente ruim. De uma ferramenta elétrica doméstica convencional, apenas um moedor pode consumir 1000-1300 watts. O resto, via de regra, custa até 400 W e chaves de fenda até 250 W. A geladeira da bateria 12 V 60 A / h através do inversor funcionará por 1,5-5 horas; suficiente para tomar as medidas necessárias. Portanto, faz sentido fazer um conversor de 1 kW para uma bateria de 60 A/h.
Para reduzir o peso e o tamanho do dispositivo, os conversores de tensão, com raras exceções (veja abaixo), operam em frequências elevadas de centenas de Hz a unidades e dezenas de kHz. Nenhum consumidor aceitará uma corrente dessa frequência, e a perda de sua energia na fiação comum será enorme. Portanto, os inversores 12-200 são construídos para a próxima tensão de saída. tipos:
Para aumentar a eficiência, a conversão de tensão é realizada não apenas em frequências mais altas, mas também com pulsos multipolares. No entanto, é impossível alimentar muitos dispositivos de consumo com uma sequência de pulsos retangulares bipolares (o chamado meandro): grandes surtos nas frentes de meandro com pelo menos uma pequena carga reativa levarão a grandes perdas de energia e podem causar um mau funcionamento do consumidor . No entanto, também é impossível projetar um conversor para uma corrente senoidal - a eficiência não excederá aprox. 0,6.
Uma revolução silenciosa, mas significativa nesta indústria ocorreu quando microcircuitos foram desenvolvidos especificamente para inversores de tensão, formando os chamados. senóide modificada (à esquerda na figura), embora seja mais correto chamá-la de pseudo-, meta-, quase-, etc. sinusóide. A forma atual da senóide modificada é escalonada e as frentes de pulso são apertadas (frentes meandros geralmente não são visíveis na tela de um osciloscópio de raios catódicos). Graças a isso, consumidores com transformadores à base de ferro ou reatividade perceptível (motores elétricos assíncronos) “entendem” a onda pseudo-seno “como real” e trabalham como se nada tivesse acontecido; O áudio Hi-Fi com um transformador de rede no ferro pode ser alimentado por uma onda senoidal modificada. Além disso, uma sinusóide modificada pode ser suficiente maneiras simples suave a “quase real”, as diferenças do limpo no osciloscópio são quase imperceptíveis; Os conversores do tipo "seno puro" não são muito mais caros que os convencionais, à direita na fig.
No entanto, é indesejável iniciar dispositivos com nós analógicos caprichosos e UPS a partir de uma sinusóide modificada. Este último é altamente indesejável. O fato é que a área média da senóide modificada não é uma tensão zero pura. O nó de inicialização do UPS da onda senoidal modificada não funciona claramente e o UPS inteiro pode não sair do modo de inicialização para o de trabalho. O usuário vê isso a princípio como falhas feias, e depois sai fumaça do aparelho, como numa brincadeira. Portanto, os dispositivos no UPS devem ser alimentados por inversores Pure Sine.
Portanto, embora seja claro que é melhor fazer um inversor para uma saída de 220 V 50 Hz, embora também lembremos da saída CA. No primeiro caso, você precisará de um medidor de frequência para controlar a frequência: as normas para flutuações na frequência da rede de alimentação são de 48 a 53 Hz. Os motores elétricos CA são especialmente sensíveis aos seus desvios: quando a frequência da tensão de alimentação atinge os limites de tolerância, eles aquecem e “saem” da velocidade nominal. Este último é muito perigoso para refrigeradores e condicionadores de ar; eles podem falhar permanentemente devido à despressurização. Mas não há necessidade de comprar, alugar ou implorar por um tempo um medidor de frequência eletrônico preciso e multifuncional - não precisamos de sua precisão. Ou um medidor de frequência ressonante eletromecânico (pos. 1 na figura), ou um ponteiro de qualquer sistema, pos. 2:
Ambos são baratos, vendidos na internet e nas grandes cidades em lojas especializadas em elétrica. Um antigo medidor de frequência ressonante pode ser encontrado no mercado de ferro e um ou outro, após a configuração do inversor, é muito adequado para controlar a frequência da rede elétrica da casa - o medidor não responde ao conectá-los à rede.
Na maioria dos casos, é necessária uma alimentação de 220 V 50 Hz para consumidores não muito potentes, até 250-350 watts. Então, a base do conversor 12/220 V 50 Hz pode ser um UPS de um computador antigo - a menos, é claro, que este esteja jogado no lixo ou alguém o esteja vendendo barato. A potência fornecida à carga será de aprox. 0,7 da UPS nominal. Por exemplo, se “250W” aparecer em seu gabinete, dispositivos de até 150-170 W podem ser conectados sem medo. Precisa de mais - você deve primeiro verificar a carga de lâmpadas incandescentes. Resistiu a 2 horas - é capaz de fornecer esse poder por um longo tempo. Como fazer um inversor 12V DC/220V AC 50Hz a partir de uma fonte de alimentação de computador, veja o vídeo abaixo.
Digamos que não haja no-break do computador ou que seja necessária mais energia. Então, a escolha dos elementos-chave torna-se importante: eles devem comutar altas correntes com as menores perdas de comutação, ser confiáveis e acessíveis. A este respeito, transistores bipolares e tiristores neste campo de aplicação certamente estão se tornando uma coisa do passado.
A segunda revolução no negócio de inversores está associada ao surgimento de poderosos transistores de efeito de campo (“trabalhadores de campo”), os chamados. estrutura vertical. No entanto, eles viraram toda a técnica de alimentação de dispositivos de baixa potência de cabeça para baixo: está cada vez mais difícil encontrar um transformador de ferro nos “eletrodomésticos”.
O melhor dos conversores de campo de alta potência para conversores de tensão - porta isolada e canal induzido (MOSFET), por exemplo. IFR3205, à esquerda na figura:
Devido à potência de comutação insignificante, a eficiência de um inversor com saída CC em tais transistores pode chegar a 0,95 e com uma saída CA de 50 Hz 0,85-0,87. Análogos MOSFET com canal embutido, por ex. IFRZ44, dão menor eficiência, mas são muito mais baratos. Um par de um ou outro permite que você leve a potência à carga até aprox. 600 W; ambos podem ser colocados em paralelo sem problemas (à direita na figura), o que possibilita a construção de inversores para potências de até 3 kW.
Observação: a potência de perda de comutação de chaves com canal integrado ao operar em uma carga significativamente reativa (por exemplo, um motor elétrico assíncrono) pode chegar a 1,5 W por chave. Chaves com um canal induzido estão livres dessa deficiência.
O terceiro elemento que possibilitou levar os conversores de tensão ao estado atual é o microcircuito especializado TL494 e seus análogos. Todos eles são um controlador de modulação por largura de pulso (PWM) que gera um sinal de onda senoidal modificado nas saídas. As saídas são bipolares, o que permite controlar pares de teclas. A frequência de conversão de referência é definida por um circuito RC, cujos parâmetros podem ser alterados em uma ampla faixa.
O círculo de consumidores de corrente 220 V DC é limitado, mas eles precisam apenas de uma fonte de alimentação autônoma não apenas em situações de emergência. Por exemplo, ao trabalhar com uma ferramenta elétrica na estrada ou no canto mais distante do seu próprio local. Ou está sempre presente, digamos, na iluminação de emergência da entrada da casa, corredor, corredor, território da casa de bateria solar, durante o dia recarregando a bateria. O terceiro caso típico é carregar o telefone em movimento a partir do isqueiro. Aqui, a potência de saída é muito pequena, de modo que o inversor pode ser feito com apenas 1 transistor de acordo com o circuito do oscilador de relaxação, veja a seguir. videoclipe.
Já para alimentar 2-3 lâmpadas LED, é necessária mais potência. A eficiência dos geradores de bloqueio ao tentar "apertar" cai drasticamente e você precisa alternar para circuitos com elementos de temporização separados ou feedback indutivo interno completo, eles são os mais econômicos e contêm o menor número de componentes. No primeiro caso, para a comutação de uma chave, o EMF de auto-indução de um dos enrolamentos do transformador é usado em conjunto com um circuito de temporização. No segundo, o próprio transformador elevador é o elemento de ajuste de frequência devido à sua própria constante de tempo; seu valor é determinado principalmente pelo fenômeno da auto-indução. Portanto, esses e outros inversores às vezes são chamados de conversores de auto-indução. Sua eficiência, como regra, não é superior a 0,6-0,65, mas, em primeiro lugar, o circuito é simples e não requer ajuste. Em segundo lugar, a tensão de saída é trapezoidal em vez de onda quadrada; consumidores "exigentes" a "entendem" como uma onda senoidal modificada. A desvantagem é que as chaves de campo em tais conversores são praticamente inaplicáveis, porque muitas vezes falham devido a surtos de tensão no enrolamento primário durante a comutação.
Um exemplo de um circuito com elementos de temporização externos é dado na pos. 1 fig.:
O autor do projeto não conseguiu extrair mais de 11 watts dele, mas aparentemente ele confundiu ferrita com ferro carbonílico. De qualquer forma, o circuito magnético blindado (copo) em sua própria foto (veja a figura à direita) não é de forma alguma ferrite. Parece mais uma carbonila antiga, oxidada por fora de tempos em tempos, veja a fig. na direita. É melhor enrolar o transformador para este inversor em um anel de ferrite com uma área de seção transversal de ferrite de 0,7-1,2 metros quadrados. Ver. O enrolamento primário deve então conter 7 voltas de fio com um diâmetro de cobre de 0,6-0,8 mm, e o secundário 57-58 voltas de fio de 0,3-0,32 mm. Isso está sob endireitamento com duplicação, veja abaixo. Sob o "limpo" 220 V - 230-235 voltas de fio 0,2-0,25. Nesse caso, este inversor, ao substituir o KT814 pelo KT818, fornecerá potência de até 25-30 W, o que é suficiente para 3-4 lâmpadas LED. Ao substituir KT814 por KT626, a potência de carga será de aprox. 15 W, mas a eficiência aumentará. Em ambos os casos, o radiador principal é de 50 m². cm.
Na pos. 2 é um diagrama de um conversor "antediluviano" 12-220 com enrolamentos separados retorno. Não é tão arcaico. Primeiro, a tensão de saída sob carga é um trapézio com fraturas arredondadas sem picos. É ainda melhor do que a onda senoidal modificada. Em segundo lugar, este conversor pode ser feito sem alterações no circuito para potências de até 300-350 W e frequência de 50 Hz, então não é necessário um retificador, basta colocar VT1 e VT2 em radiadores de 250 sq. Veja cada. Em terceiro lugar, economiza bateria: quando sobrecarregado, a frequência de conversão cai, a potência de saída diminui e, se você carregá-lo ainda mais, a geração falha. Ou seja, nenhuma automação é necessária para evitar a descarga excessiva da bateria.
O procedimento de cálculo para este inversor é dado na varredura na Fig.:
As principais quantidades nele são a frequência de conversão e a indução de trabalho no circuito magnético. A frequência de conversão é selecionada com base no material do núcleo disponível e na potência necessária:
| Tipo de Núcleo magnético | Frequência de indução/conversão | |||
|---|---|---|---|---|
| Até 50 W | 50-100W | 100-200W | 200-350W | |
| Ferro "Power" de transformadores de potência com espessura de 0,35-0,6 mm | 0,5T/(50-1000)Hz | 0,55T/(50-400)Hz | 0,6T/(50-150)Hz | 0,7T/(50-60)Hz |
| Ferro "som" de transformadores de saída UMZCH com espessura de 0,2-0,25 mm | 0,4 T/(1000-3000)Hz | 0,35T/(1000-2000)Hz | - | - |
| Ferro "sinal" de transformadores de sinal com espessura de 0,06-0,15 mm (não permalloy!) | 0,3T/(2000-8000)Hz | 0,25T/(2000-5000)Hz | - | - |
| Ferrite | 0,15 T/(5-30) kHz | 0,15 T/(5-30) kHz | 0,15 T/(5-30) kHz | 0,15 T/(5-30) kHz |
Tal ferrita "onívora" é explicada pelo fato de que seu loop de histerese é retangular e a indução de trabalho é igual à indução de saturação. A diminuição em comparação com os valores típicos calculados de indução em núcleos magnéticos de aço é causada por um aumento acentuado nas perdas de comutação de correntes não senoidais à medida que aumenta. Portanto, não mais que 100-120 watts podem ser removidos do núcleo do transformador de potência de uma antiga TV "caixão" de 270 watts neste conversor de 50 Hz. Mas - na falta de peixes e peixes de câncer.
Observação: se houver um circuito magnético de aço com uma seção transversal deliberadamente superdimensionada, não extraia energia dele! Que seja melhor que a indução seja menor - a eficiência do conversor aumentará e a forma da tensão de saída melhorará.
É melhor retificar a tensão de saída desses inversores de acordo com o esquema com duplicação de tensão paralela (pos. 3 na figura com diagramas): os componentes serão mais baratos e as perdas de energia na corrente não senoidal serão menos do que na ponte. Os capacitores devem ser tomados em “potência”, projetados para alta potência reativa (com as designações PE ou W). Se você colocar "som" sem essas letras, elas podem simplesmente explodir.
Um inversor simples de 50 Hz (pos. 4 da figura acima com diagramas) é um projeto interessante. Alguns tipos de transformadores de potência típicos têm sua própria constante de tempo próxima a 10 ms, ou seja, meio período 50 Hz. Ao corrigi-lo com resistores de ajuste de tempo, que limitarão simultaneamente a corrente de controle das teclas, você pode obter imediatamente um meandro suavizado de 50 Hz na saída sem esquemas de formação complexos. Os transformadores TP, CCI, TN para 50-120 W são adequados, mas não todos. Pode ser necessário alterar os valores do resistor e/ou conectar capacitores de 1-22 nF em paralelo com eles. Se a frequência de conversão ainda estiver longe de 50 Hz, é inútil desmontar e rebobinar o transformador: o núcleo magnético colado com cola ferromagnética ficará fofo e os parâmetros do transformador se deteriorarão drasticamente.
Este inversor é um conversor de fim de semana do país. Ele não vai pousar a bateria do carro pelos mesmos motivos que o anterior. Mas será o suficiente para iluminar a casa com uma varanda com lâmpadas de LED e uma TV ou uma bomba de vibração no poço. A frequência de conversão de um inversor bem estabelecido quando a corrente de carga muda de 0 para o máximo não ultrapassa o padrão técnico para redes de alimentação.
Os enrolamentos do transformador original são produzidos da seguinte forma. Em transformadores de potência típicos, há um número par de enrolamentos secundários para 12 ou 6 V. Dois deles são “atrasados” e os demais são soldados em paralelo em grupos de igual número enrolamentos em cada um. Em seguida, os grupos são conectados em série para que sejam obtidos 2 meios enrolamentos de 12 V cada, este será um enrolamento de baixa tensão (primário) com um ponto médio. Dos enrolamentos de baixa tensão restantes, um está conectado em série com uma rede de 220 V, este será um enrolamento elevador. Um aditivo a ele é necessário, porque. a queda de tensão nas teclas dos transistores compostos bipolares, juntamente com suas perdas no transformador, pode atingir 2,5-3 V, e a tensão de saída será subestimada. O enrolamento adicional irá trazê-lo ao normal.
A eficiência dos conversores descritos não excede 0,8 e a frequência, dependendo da corrente de carga, flutua visivelmente. A potência máxima de carga é inferior a 400 W, então é hora de pensar em soluções de circuitos modernos.
Um diagrama de um conversor simples de 12 V DC / 220 V DC para 500-600 W é mostrado na figura:
Seu principal objetivo é alimentar ferramentas elétricas portáteis. Essa carga não exige a qualidade da tensão de entrada, portanto, as chaves são mais baratas; Também são adequados IFRZ46, 48. O transformador é enrolado em uma ferrite com uma seção transversal de 2-2,5 metros quadrados. cm; um núcleo de transformador de energia de um no-break de computador é adequado. Enrolamento primário - 2x5 voltas de um feixe de 5-6 fios de enrolamento com um diâmetro de cobre de 0,7-0,8 mm (veja abaixo); secundário - 80 voltas do mesmo fio. O estabelecimento não é necessário, mas não há controle de descarga da bateria; portanto, durante a operação, você precisa conectar um multímetro aos terminais e não se esqueça de olhar para ele (o mesmo se aplica a todos os outros inversores caseiros tensão). Se a tensão cair para 10,8 V (1,8 V por lata) - pare, desligue! Caiu para 1,75 V por célula (10,5 V para toda a bateria) - isso já é sulfatação!
As características de qualidade do inversor, em particular, sua eficiência, são fortemente afetadas pelo campo disperso de seu transformador. A solução fundamental para sua redução é conhecida há muito tempo: o enrolamento primário, que “bombeia” o circuito magnético com energia, é colocado próximo a ele; secundário acima dele em ordem decrescente de seu poder. Mas a tecnologia é uma coisa que às vezes os princípios teóricos em projetos específicos precisam ser virados do avesso. Uma das leis de Murphy diz aprox. então: se o pedaço de ferro, bem, ele ainda não quer funcionar como deveria, tente fazer o contrário nele. Isso se aplica totalmente a um transformador de alta frequência baseado em um núcleo magnético anular de ferrite com enrolamentos feitos de fio rígido relativamente grosso. O transformador do conversor de tensão é enrolado em um anel de ferrite da seguinte forma:
Observação: em elétrico diagramas de circuitos o início dos enrolamentos, se for importante, são indicados por um ponto.
Uma onda senoidal modificada de um controlador PWM não é a única maneira de obter uma saída de inversor de 50 Hz, adequada para conectar qualquer consumidores domésticos eletricidade, e mesmo isso não faria mal para “suavizá-la”. O mais simples deles é o bom e velho transformador de ferro, que “bate” bem devido à sua inércia elétrica. É verdade que encontrar um circuito magnético para mais de 500 W está se tornando cada vez mais difícil. Esse transformador de isolamento é ligado à saída de baixa tensão do inversor e uma carga é conectada ao seu enrolamento de aumento. A propósito, a maioria dos UPSs de computador são construídos de acordo com esse esquema, portanto, são bastante adequados para essa finalidade. Se você mesmo enrolar o transformador, ele será calculado de maneira semelhante à potência, mas com um traço. recursos:
Exemplos de soluções de circuito para conversores 12-200 V 50 Hz com um transformador de isolamento são mostrados na figura:
No da esquerda, as teclas são controladas pelo oscilador mestre no chamado. multivibrador "suave", já gera um meandro em frentes sujas e quebras suavizadas, portanto, não são necessárias medidas adicionais de suavização. A instabilidade de frequência de um multivibrador suave é maior que o normal, então é necessário um potenciômetro P para ajustá-lo.Com as teclas no KT827, você pode remover potência até 200 W (radiadores - a partir de 200 cm2 sem fluxo de ar). Chaves no KP904 do lixo antigo ou IRFZ44 permitem aumentá-lo para 350 W; single em IRF3205 até 600 W, e emparelhado neles até 1000 W.
Um inversor 12-220 V 50 Hz com oscilador mestre no TL494 (à direita na figura) mantém o ferro de frequência em todas as condições de operação imagináveis e inimagináveis. Para uma suavização mais eficiente da pseudossinusóide, utiliza-se o chamado fenômeno. ressonância indiferente, na qual as relações de fase das correntes e tensões no circuito oscilatório se tornam as mesmas da ressonância aguda, mas suas amplitudes não aumentam visivelmente. Tecnicamente, isso é resolvido de forma simples: um capacitor de suavização é conectado ao enrolamento de aumento, cujo valor de capacitância é selecionado de acordo com a melhor forma de corrente (não tensão!) Sob carga. Para controlar a forma da corrente, um resistor de 0,1-0,5 Ohm é incluído no circuito de carga para uma potência de 0,03-0,1 da nominal, ao qual é conectado um osciloscópio com entrada fechada. A capacitância de suavização não reduz a eficiência do inversor, mas deve ser usada para ajustar programas de computador simulação de baixa frequência do osciloscópio é impossível, porque a entrada da placa de som que eles usam não é projetada para uma amplitude de 220x1,4 = 310 V! As chaves e poderes são os mesmos de antes. caso.
Um circuito conversor mais avançado 12-200 V 50 Hz é mostrado na Fig.:
Ele usa chaves compostas complexas. Para melhorar a qualidade da tensão de saída, ele usa o fato de que o emissor de transistores bipolares epitaxiais planares é dopado muito mais fortemente do que a base e o coletor. Quando o TL494 aplica um potencial de fechamento, por exemplo, à base VT3, sua corrente de coletor parará, mas devido à absorção da carga do espaço emissor, diminuirá o bloqueio de T1 e os surtos de tensão do EMF de auto-indução Tr será absorvido pelos circuitos L1 e R11C5; eles “inclinarão” mais as frentes. A potência de saída do inversor é determinada pela potência total Tr, mas não superior a 600 W, porque é impossível usar comutadores poderosos emparelhados neste circuito - a propagação na carga da porta dos transistores MOSFET é bastante significativa e a comutação das chaves será difusa, o que pode até piorar a forma da tensão de saída.
O indutor L1 é de 5-6 voltas de fio com um diâmetro de 2,4 mm ou mais sobre cobre, enrolado em um pedaço de uma haste de ferrite com um diâmetro de 8-10 m e um comprimento de 30-40 mm em incrementos de 3,5-4 milímetros. O circuito magnético do acelerador não deve ser fechado! Estabelecer um circuito é uma tarefa bastante árdua e requer experiência considerável: você precisa selecionar L1, R11 e C5 de acordo com a melhor forma da corrente de saída sob carga, como no anterior. caso. Por outro lado, o Hi-Fi, alimentado por este conversor, permanece "Hi-Fi" para os ouvidos mais exigentes.
Já um fio de enrolamento para um poderoso transformador de 50 Hz custará um belo centavo. Mais ou menos circuitos magnéticos estão disponíveis em transformadores “caixão” de até 270 W no geral, mas em um inversor você não pode extrair mais de 120-150 W disso, e a eficiência será de 0,7 na melhor das hipóteses. Os circuitos magnéticos "caixão" são enrolados a partir de uma fita grossa, na qual as perdas por correntes parasitas são grandes em tensão não senoidal nos enrolamentos. Geralmente é problemático encontrar um circuito magnético SL de uma fita fina capaz de fornecer mais de 350 W a uma indução de 0,7 T, custará muito e todo o conversor será enorme e insuportável. Os transformadores UPS não são projetados para operação contínua frequente - eles aquecem e seus circuitos magnéticos nos inversores se degradam em breve - Propriedades magneticas piorar, a potência do conversor cai. Há alguma saída?
Sim, e essa solução é frequentemente usada em conversores proprietários. Esta é uma ponte elétrica de chaves em transistores de efeito de campo de energia de alta tensão com uma tensão de ruptura de 400 V e uma corrente de dreno de mais de 5 A. Adequado dos circuitos primários de UPSs de computador e de lixo antigo - KP904, etc. .
A ponte é alimentada por 220 V DC constante de um inversor simples 12-220 com retificação. Os braços da ponte abrem-se em pares transversalmente alternadamente, e a corrente na carga incluída na diagonal da ponte muda de direção; circuitos de controle de todas as chaves são isolados galvanicamente. Nas construções industriais, as teclas são controladas a partir de CIs com desacoplamento optoacoplador, mas em condições amadoras, ambos podem ser substituídos por um inversor adicional de baixa potência 12 V DC - 12 V 50 Hz, funcionando em um pequeno transformador de ferro, veja a fig. O circuito magnético para ele pode ser retirado de um transformador de potência de baixa potência do mercado chinês. Devido à sua inércia elétrica, a qualidade da tensão de saída é ainda melhor do que a onda senoidal modificada.
