Convertidor de voltaje 12-220 V: opciones de fabricación, circuitos, implementación

 

Contenido

1. Opciones: globalmente
2. Batería y energía
3. ¿Qué pasará a la salida?
4. Nosotros mismos hacemos el inversor

El inversor 12V / 220V es algo necesario en la granja. A veces es simplemente necesario: la red, por ejemplo, desapareció, pero el teléfono está descargado y hay carne en el frigorífico. La demanda determina la oferta: para modelos listos para usar de 1 kW o más, desde los cuales puede alimentar cualquier aparato eléctrico, tendrá que pagar en algún lugar desde $ 150. Posiblemente más de $ 300. Sin embargo, hacer un convertidor de voltaje con sus propias manos hoy en día es un asunto accesible para todos los que saben cómo soldar: ensamblarlo a partir de un conjunto de componentes ya hechos costará de tres a cuatro veces más barato + un poco de trabajo y metal de la chatarra en mano. Si hay un cargador para baterías de automóvil (AKB), puede mantener entre 300 y 500 rublos en total. Y si también tiene las habilidades iniciales de radioaficionado, entonces, después de hurgar en los almacenes, es muy posible hacer un inversor de 12V DC / 220V AC 50Hz para 500-1200 W por nada. Consideremos las posibles opciones.

Opciones: globalmente

Un convertidor de voltaje de 12-220 V para alimentar cargas de hasta 1000 W y más generalmente se puede fabricar de forma independiente de las siguientes maneras (en orden de aumento de costos):

1. Haz un bloque listo para usar con Avito, Ebay o AliExpress en un estuche con un disipador de calor. Búsqueda por solicitud «inversor 220» o «inversor 12/220»; puede agregar inmediatamente la potencia requerida. Costará aprox. mitad del precio de la misma fábrica. No se requieren habilidades eléctricas, pero – vea a continuación;
2. Recoja lo mismo del conjunto: placa de circuito impreso + componente de «dispersión». Se compra en el mismo lugar, pero se agrega bricolaje a la solicitud, lo que significa para el autoensamblaje. El precio sigue siendo aprox. 1,5 veces menor. Necesita habilidades iniciales en electrónica: la capacidad de soldar para usar un multímetro, el conocimiento del cableado (pinouts) de las salidas de los elementos activos o la capacidad de buscarlos, las reglas para incluir componentes polares (diodos, condensadores electrolíticos) en el circuito y la capacidad de determinar qué corriente de qué sección se necesitan los cables;
3. Adapte una fuente de alimentación ininterrumpida de computadora (UPS, UPS) para el inversor. Se puede encontrar un UPS usado reparable sin una batería estándar por 300-500 rublos. No necesita ninguna habilidad: la batería del automóvil simplemente se conecta al UPS. Pero tendrá que cargarlo por separado, consulte también a continuación;
4. Elija un método de conversión, un esquema (ver a continuación) de acuerdo con sus necesidades y la disponibilidad de piezas, calcule y ensamble de manera completamente independiente. Quizás completamente en vano, pero además de las habilidades electrónicas básicas, necesitará la capacidad de usar algunos instrumentos de medición especiales (ver también más abajo) y hacer los cálculos de ingeniería más simples.

De un módulo listo para usar

Métodos de montaje según PP. 1 y 2 en realidad no son tan simples. Las carcasas de los inversores de fábrica listos para usar sirven al mismo tiempo como disipadores de calor para potentes interruptores de transistores en el interior. Si toma un «producto semiacabado» o «dispersión», entonces no habrá caso para ellos: con el costo actual de la electrónica, la mano de obra y los metales no ferrosos, la diferencia de precios se explica por la ausencia del segundo y, posiblemente, el tercero. Es decir, tendrá que hacer usted mismo un radiador para llaves potentes o buscar uno de aluminio ya hecho. Su grosor en el lugar de instalación de las llaves debe ser de 4 mm, y el área para cada llave debe ser de 50 metros cuadrados. ver por cada kW de potencia de salida; con soplado de un ventilador de computadora para 12 V 110-130 mA – desde 30 m2 cm * kW * clave.

Módulos prefabricados para inversores de tensión 12/220 V

Por ejemplo, en el conjunto (módulo) hay 2 teclas (las puede ver, sobresalen del tablero, ver a la izquierda en la figura); Los módulos con llaves en el radiador (a la derecha en la figura) son más caros y están diseñados para una potencia determinada, por regla general, no muy alta. No hay refrigerador, se necesita una potencia de 1,5 kW. Esto significa que necesita un radiador de 150 m2. Ver. Además, también hay kits de instalación para llaves: juntas termoconductoras aislantes y accesorios para tornillos de fijación – copas y arandelas aislantes. Si el módulo tiene protección térmica (habrá algún tipo de mecha, un sensor térmico pegado entre las teclas), luego un poco de pasta térmica para pegarlo al radiador. Cables: por supuesto, consulte a continuación.

De UPS (UPS)

Un inversor de 12V DC / 220V AC 50 Hz, al que puede conectar cualquier dispositivo dentro de la potencia permitida, está hecho de una computadora UPS de manera muy simple: los cables estándar a «su» batería se reemplazan por cables largos con abrazaderas para los terminales de la batería del automóvil . La sección transversal de los cables se calcula en función de la densidad de corriente permitida de 20-25 A / sq. mm, consulte también a continuación. Pero debido a una batería no estándar, pueden surgir problemas, con ella, pero es más costosa y más necesaria que el convertidor.

El UPS también usa baterías de plomo-ácido. Hoy en día, es la única fuente de energía química secundaria ampliamente disponible capaz de entregar grandes corrientes (extracorrientes) sin ser completamente «muerta» en 10-15 ciclos de carga y descarga. En la aviación, se utilizan baterías de plata-zinc, que son aún más potentes, pero son monstruosamente caras, no se distribuyen ampliamente y su recurso es insignificante para los estándares domésticos: aprox. 150 ciclos.

La descarga de las baterías ácidas es claramente monitoreada por el voltaje en el banco, y el controlador del UPS no permitirá que la batería «extraña» se descargue más allá de toda medida. Pero en las baterías estándar del UPS, el electrolito es gel y en las baterías de automóvil es líquido. Los modos de carga en ambos casos son significativamente diferentes: corrientes como a través de un líquido no pueden pasar a través del gel, y en un electrolito líquido, con una corriente de carga demasiado baja, la movilidad de los iones será baja y no todos regresarán a sus lugares en los electrodos. Como resultado, el SAI cargará insuficientemente la batería del automóvil de forma crónica, pronto se sulfatará y quedará completamente inutilizable. Por lo tanto, se necesita un cargador de batería en el kit para el inversor del SAI. Puede hacerlo usted mismo, pero ese es otro tema.

Batería y energía

La idoneidad del convertidor para un propósito particular también depende de la batería. El inversor elevador de voltaje no toma energía para los consumidores de la «materia oscura» del Universo, los agujeros negros, el espíritu del santo o de algún otro lugar así. Solo – de la batería. Y de él, tomará el poder otorgado a los consumidores, dividido por la eficiencia del propio convertidor.

Si ve en el caso de un inversor de marca «6800W» o más, crea lo que ve. La electrónica moderna permite colocar dispositivos más potentes en el volumen de un paquete de cigarrillos. Pero, digamos que necesitamos una potencia de carga de 1000 W, y tenemos a nuestra disposición una batería de coche convencional de 12 V 60 A / h. La eficiencia típica del inversor es de 0,8. Esto significa que de la batería tomará aprox. 100 A. Tal corriente también requiere cables con una sección transversal de 5 sq. mm (ver arriba), pero esto no es lo principal aquí.

Los entusiastas de los automóviles lo saben: condujeron el motor de arranque durante 20 minutos, compre una batería nueva. Es cierto que las máquinas nuevas tienen límites de tiempo para su funcionamiento, por lo que es posible que no lo sepan. Y no todo el mundo sabe con certeza que el arranque de un turismo, después de girar, toma una corriente de aprox. 75 A (dentro de 0,1-0,2 s al inicio – hasta 600 A). El cálculo más simple, y resulta que si el inversor no tiene un equipo automático que limite la descarga de la batería, el nuestro se agotará por completo en 15 minutos. Así que elija o diseñe su convertidor en función de las capacidades de la batería disponible.

Nota: esto implica una gran ventaja de los convertidores de 12/220 V basados ​​en UPS de computadora: su controlador no permitirá que la batería se agote por completo.

La vida útil de las baterías de ácido no disminuye notablemente si se descargan con una corriente de 2 horas (12 A para 60 A / h, 24 A para 120 A / hy 42 A para 210 A / h). Teniendo en cuenta la eficiencia de conversión, esto da una potencia de carga a largo plazo permitida de aprox. 120W, 230W y 400W resp. Por 10 min. carga (por ejemplo, para alimentar una herramienta eléctrica), se puede aumentar en 2,5 veces, pero después de eso, el ABK debe descansar durante al menos 20 minutos.

En general, el resultado no es del todo malo. De una herramienta eléctrica doméstica ordinaria, solo una amoladora puede tomar 1000-1300 vatios. El resto, por regla general, cuesta hasta 400 W y destornilladores hasta 250 W. Un refrigerador de una batería de 12 V 60 A / h a través de un inversor funcionará durante 1,5-5 horas; suficiente para tomar las medidas necesarias. Por lo tanto, tiene sentido hacer un convertidor de 1 kW para una batería de 60 A / h.

¿Qué pasará a la salida?

Con raras excepciones (ver más abajo), los convertidores de voltaje para reducir la masa y las dimensiones del dispositivo operan a frecuencias incrementadas de cientos de Hz a unidades y decenas de kHz. Ningún consumidor aceptará una corriente de esta frecuencia, y la pérdida de su energía en el cableado convencional será enorme. Por lo tanto, los inversores 12-200 están diseñados para la traza del voltaje de salida. especies:

• Constante rectificado 220 V (220V AC). Adecuado para alimentar cargadores de teléfonos, la mayoría de las tabletas de fuentes de alimentación (IP), lámparas incandescentes, ama de llaves fluorescentes y LED. Para una potencia de 150-250 W, son perfectos para herramientas eléctricas de mano: el consumo de energía en corriente continua disminuye ligeramente y el par aumenta. No apto para fuentes de alimentación conmutadas (UPS) para televisores, ordenadores, portátiles, microondas, etc. con una potencia de más de 40-50 W: en estos hay necesariamente un llamado. un nodo de arranque, para el funcionamiento normal del cual la tensión de red debe pasar periódicamente por cero. Inadecuado y peligroso para dispositivos con transformadores de potencia en hierro y motores eléctricos de CA: herramientas eléctricas estacionarias, refrigeradores, acondicionadores de aire, la mayoría de audio Hi-Fi, procesadores de alimentos, algunas aspiradoras, cafeteras, molinillos de café y hornos microondas (para estos últimos , debido a la presencia de una mesa de motor de rotación).
• Sinusoidal modificada (ver a continuación): adecuada para cualquier consumidor, excepto para audio de alta fidelidad de UPS, otros dispositivos con UPS de 40-50 W (ver arriba) y, a menudo, sistemas de seguridad locales, estaciones meteorológicas domésticas, etc. con sensores analógicos sensibles.
• Sinusoidal pura: adecuada sin restricciones, excepto en el poder, para cualquier consumidor de electricidad.

¿Sinusitis o pseudosina?

Para aumentar la eficiencia, la conversión de voltaje se lleva a cabo no solo a frecuencias más altas, sino también mediante pulsos bipolares. Sin embargo, es imposible suministrar energía a muchos dispositivos de consumo con una secuencia de pulsos rectangulares heteropolares (el llamado meandro): grandes sobretensiones en los frentes del meandro con al menos una pequeña carga reactiva conducirán a grandes pérdidas de energía y pueden causar un mal funcionamiento del consumidor. Sin embargo, también es imposible diseñar un convertidor para corriente sinusodal: la eficiencia no excede aprox. 0,6.

Conversión de voltaje CC en una onda sinusoidal pura y modificada

Una revolución silenciosa pero significativa en esta industria ocurrió cuando se desarrollaron microcircuitos específicamente para inversores de voltaje, formando los llamados. sinusoide modificada (a la izquierda de la figura), aunque sería más correcto llamarlo pseudo-, meta-, cuasi-, etc. sinusoide. La forma actual de la sinusoide modificada se escalona y los frentes de pulso se tensan (los frentes de meandro en la pantalla del osciloscopio de rayos catódicos a menudo no son visibles en absoluto). Gracias a esto, los consumidores con transformadores de hierro o reactividad notable (motores eléctricos asíncronos) «entienden» el pseudo-sinusoide «como real» y trabajan como si nada hubiera pasado; El audio de alta fidelidad con un transformador de red en el hardware se puede alimentar mediante una onda sinusoidal modificada. Además, la sinusoide modificada se puede suavizar a «casi real» mediante métodos bastante simples, cuyas diferencias apenas se notan en el osciloscopio del osciloscopio; los convertidores del tipo «Pure sine» no son mucho más caros que los convencionales, a la derecha en la fig.

Sin embargo, no es deseable iniciar dispositivos con nodos analógicos caprichosos y UPS desde una sinusoide modificada. Estos últimos son muy indeseables. El hecho es que el área media de la sinusoide modificada no es voltaje cero puro. La unidad de arranque del UPS de la onda sinusoidal modificada no funciona con claridad y es posible que todo el UPS no salga del modo de arranque para funcionar. El usuario ve esto primero como fallas desagradables, y luego sale humo del dispositivo, como en una broma. Por lo tanto, los dispositivos del SAI deben estar alimentados por inversores Pure Sine.

Nosotros mismos hacemos el inversor

Entonces, todavía está claro que lo mejor es hacer un inversor para una salida de 220 V 50 Hz, aunque también recordaremos sobre la salida de CA. En el primer caso, para controlar la frecuencia, necesitará un medidor de frecuencia: las normas para las fluctuaciones en la frecuencia de la red de suministro de energía son 48-53 Hz. Los motores de CA son especialmente sensibles a sus desviaciones: cuando la frecuencia de la tensión de alimentación alcanza los límites de tolerancia, se calientan y «pasan» de la velocidad nominal. Este último es muy peligroso para refrigeradores y acondicionadores de aire, pueden fallar irreparablemente debido a la despresurización. Pero no es necesario comprar, alquilar o mendigar por un tiempo, un medidor de frecuencia electrónico preciso y multifuncional; no necesitamos su precisión. Ya sea un medidor de frecuencia resonante electromecánico (elemento 1 en la figura), o una flecha de cualquier sistema, elemento. 2:

Instrumentos para monitorear la frecuencia de la red de suministro de energía.

Ambos son económicos, se venden en Internet y en las grandes ciudades en tiendas especiales de electricidad. Se puede encontrar un medidor de frecuencia resonante antiguo en el mercado del hierro, y uno u otro, después de configurar el inversor, es muy adecuado para monitorear la frecuencia de la red en la casa: el contador no responde a su conexión a la red .

50 Hz desde la computadora

En la mayoría de los casos, los consumidores que no son particularmente potentes requieren una fuente de alimentación de 220 V 50 Hz, hasta 250-350 W. Entonces, la base del convertidor 12/220 V 50 Hz puede ser un UPS de una computadora vieja, si, por supuesto, uno está tirado en la basura o alguien lo está vendiendo a bajo precio. La potencia entregada a la carga será de aprox. 0,7 veces el SAI nominal. Por ejemplo, si «250W» está escrito en su cuerpo, entonces los dispositivos de hasta 150-170 W se pueden conectar sin temor. Necesita más: primero debe verificar una carga de lámparas incandescentes. Resistió 2 horas: es capaz de entregar tal potencia durante mucho tiempo. Cómo hacer un inversor 12V DC / 220V AC 50Hz desde una fuente de alimentación de computadora, vea el video a continuación.

Video: un simple convertidor 12-220 de una fuente de alimentación de computadora

 

Llaves

Digamos que no hay UPS de computadora o se necesita más energía. Entonces, la elección de los elementos clave se vuelve importante: deben conmutar grandes corrientes con las menores pérdidas de conmutación, ser fiables y asequibles. En este sentido, los transistores y tiristores bipolares en este campo de aplicación son sin duda una cosa del pasado.

La segunda revolución en el negocio de los inversores está asociada con la aparición de los llamados transistores de efecto de campo potentes («trabajadores de campo»). estructura vertical. Sin embargo, cambiaron toda la técnica de suministro de energía para dispositivos de baja potencia: cada vez es más difícil encontrar un transformador de hierro en la «vida cotidiana».

Los mejores trabajadores de campo de alta potencia para convertidores de voltaje son la puerta aislada y el canal inducido (MOSFET), por ejemplo. IFR3205, a la izquierda en la figura:

Transistores de potencia para convertidores de voltaje

Debido a la insignificante potencia de conmutación, la eficiencia de un inversor con una salida de CC en dichos transistores puede alcanzar 0,95 y con una salida de CA de 50 Hz, 0,85-0,87. Análogos MOSFET con canal incorporado, p. Ej. IFRZ44, dan menor eficiencia, pero son mucho más económicos. Un par de estos u otros le permiten llevar la potencia en la carga a aprox. 600 vatios; ambos pueden conectarse en paralelo sin problemas (a la derecha en la figura), lo que permite construir inversores con una capacidad de hasta 3 kW.

Nota: la pérdida de potencia de las teclas de conmutación con un canal incorporado cuando se opera con una carga sustancialmente reactiva (por ejemplo, un motor eléctrico asíncrono) puede alcanzar 1,5 W por tecla. Las claves con un canal inducido están libres de este inconveniente.

TL494

El tercer elemento que hizo posible llevar los convertidores de voltaje a su estado actual es el microcircuito especializado TL494 y sus análogos. Todos ellos son un controlador de modulación de ancho de pulso (PWM) que genera una señal de onda sinusoidal modificada en las salidas. Las salidas son bipolares, lo que le permite controlar pares de teclas. La frecuencia de conversión de referencia se establece mediante un circuito RC, cuyos parámetros se pueden cambiar en un amplio rango.

Cuando la constante es suficiente

La gama de consumidores de corriente de 220 V DC es limitada, pero es precisamente para ellos que surge la necesidad de una fuente de alimentación autónoma no solo en situaciones de emergencia. Por ejemplo, cuando trabaja con una herramienta eléctrica en la carretera o en el rincón más alejado de su propio sitio. O siempre está presente, digamos, en la iluminación de emergencia de la entrada a la casa, pasillo, pasillo, área local de la batería solar, recargando la batería durante el día. El tercer caso típico es cargar el teléfono sobre la marcha desde el encendedor de cigarrillos. Aquí, la potencia de salida se necesita muy pequeña, por lo que el inversor se puede hacer con solo 1 transistor de acuerdo con el circuito del generador de relajación, ver a continuación. rodillo.

Vídeo: convertidor de refuerzo de un solo transistor

Ya para alimentar 2-3 bombillas LED, se necesita más potencia. La eficiencia de los generadores de bloqueo cuando se trata de «exprimirlos» cae drásticamente, y uno tiene que cambiar a circuitos con elementos de temporización separados o retroalimentación inductiva interna completa, son los más económicos y contienen el menor número de componentes. En el primer caso, para cambiar una tecla, la EMF de autoinducción de uno de los devanados del transformador se usa junto con un circuito de temporización. En el segundo, el propio transformador elevador es el elemento de ajuste de frecuencia debido a su propia constante de tiempo; su valor está determinado principalmente por el fenómeno de la autoinducción. Por lo tanto, ambos inversores a veces se denominan convertidores de autoinducción. Su eficiencia, por regla general, no es superior a 0,6-0,65, pero, en primer lugar, el circuito es simple y no requiere ajuste. En segundo lugar, la tensión de salida es trapezoidal en lugar de serpenteante; Los consumidores «exigentes» lo «entienden» como una sinusoide modificada. La desventaja es que los interruptores de campo son prácticamente inaplicables en tales convertidores, porque a menudo fallan por sobretensiones en el devanado primario durante la conmutación.

En la pos. 1 foto.:

Esquemas de convertidores de voltaje simples 12-200 V

Circuito magnético incorrectamente seleccionado del transformador de un convertidor de voltaje de baja potencia

El autor del diseño no pudo exprimir más de 11 W, pero aparentemente confundió ferrita con carbonil hierro. En cualquier caso, el circuito magnético blindado (copa) en su foto (ver la imagen de la derecha) no es ferrita en absoluto. Se parece más a un carbonilo antiguo, oxidado desde el exterior de vez en cuando, ver fig. a la derecha. Es mejor enrollar el transformador para este inversor en un anillo de ferrita con un área de sección transversal de ferrita de 0.7-1.2 sq. cm. El devanado primario debe contener 7 vueltas de cable con un diámetro de cobre de 0,6-0,8 mm, y el secundario 57-58 vueltas de cable de 0,3-0,32 mm. Esto es para enderezar con duplicación, ver más abajo. Para 220 V «limpios» – 230-235 vueltas de hilo 0,2-0,25. En este caso, al reemplazar KT814 con KT818, este inversor dará una potencia de hasta 25-30 W, que es suficiente para 3-4 lámparas LED. Al reemplazar KT814 con KT626, la potencia de carga será de aprox. 15 W, pero la eficiencia aumentará. En ambos casos, el radiador clave es de 50 m2. cm.

En pos. 2 muestra un diagrama del convertidor «antediluviano» 12-220 con devanados de realimentación separados. Ella no es tan arcaica. Primero, el voltaje de salida bajo carga es un trapezoide redondeado sin sobreimpulso. Es incluso mejor que una onda sinusoidal modificada. En segundo lugar, este convertidor se puede hacer sin alteraciones en el circuito para potencia de hasta 300-350 W y una frecuencia de 50 Hz, entonces no se necesita un rectificador, solo necesita poner VT1 y VT2 en radiadores de 250 kV. ver cada uno. En tercer lugar, protege la batería: cuando se sobrecarga, la frecuencia de conversión cae, la potencia entregada disminuye y si carga aún más, la generación se interrumpe. Es decir, para evitar una descarga excesiva de la batería, no se requiere automatización.

El procedimiento de cálculo para este inversor se da en el escaneo de la Fig .:

Las cantidades clave en él son la frecuencia de conversión y la inducción de trabajo en el circuito magnético. La frecuencia de conversión se selecciona en función del material del núcleo disponible y la potencia requerida:

Tipo de

circuito magnético Frecuencia de inducción / conversión Hasta 50 W50-100 W100-200 vatios200-350 W Hierro «Power» de transformadores de potencia de 0,35-0,6 mm de espesor0,5 T / (50-1000) Hz0,55 T / (50-400) Hz0,6 T / (50-150) Hz0,7 T / (50-60) Hz Hierro «sonido» de los transformadores de salida UMZCH 0,2-0,25 mm de espesor0,4 T / (1000-3000) Hz0,35 T / (1000-2000) Hz– Hierro «señal» de transformadores de señal de 0,06-0,15 mm de espesor (¡no permalloy!)0,3 T / (2000-8000) Hz0,25 T / (2000-5000) Hz– Ferrito0,15 T / (5-30) kHz0,15 T / (5-30) kHz0,15 T / (5-30) kHz0,15 T / (5-30) kHz

Esta ferrita «omnívora» se explica por el hecho de que su bucle de histéresis es rectangular y la inducción de trabajo es igual a la inducción de saturación. La disminución en comparación con los valores típicos calculados de inducción en circuitos magnéticos de acero es causada por un fuerte aumento en las pérdidas de conmutación de corrientes no sinusoidales con su aumento. Por lo tanto, no será posible eliminar más de 100-120 vatios del núcleo del transformador de potencia del antiguo televisor «ataúd» de 270 W en este convertidor de 50 Hz. Pero hay peces para bezrybe y cáncer.

Nota: si hay un circuito magnético de acero con una sección deliberadamente sobredimensionada, ¡no lo exprima! Deje que la inducción sea menos mejor: la eficiencia del convertidor aumentará y la forma del voltaje de salida mejorará.

Alisado

Es mejor rectificar el voltaje de salida de estos inversores de acuerdo con el esquema con duplicación de voltaje en paralelo (elemento 3 en la figura con los diagramas): los componentes costarán menos y las pérdidas de potencia en la corriente no sinusoidal serán menos que en el puente. Los condensadores deben tomarse «potencia», diseñados para alta potencia reactiva (con la designación PE o W). Si pones «sonido» sin estas letras, simplemente pueden explotar.

50 Hz? ¡Es muy fácil!

Un inversor simple de 50 Hz (elemento 4 en la figura anterior con diagramas) es un diseño interesante. Algunos tipos de transformadores de potencia típicos tienen su propia constante de tiempo cercana a los 10 ms, es decir, medio período de 50 Hz. Corrijándolo con resistencias de ajuste de tiempo, que serán simultáneamente los limitadores de la corriente de control de los interruptores, es posible obtener en la salida una onda cuadrada de 50 Hz suavizada sin circuitos de configuración complicados. Los transformadores TP, TPP, VT para 50-120 W son adecuados, pero no todos. Puede ser necesario cambiar los valores de la resistencia y / o conectar condensadores en paralelo a ellos en 1-22 nF. Si la frecuencia de conversión aún está lejos de 50 Hz, es inútil desmontar y rebobinar el transformador: el núcleo magnético pegado con pegamento ferromagnético se esponjará y los parámetros del transformador se deteriorarán drásticamente.

Este inversor es un convertidor de cabañas de fin de semana. No colocará la batería del coche por los mismos motivos que el anterior. Pero será suficiente para iluminar una casa con una terraza con lámparas LED y un televisor o una bomba de vibración en el pozo. La frecuencia de conversión de un inversor ajustado cuando la corriente de carga cambia de 0 al máximo no va más allá del estándar técnico para redes de suministro de energía.

Los devanados del transformador original se separan de la siguiente manera. En los transformadores de potencia típicos, hay un número par de devanados secundarios de 12 o 6 V. Dos de ellos se «depositan» y el resto se sueldan en paralelo en grupos de igual número de devanados en cada uno. Además, los grupos están conectados en serie de modo que se obtengan 2 medios devanados de 12 V cada uno, este será un devanado de baja tensión (primario) con un punto medio. De los devanados de bajo voltaje restantes, uno está conectado en serie con el devanado de red de 220 V, este será un devanado elevador. Se necesita un aditivo, porque la caída de voltaje a través de las teclas de los transistores compuestos bipolares junto con sus pérdidas en el transformador puede alcanzar 2.5-3 V, y el voltaje de salida será subestimado. Un bobinado adicional lo llevará a la normalidad.

DC de IC

La eficiencia de los convertidores descritos no supera 0,8 y la frecuencia, dependiendo de la corriente de carga, flota notablemente. La potencia de carga máxima es inferior a 400 W, por lo que es hora de recordar las soluciones de circuitos modernos.

En la figura se muestra un diagrama de un convertidor simple de 12 V CC / 220 V CC para 500-600 W:

Circuito convertidor 12-220V DC 1000W

Su objetivo principal es alimentar herramientas eléctricas de mano. Tal carga no exige la calidad del voltaje suministrado, por lo que las teclas se toman más baratas; También son adecuados los IFRZ46, 48. El transformador está enrollado en una ferrita con una sección transversal de 2-2,5 metros cuadrados. cm; el núcleo de un transformador de potencia de una computadora UPS es adecuado. Devanado primario: 2×5 vueltas de un haz de 5-6 cables de bobinado con un diámetro de cobre de 0,7-0,8 mm (ver más abajo); secundario: 80 vueltas del mismo cable. No se requiere ajuste, pero no hay control de descarga de la batería, por lo que durante el funcionamiento debe conectar un multímetro a sus terminales y no olvide mirarlo (lo mismo se aplica a todos los demás inversores de voltaje caseros). Si el voltaje cae a 10,8 V (1,8 V por lata), ¡deténgase, apáguelo! Se redujo a 1,75 V por lata (batería completa de 10,5 V): ¡esto ya es sulfatación!

Cómo enrollar un transformador en un anillo

Las características de calidad del inversor, en particular, su eficiencia, está fuertemente influenciada por el campo de fuga de su transformador. La principal solución para su reducción se conoce desde hace mucho tiempo: el devanado primario, que «bombea» el circuito magnético con energía, se coloca cerca de él; secundaria por encima de ella en orden decreciente de su poder. Pero la tecnología es tal que los principios teóricos en las construcciones concretas a veces tienen que invertirse. Una de las leyes de Murphy dice aprox. entonces: si la pieza de hierro no quiere funcionar como debería, intente hacer lo contrario en ella. Esto se aplica completamente a un transformador de alta frecuencia en un circuito magnético de anillo de ferrita con devanados de un cable rígido relativamente grueso. El transformador convertidor de voltaje se enrolla en un anillo de ferrita de la siguiente manera:

• El núcleo magnético está aislado y, con la ayuda de una lanzadera, se enrolla un devanado de refuerzo secundario, colocando las espiras lo más apretadas posible, pos. 1 en la figura:

Bobinado de un transformador convertidor de voltaje en un anillo de ferrita

• Apriete bien el «secundario» con cinta, pos 2.
• Prepare 2 mazos de cables idénticos para el devanado primario: enrolle el número de vueltas de la mitad del devanado de bajo voltaje con un cable delgado inutilizable, retírelo, mida la longitud, corte la cantidad requerida de secciones del alambre del devanado con un margen y recójalos en paquetes.
• Además, el devanado secundario se aísla hasta que se obtiene una superficie relativamente plana.
• Enrollan el «primario» con 2 paquetes a la vez, colocando los cables de los paquetes con cinta y distribuyendo uniformemente las vueltas sobre el núcleo, pos. 3.
• Se llaman los extremos de los arneses y el comienzo de uno se conecta al final del otro, este será el punto medio del devanado.

Nota: en los diagramas esquemáticos eléctricos, los comienzos de los devanados, si es importante, se indican con un punto.

50 Hz suavizado

Una onda sinusoidal modificada de un controlador PWM no es la única forma de obtener 50 Hz en la salida del inversor, adecuada para conectar cualquier consumidor de electricidad doméstico, e incluso eso no estaría de más para «suavizarlo». El más simple de ellos es un viejo transformador a base de hierro, que «golpea» bien debido a su inercia eléctrica. Es cierto que cada vez es más difícil encontrar un núcleo magnético con más de 500 W. Dicho transformador de aislamiento se conecta a la salida de bajo voltaje del inversor y la carga se conecta a su devanado elevador. Por cierto, la mayoría de los UPS para computadoras se construyen de acuerdo con este esquema, por lo que son bastante adecuados para tal propósito. Si enrolla el transformador usted mismo, entonces se calcula de manera similar al de potencia, pero con un rastro. características:

• El valor de la inducción de trabajo determinado originalmente se divide por 1,1 y se utiliza en todos los cálculos posteriores. Por eso es necesario tener en cuenta el llamado. factor de forma de la tensión no sinusoidal Kf; sinusoide Kf = 1.
• El devanado elevador se calcula primero como un devanado de red para 220 V para una potencia determinada (o se determina por los parámetros del circuito magnético y el valor de la inducción de funcionamiento). Luego, el número encontrado de sus vueltas se multiplica por 1.08 para potencias de hasta 150 W, por 1.05 para potencias de 150-400 W y por 1.02 para potencias de 400-1300 W.
• La mitad del devanado de baja tensión se calcula como secundario para una tensión de 14,5 V para llaves bipolares o con canal incorporado y a 13,2 V para llaves con canal inducido.

En la figura se dan ejemplos de soluciones de circuito de convertidores de 12-200 V 50 Hz con un transformador de aislamiento:

Circuitos convertidores de voltaje 12-220 V 50 Hz para 500-1000 W

En el de la izquierda, las teclas están controladas por un oscilador maestro en el llamado. Multivibrador «blando», ya genera un meandro en los frentes colapsados ​​y fracturas suavizadas, por lo que no se requieren medidas adicionales de suavizado. La inestabilidad de la frecuencia de un multivibrador suave es mayor que la de uno convencional, por lo tanto, para ajustarlo, se necesita un potenciómetro P. Con las teclas del KT827, puede quitar energía hasta 200 W (radiadores – desde 200 cm cuadrados sin soplar). Las teclas en KP904 de la basura vieja o IRFZ44 permiten aumentarlo hasta 350 W; solo en IRF3205 hasta 600 W y emparejado en ellos hasta 1000 W.

Un inversor 12-220 V 50 Hz con un oscilador maestro en el TL494 (a la derecha en la figura) mantiene la frecuencia de hierro en todas las condiciones de funcionamiento inconcebibles imaginables. Para un suavizado más eficaz de la onda pseudosina, se utiliza el llamado fenómeno. resonancia indiferente, en la que las relaciones de fase de corrientes y tensiones en el circuito oscilatorio se vuelven las mismas que en la resonancia aguda, pero sus amplitudes no aumentan notablemente. Técnicamente, esto se puede resolver simplemente: se conecta un condensador de suavizado al devanado elevador, cuyo valor de capacitancia se selecciona de acuerdo con la mejor forma de corriente (¡no voltaje!) Bajo carga. Para controlar la forma de la corriente, se incluye una resistencia de 0.1-0.5 Ohm en el circuito de carga para una potencia de 0.03-0.1 de la nominal, a la que se conecta un osciloscopio con una entrada cerrada. La capacitancia de suavizado no reduce la eficiencia del inversor, pero es imposible utilizar los programas de computadora para la simulación del osciloscopio LF para configurarlo, porque ¡la entrada de la tarjeta de sonido utilizada en ellos no está diseñada para una amplitud de 220×1,4 = 310 V! Las llaves y los poderes son los mismos que antes. caso.

En la figura se muestra un circuito más perfecto del convertidor de 12-200 V 50 Hz:

Diagrama del convertidor mejorado 12-200 V 50 Hz

Utiliza claves compuestas complejas. Para mejorar la calidad del voltaje de salida, utiliza el hecho de que el emisor de transistores bipolares planar-epitaxiales está dopado con mucha más fuerza que la base y el colector. Cuando TL494 suministra un potencial de cierre, por ejemplo, a la base de VT3, su corriente de colector se detendrá, pero debido a la reabsorción de la carga espacial del emisor, ralentizará el bloqueo de T1 y las sobretensiones del EMF. de autoinducción Tr será absorbida por los circuitos L1 y R11C5; «inclinarán» más los frentes. La potencia de salida del inversor está determinada por la potencia total Tr, pero no más de 600 W, ya que es imposible usar llaves potentes emparejadas en este circuito: la extensión en la magnitud de la carga de la puerta de los transistores MOSFET es bastante significativa y la conmutación de las teclas será borrosa, por lo que la forma del voltaje de salida puede incluso empeorar .

El estrangulador L1 es 5-6 vueltas de alambre con un diámetro de 2,4 mm en cobre, enrollado en un trozo de varilla de ferrita con un diámetro de 8-10 my una longitud de 30-40 mm con un paso de 3,5-4 mm. . ¡El circuito magnético del estrangulador no debe cortocircuitarse! Configurar el circuito es un negocio bastante laborioso y requiere mucha experiencia: debe seleccionar L1, R11 y C5 de acuerdo con la mejor forma de corriente de salida bajo carga, como en el anterior. caso. Por otro lado, el Hi-Fi alimentado por este convertidor sigue siendo «de alta fidelidad» para el oído más exigente.

¿Es posible sin transformador?

Ya un cable de bobinado para un potente transformador de 50 Hz costará un centavo. Hay más o menos núcleos magnéticos disponibles en transformadores «ataúd» de hasta 270 W en total, pero en un inversor no se puede extraer más de 120-150 W de esto, y la eficiencia será de 0,7 en el mejor de los casos, porque Los núcleos magnéticos «ataúd» se enrollan a partir de una cinta gruesa, en la que las pérdidas por corrientes parásitas son grandes a voltaje no sinusoidal en los devanados. En general, es problemático encontrar un núcleo magnético SHL hecho de una cinta delgada capaz de entregar más de 350 W a una inducción de 0,7 T, será costoso y todo el convertidor resultará enorme y abrumador. Los transformadores UPS no están diseñados para un funcionamiento frecuente en un modo a largo plazo; se calientan y sus circuitos magnéticos en los inversores se degradan muy pronto; las propiedades magnéticas se deterioran enormemente, la potencia del convertidor cae. ¿Hay una salida?

Sí, y esta solución se usa a menudo en convertidores de marca. Este es un puente eléctrico hecho de llaves en transistores de efecto de campo de potencia de alto voltaje con un voltaje de ruptura de 400 V y una corriente de drenaje de más de 5 A. Adecuado para los circuitos primarios de los UPS de computadora y de basura vieja – KP904, etc.

El puente es alimentado por una corriente continua de 220 V de un simple inversor 12-220 con rectificación. Los hombros del puente se abren en pares en dirección transversal, y la corriente en la carga incluida en la diagonal del puente cambia de dirección; Los circuitos de control de todas las llaves están separados galvánicamente. En estructuras industriales, las teclas se controlan desde especiales. IC con desacoplamiento de optoacoplador, pero en condiciones de aficionado, ambos pueden ser reemplazados por un inversor adicional de baja potencia 12 V DC – 12 V 50 Hz, operando en un pequeño transformador de hierro, ver fig. El circuito magnético se puede tomar de un transformador de potencia de baja potencia de un bazar chino. Debido a su inercia eléctrica, la calidad del voltaje de salida es incluso mejor que la onda sinusoidal modificada.

El esquema de obtener 220 V 50 Hz de un convertidor de voltaje sin un potente transformador en hierro.