Stromkreis des Wechselrichters 12 V 220 1000 W. Versuchen wir, selbst einen Spannungswandler herzustellen. Merkmale des Wechselrichters

Schematische Darstellung des 12-220-Wechselrichters auf TL494

Dieser Wechselrichter verwendet einen vorgefertigten Hochfrequenz-Abwärtstransformator aus der Stromversorgung des Computers, in unserem Konverter wird er jedoch im Gegenteil zu einem Aufwärtstransformator. Dieser Transformator kann sowohl von AT als auch von ATX übernommen werden. Typischerweise unterscheiden sich solche Transformatoren nur in der Größe und ihre Pin-Positionen sind gleich. Sie können in jeder Computer-Reparaturwerkstatt nach einem defekten Netzteil (oder einem Transformator) suchen.

Wenn Sie keinen solchen Transformator finden, können Sie versuchen, ihn manuell aufzuziehen (wenn Sie Geduld haben). Hier ist der Transformator, den ich in meiner Version verwendet habe:

Transistoren müssen auf einem Heizkörper platziert werden, sonst kann es zu Überhitzung und Ausfall kommen.

Ich habe einen Aluminiumkühler eines sowjetischen Halbleiterfernsehers verwendet. Dieser Kühler passte nicht ganz zur Größe der Transistoren, aber ich hatte keine andere Möglichkeit.

Es ist außerdem ratsam, alle Hochspannungsklemmen dieses Wechselrichters zu isolieren und besser alles in einem Gehäuse zusammenzubauen, da sonst versehentlich ein Kurzschluss auftreten kann oder Sie einfach die Hochspannungsklemme berühren können, was zu einem Kurzschluss führt wird sehr unangenehm sein.

Seid vorsichtig! Der Ausgang des Schaltkreises steht unter Hochspannung und kann einen sehr schweren Stromschlag verursachen.

Ich habe eine Hülle aus einem Laptop-Netzteil verwendet. Von der Größe her passt es sehr gut.

Und natürlich der Wechselrichter im Einsatz:

Viel Glück an alle, Kirill.

Ein 12V/220V-Wechselrichter ist in einem Haushalt unverzichtbar. Manchmal ist es einfach notwendig: Das Netz ist zum Beispiel weg, das Telefon ist kaputt und im Kühlschrank liegt Fleisch. Die Nachfrage bestimmt das Angebot: Für fertige Modelle ab 1 kW, mit denen Sie beliebige Elektrogeräte betreiben können, müssen Sie ab 150 US-Dollar bezahlen. Möglicherweise über 300 $. Die Herstellung eines Spannungswandlers mit eigenen Händen ist heutzutage jedoch für jeden möglich, der löten kann: Der Zusammenbau aus einem vorgefertigten Komponentensatz kostet drei- bis viermal weniger + ein wenig Arbeit und Metall aus Schrott. Wenn Sie ein Ladegerät für Autobatterien haben, können Sie in der Regel 300-500 Rubel ausgeben. Und wenn Sie auch über Grundkenntnisse im Amateurfunk verfügen, ist es nach dem Durchwühlen des Vorrats durchaus möglich, einen 12V DC/220V AC 50Hz Wechselrichter für 500-1200 W umsonst zu bauen. Betrachten wir die möglichen Optionen.

Optionen: Global

Ein 12-220-V-Spannungswandler zur Versorgung einer Last von bis zu 1000 W oder mehr kann im Allgemeinen auf folgende Weise unabhängig hergestellt werden (in der Reihenfolge steigender Kosten):

1. Platzieren Sie ein fertiges Gerät in einem Gehäuse mit einem Kühlkörper von Avito, Ebay oder AliExpress. Suchen Sie nach „Wechselrichter 220“ oder „Wechselrichter 12/220“; Sie können sofort die benötigte Leistung hinzufügen. Es wird ca. kosten. die Hälfte des Preises des gleichen Fabrikmodells. Keine Elektrokenntnisse erforderlich, aber – siehe unten;
2. Bauen Sie dasselbe aus dem Bausatz zusammen: Leiterplatte + „verstreute“ Komponenten. Es kann dort gekauft werden, allerdings kommt zur Anfrage noch diy hinzu, was Selbstmontage bedeutet. Preis noch ca. 1,5-mal niedriger. Grundkenntnisse in der Funkelektronik sind erforderlich: Kenntnisse im Löten, Umgang mit einem Multimeter, Kenntnisse über die Beschaltung (Pinbelegung) der Anschlüsse aktiver Elemente oder die Fähigkeit, diese zu suchen, die Regeln für die Einbindung polarer Bauteile (Dioden, Elektrolytkondensatoren) im Stromkreis und die Möglichkeit zu bestimmen, welcher Strom und welcher Leitungsquerschnitt benötigt werden;
3. Passen Sie eine unterbrechungsfreie Stromversorgung des Computers (USV, USV) an den Wechselrichter an. Eine funktionierende gebrauchte USV ohne Standardbatterie ist für 300-500 Rubel zu finden. Sie benötigen keine Vorkenntnisse – Sie schließen einfach die Autobatterie an die USV an. Sie müssen es aber separat berechnen, siehe auch unten;
4. Wählen Sie eine Umrechnungsmethode, ein Diagramm (siehe unten) entsprechend Ihren Bedürfnissen und der Verfügbarkeit von Teilen, berechnen und montieren Sie vollständig selbst. Es mag völlig kostenlos sein, aber zusätzlich zu grundlegenden elektronischen Kenntnissen benötigen Sie die Fähigkeit, einige spezielle Messgeräte (siehe auch unten) zu verwenden und einfache technische Berechnungen durchzuführen.

Von einem fertigen Modul

Montagemethoden gemäß den Absätzen. 1 und 2 sind eigentlich nicht so einfach. Die Gehäuse vorgefertigter Werkswechselrichter dienen gleichzeitig als Kühlkörper für leistungsstarke Transistorschalter im Inneren. Wenn Sie ein „Halbzeug“ oder „loses Produkt“ nehmen, gibt es dafür keine Unterbringung: Angesichts der aktuellen Kosten für Elektronik, Handarbeit und Nichteisenmetalle erklärt sich der Preisunterschied gerade durch das Fehlen von der zweite und möglicherweise der dritte. Das heißt, Sie müssen selbst einen Kühler für leistungsstarke Tasten herstellen oder nach einem fertigen Aluminiumkühler suchen. Seine Dicke am Einbauort der Schlüssel sollte mindestens 4 mm betragen und die Fläche pro Schlüssel sollte mindestens 50 Quadratmeter betragen. siehe für jede kW Leistung; mit Anblasen von einem 12-V-Computerlüfter-Kühler 110-130 mA – ab 30 qm. cm*kW*Taste.

Fertig konfektionierte 12/220-V-Spannungswechselrichtermodule

Zum Beispiel gibt es in einem Set (Modul) 2 Schlüssel (sie sind zu sehen, sie ragen aus der Platine heraus, siehe links in der Abbildung); Module mit Tasten am Kühler (rechts in der Abbildung) sind teurer und für eine bestimmte, meist nicht sehr hohe Leistung ausgelegt. Es gibt keinen Kühler, die benötigte Leistung beträgt 1,5 kW. Das bedeutet, dass Sie einen Heizkörper von 150 Quadratmetern benötigen. vgl. Darüber hinaus gibt es auch Einbausätze für Schlüssel: isolierende wärmeleitende Dichtungen und Beschläge für Befestigungsschrauben – Isolierbecher und Unterlegscheiben. Wenn das Modul über einen Wärmeschutz verfügt (zwischen den Tasten ragt ein anderes Teil heraus – ein Wärmesensor), dann kleben Sie es mit etwas Wärmeleitpaste auf den Kühler. Drähte - natürlich, siehe unten.

Von UPS

Der 12V DC/220V AC 50Hz Wechselrichter, an den Sie alle Geräte innerhalb der zulässigen Leistungsgrenze anschließen können, wird ganz einfach aus einer Computer-USV hergestellt: Die Standardkabel zu „Ihrer“ Batterie werden durch lange Kabel mit Klemmen für die Autobatterie ersetzt Terminals. Der Leitungsquerschnitt wird auf Basis der zulässigen Stromdichte von 20-25 A/qm berechnet. mm, siehe auch unten. Aufgrund einer nicht standardmäßigen Batterie kann es jedoch zu Problemen kommen – und sie ist teurer und notwendiger als ein Konverter.

UPS verwendet auch Blei-Säure-Batterien. Dies ist heute die einzige allgemein verfügbare sekundäre chemische Stromquelle, die regelmäßig große Ströme (zusätzliche Ströme) liefern kann, ohne in 10–15 Lade-Entlade-Zyklen vollständig „abgetötet“ zu werden. In der Luftfahrt kommen Silber-Zink-Batterien zum Einsatz, die zwar noch leistungsstärker sind, dafür aber ungeheuer teuer, nicht flächendeckend verfügbar und ihre Lebensdauer im Alltagsmaßstab vernachlässigbar gering ist – ca. 150 Zyklen.

Die Entladung von Säurebatterien wird anhand der Spannung an der Bank eindeutig überwacht, und der USV-Controller lässt nicht zu, dass die „fremde“ Batterie übermäßig entladen wird. Aber in Standard-USV-Batterien ist der Elektrolyt ein Gel, während er in Autobatterien flüssig ist. Die Lademodi unterscheiden sich in beiden Fällen erheblich: Durch das Gel können nicht die gleichen Ströme wie durch eine Flüssigkeit geleitet werden, und in einem flüssigen Elektrolyten ist die Beweglichkeit der Ionen bei zu niedrigem Ladestrom gering und nicht vollständig Sie kehren an ihren Platz in den Elektroden zurück. Dies führt dazu, dass die USV die Autobatterie chronisch unterlädt; sie wird bald sulfatiert und völlig unbrauchbar. Daher ist für den Wechselrichter der USV ein Batterieladegerät erforderlich. Man kann es selbst machen, aber das ist ein anderes Thema.

Batterie und Strom

Die Eignung des Konverters für einen bestimmten Zweck hängt auch von der Batterie ab. Ein Boost-Spannungswechselrichter entnimmt seinen Verbrauchern keine Energie aus der „dunklen Materie“ des Universums, aus Schwarzen Löchern, dem Heiligen Geist oder sonst wo. Nur aus der Batterie. Und daraus entnimmt er die den Verbrauchern zugeführte Leistung, dividiert durch den Wirkungsgrad des Wandlers selbst.

Wenn Sie auf dem Gehäuse eines Markenwechselrichters „6800 W“ oder mehr sehen, trauen Sie Ihren Augen. Moderne Elektronik ermöglicht es, noch leistungsstärkere Geräte in das Volumen einer Zigarettenschachtel unterzubringen. Nehmen wir jedoch an, wir benötigen eine Ladeleistung von 1000 W und verfügen über eine normale 12-V-Autobatterie mit 60 A/h. Der typische Wert des Wechselrichterwirkungsgrads beträgt 0,8. Das bedeutet, dass es ca. dauern wird. 100 A. Für einen solchen Strom werden auch Drähte mit einem Querschnitt von 5 Quadratmetern benötigt. mm (siehe oben), aber das ist hier nicht die Hauptsache.

Autoliebhaber wissen: Wenn Sie den Anlasser 20 Minuten lang laufen lassen, kaufen Sie eine neue Batterie. Es stimmt, dass der Betrieb neuer Maschinen zeitlich begrenzt ist, also wissen sie es vielleicht nicht. Und sicherlich weiß nicht jeder, dass der Anlasser eines Autos, wenn er einmal angelaufen ist, einen Strom von ca. 75 A (innerhalb von 0,1–0,2 s beim Start – bis zu 600 A). Die einfachste Rechnung – und es stellt sich heraus, dass unser Wechselrichter in 15 Minuten vollständig entladen ist, wenn der Wechselrichter nicht über eine automatische Vorrichtung verfügt, die die Batterieentladung begrenzt. Wählen oder entwerfen Sie Ihren Konverter daher unter Berücksichtigung der Fähigkeiten der vorhandenen Batterie.

Hinweis: Dies impliziert einen großen Vorteil von 12/220-V-Konvertern auf Basis von Computer-USVs – ihre Steuerung lässt nicht zu, dass die Batterie vollständig entladen wird.

Die Lebensdauer von Säurebatterien verringert sich nicht merklich, wenn sie mit einem 2-Stunden-Strom (12 A für 60 A/h, 24 A für 120 A/h und 42 A für 210 A/h) entladen werden. Unter Berücksichtigung des Wandlungswirkungsgrades ergibt sich eine zulässige Dauerlastleistung von ca. 120 W, 230 W bzw. 400 W. Für 10 Min. Belastung (z. B. zum Antrieb eines Elektrowerkzeugs) kann um das 2,5-fache erhöht werden, danach muss das ABC jedoch mindestens 20 Minuten ruhen.

Insgesamt ist das Ergebnis nicht ganz schlecht. Von gewöhnlichen Elektrowerkzeugen für den Haushalt kann nur die Schleifmaschine 1000–1300 W aufnehmen. Der Rest kostet in der Regel bis zu 400 W, Schraubendreher bis zu 250 W. Ein Kühlschrank mit einer 12-V-60-A/h-Batterie läuft über einen Wechselrichter 1,5 bis 5 Stunden lang. völlig ausreichend, um die notwendigen Maßnahmen zu ergreifen. Daher ist es sinnvoll, einen 1-kW-Wandler für eine 60-A/h-Batterie zu bauen.

Was wird die Ausgabe sein?

Um das Gewicht und die Größe des Geräts zu reduzieren, arbeiten Spannungswandler mit seltenen Ausnahmen (siehe unten) mit erhöhten Frequenzen von Hunderten von Hz bis hin zu mehreren zehn kHz. Kein Verbraucher wird einen Strom dieser Frequenz akzeptieren, und der Energieverlust in der herkömmlichen Verkabelung wird enorm sein. Daher sind die Wechselrichter 12-200 für die folgende Ausgangsspannung ausgelegt. Typen:

• Konstante gleichgerichtete 220 V (220 V AC). Geeignet für die Stromversorgung von Telefonladegeräten, den meisten Netzteilen (PS) für Tablets, Glühlampen, Leuchtstofflampen und LED-Lampen. Mit einer Leistung von 150-250 W eignen sie sich perfekt für handgeführte Elektrowerkzeuge: Die Gleichstromaufnahme wird leicht reduziert und das Drehmoment erhöht. Nicht geeignet für Schaltnetzteile (USV) von Fernsehern, Computern, Laptops, Mikrowellenherden usw. mit einer Leistung von mehr als 40-50 W: Diese verfügen unbedingt über das sogenannte. eine Starteinheit, für deren normalen Betrieb die Netzspannung periodisch durch Null gehen muss. Ungeeignet und gefährlich für Geräte mit Leistungstransformatoren auf Eisen- und Wechselstrom-Elektromotoren: stationäre Elektrowerkzeuge, Kühlschränke, Klimaanlagen, die meisten Hi-Fi-Audiogeräte, Küchenmaschinen, einige Staubsauger, Kaffeemaschinen, Kaffeemühlen und Mikrowellenherde (für letztere – aufgrund des Vorhandenseins eines Rotationsmotortisches).
• Modifizierte Sinuswelle (siehe unten) – geeignet für alle Verbraucher, außer Hi-Fi-Audio mit USV, anderen Geräten mit USV von 40–50 W (siehe oben) und häufig lokalen Sicherheitssystemen, Heimwetterstationen usw. mit empfindlichen analogen Sensoren.
• Rein sinusförmig – ohne Einschränkungen, außer Strom, für jeden Stromverbraucher geeignet.

Sinus oder Pseudosinus?

Um die Effizienz zu steigern, wird die Spannungswandlung nicht nur bei höheren Frequenzen, sondern auch mit heteropolaren Pulsen durchgeführt. Es ist jedoch unmöglich, sehr viele Verbrauchergeräte mit einer Folge mehrpoliger Rechteckimpulse (dem sogenannten Mäander) zu versorgen: Große Überspannungen an den Mäanderfronten führen bereits bei geringfügiger Blindlast zu großen Energieverlusten und können zu a führen Fehlfunktion des Verbrauchers. Allerdings ist es auch nicht möglich, den Wandler für sinusförmigen Strom auszulegen – der Wirkungsgrad wird ca. nicht überschreiten. 0,6.

Wandeln Sie Gleichspannung in eine modifizierte und reine Sinuswelle um

Eine stille, aber bedeutende Revolution in dieser Branche kam es, als Mikroschaltungen speziell für Spannungswechselrichter entwickelt wurden, die sogenannten. eine modifizierte Sinuskurve (links in der Abbildung), obwohl es richtiger wäre, sie Pseudo-, Meta-, Quasi- usw. zu nennen. Sinusoid. Die aktuelle Form der modifizierten Sinuskurve ist gestuft und die Impulsfronten sind verlängert (die Mäanderfronten sind auf dem Bildschirm eines Kathodenstrahloszilloskops oft überhaupt nicht sichtbar). Dadurch „verstehen“ Verbraucher mit Transformatoren auf Eisen oder spürbarer Reaktivität (asynchrone Elektromotoren) die Pseudosinuswelle „als real“ und arbeiten, als wäre nichts passiert; Hi-Fi-Audio mit einem Netzwerktransformator auf Hardware kann mit einer modifizierten Sinuswelle betrieben werden. Darüber hinaus kann eine modifizierte Sinuskurve auf recht einfache Weise zu einer „fast echten“ geglättet werden, die Unterschiede zu einer reinen auf einem Oszilloskop sind mit dem bloßen Auge kaum erkennbar; Konverter vom Typ „Pure Sine“ sind nicht viel teurer als herkömmliche, rechts in Abb.

Allerdings ist es nicht ratsam, Geräte mit kapriziösen Analogkomponenten und USV mit einer modifizierten Sinuswelle zu betreiben. Letztere sind äußerst unerwünscht. Tatsache ist, dass die mittlere Plattform der modifizierten Sinuskurve keine reine Nullspannung ist. Die USV-Starteinheit mit einer modifizierten Sinuswelle funktioniert nicht einwandfrei und die gesamte USV wechselt möglicherweise nicht aus dem Startmodus in den Betriebsmodus. Der Benutzer sieht dies zunächst als hässliche Pannen, und dann kommt, wie im Witz, Rauch aus dem Gerät. Daher müssen die Geräte in der USV von reinen Sinus-Wechselrichtern mit Strom versorgt werden.

Wir stellen den Wechselrichter selbst her

Daher ist es vorerst klar, dass es am besten ist, einen Wechselrichter für einen Ausgang von 220 V und 50 Hz herzustellen, obwohl wir uns auch an den Wechselstromausgang erinnern werden. Im ersten Fall benötigen Sie zur Kontrolle der Frequenz einen Frequenzmesser: Die Norm für Schwankungen der Frequenz des Stromversorgungsnetzes liegt bei 48-53 Hz. Wechselstrom-Elektromotoren reagieren besonders empfindlich auf Abweichungen: Wenn die Frequenz der Versorgungsspannung die Toleranzgrenzen erreicht, erhitzen sie sich und „entfernen“ sich von der Nenndrehzahl. Letzteres ist für Kühlschränke und Klimaanlagen sehr gefährlich, sie können durch Druckverlust irreparabel ausfallen. Aber wir müssen keinen genauen und multifunktionalen elektronischen Frequenzmesser kaufen, mieten oder um einen Kredit betteln – wir brauchen seine Genauigkeit nicht. Entweder ein elektromechanischer Resonanzfrequenzmesser (Pos. 1 in der Abbildung) oder ein Zeiger eines beliebigen Systems, Pos. 2:

Geräte zur Überwachung der Frequenz des Stromversorgungsnetzes

Beide sind preiswert, werden im Internet und in Großstädten in Elektrofachgeschäften verkauft. Auf dem Eisenmarkt findet man einen alten Resonanzfrequenzmesser, und der eine oder andere eignet sich nach dem Einrichten des Wechselrichters sehr gut zur Überwachung der Netzfrequenz im Haus – der Zähler reagiert nicht auf den Anschluss an das Netz.

50 Hz vom Computer

In den meisten Fällen wird von nicht besonders leistungsstarken Verbrauchern 220 V 50 Hz Strom bis zu 250-350 W benötigt. Dann kann die Basis für einen 12/220 V 50 Hz Konverter eine USV aus einem alten Computer sein – wenn natürlich eine im Müll herumliegt oder jemand sie billig verkauft. Die an die Last abgegebene Leistung beträgt ca. 0,7 von der Nenn-USV. Wenn beispielsweise „250 W“ auf dem Gehäuse steht, können Geräte mit bis zu 150–170 W bedenkenlos angeschlossen werden. Sie brauchen mehr – Sie müssen es zuerst an einer Ladung Glühlampen testen. Es hat 2 Stunden gedauert – es kann eine solche Leistung über einen langen Zeitraum liefern. Wie man aus einem Computer-Netzteil einen 12-V-DC/220-V-AC-50-Hz-Wechselrichter herstellt, sehen Sie im Video unten.

Video: ein einfacher 12-220-Konverter aus einem Computer-Netzteil

Schlüssel

Nehmen wir an, es gibt keine Computer-USV oder Sie benötigen mehr Strom. Dann kommt es auf die Wahl der Schlüsselelemente an: Sie müssen hohe Ströme mit minimalen Schaltverlusten schalten, zuverlässig und erschwinglich sein. Insofern gehören Bipolartransistoren und Thyristoren in diesem Anwendungsbereich mit Sicherheit der Vergangenheit an.

Die zweite Revolution im Wechselrichtergeschäft ist mit dem Aufkommen leistungsstarker Feldeffekttransistoren („Feldtransistoren“), den sogenannten, verbunden. vertikale Struktur. Sie haben jedoch die gesamte Technologie der Stromversorgung von Geräten mit geringem Stromverbrauch revolutioniert: Es wird immer schwieriger, in Haushaltsgeräten einen Transformator auf Eisen zu finden.

Die besten Hochleistungs-Feldgeräte für Spannungswandler sind MOSFETs (Insulated Gate Induced Channel), z. IFR3205, links in der Abbildung:

Leistungstransistoren für Spannungswandler

Aufgrund der vernachlässigbaren Schaltleistung kann der Wirkungsgrad eines Wechselrichters mit Gleichstromausgang an solchen Transistoren 0,95 und bei einem Wechselstrom-50-Hz-Ausgang 0,85-0,87 erreichen. Analoge MOSFETs mit integriertem Kanal, z.B. IFRZ44 bieten einen geringeren Wirkungsgrad, sind aber viel billiger. Mit einem Paar von dem einen oder anderen können Sie die Leistung der Last auf ca. 600 W; beide können problemlos parallel geschaltet werden (rechts in der Abbildung), was den Bau von Wechselrichtern mit einer Leistung von bis zu 3 kW ermöglicht.

Hinweis: Der Schaltleistungsverlust von Schaltern mit eingebautem Kanal kann beim Betrieb an einer stark reaktiven Last (z. B. einem asynchronen Elektromotor) 1,5 W pro Schalter erreichen. Schlüssel mit einem induzierten Kanal haben diesen Nachteil nicht.

TL494

Das dritte Element, das es ermöglichte, Spannungswandler in ihren aktuellen Zustand zu versetzen, ist die spezielle Mikroschaltung TL494 und ihre Analoga. Bei allen handelt es sich um einen Pulsweitenmodulations-Controller (PWM), der an den Ausgängen ein modifiziertes Sinuswellensignal erzeugt. Die Ausgänge sind multipolar, was die Ansteuerung von Tastenpaaren ermöglicht. Die Referenzwandlungsfrequenz wird durch eine einzige RC-Schaltung eingestellt, deren Parameter in weiten Grenzen geändert werden können.

Wann reicht eine Festanstellung?

Der Kreis der 220-V-DC-Verbraucher ist begrenzt, doch sie sind es, die nicht nur in Notsituationen eine autarke Stromversorgung benötigen. Zum Beispiel beim Arbeiten mit Elektrowerkzeugen unterwegs oder in der hintersten Ecke des eigenen Geländes. Oder es ist immer vorhanden, beispielsweise bei der Notbeleuchtung des Hauseingangs, Flurs, Flurs, Nahbereichs aus einer Solarbatterie, die den Akku tagsüber auflädt. Der dritte typische Fall ist das Aufladen Ihres Telefons unterwegs über den Zigarettenanzünder. Hier wird nur sehr wenig Ausgangsleistung benötigt, so dass der Wechselrichter entsprechend der Entspannungsgeneratorschaltung mit nur 1 Transistor hergestellt werden kann, siehe weiter unten. Videoclip.

Video: Aufwärtswandler an einem Transistor

Bereits für den Betrieb von 2-3 LED-Glühbirnen benötigen Sie mehr Strom. Beim Versuch, es zu „quetschen“, sinkt die Effizienz von Blockiergeneratoren stark und man muss auf Schaltungen mit separaten Zeitgliedern oder vollständiger interner induktiver Rückkopplung umsteigen; sie sind am wirtschaftlichsten und enthalten die geringste Anzahl an Komponenten. Im ersten Fall wird zum Schalten eines Schalters die Selbstinduktions-EMK einer der Transformatorwicklungen zusammen mit einer Zeitschaltung verwendet. Im zweiten Fall ist das frequenzeinstellende Element aufgrund seiner eigenen Zeitkonstante der Aufwärtstransformator selbst; sein Wert wird hauptsächlich durch das Phänomen der Selbstinduktion bestimmt. Daher werden beide Wechselrichter manchmal als Selbstinduktionswandler bezeichnet. Ihr Wirkungsgrad liegt in der Regel nicht über 0,6-0,65, aber erstens ist die Schaltung einfach und erfordert keine Anpassung. Zweitens ist die Ausgangsspannung eher trapezförmig als rechteckig; „anspruchsvolle“ Verbraucher „verstehen“ es als eine modifizierte Sinuswelle. Nachteil: Feldschalter in solchen Umrichtern sind praktisch nicht anwendbar, weil fallen häufig aufgrund von Spannungsspitzen an der Primärwicklung beim Schalten aus.

Ein Beispiel für eine Schaltung mit externen Zeitgliedern ist in Pos. angegeben. 1 Bild:

Schaltungen einfacher Spannungswandler 12-200 V

Falsch ausgewählter Magnetkern des Transformators eines Spannungswandlers mit geringer Leistung

Der Autor des Entwurfs konnte nicht mehr als 11 W daraus herausholen, aber offenbar verwechselte er Ferrit mit Carbonyleisen. Auf jeden Fall ist der gepanzerte (Becher-)Magnetkreis auf seinem eigenen Foto (siehe Abbildung rechts) keineswegs Ferrit. Es sieht eher wie ein altes Carbonyl aus, das mit der Zeit außen oxidiert ist, siehe Abb. rechts. Es ist besser, den Transformator für diesen Wechselrichter auf einen Ferritring mit einer Ferritquerschnittsfläche von 0,7 bis 1,2 Quadratmetern zu wickeln. cm. Die Primärwicklung sollte dann 7 Drahtwindungen mit einem Kupferdurchmesser von 0,6–0,8 mm enthalten, und die Sekundärwicklung sollte 57–58 Drahtwindungen von 0,3–0,32 mm enthalten. Dies gilt für das Richten mit Verdopplung, siehe unten. Für „reine“ 220 V - 230-235 Drahtwindungen 0,2-0,25. In diesem Fall liefert dieser Wechselrichter beim Ersetzen von KT814 durch KT818 eine Leistung von bis zu 25–30 W, was für 3–4 LED-Lampen ausreicht. Beim Ersetzen von KT814 durch KT626 beträgt die Lastleistung ca. 15 W, aber die Effizienz wird steigen. In beiden Fällen ist der Schlüsselheizkörper ab 50 Quadratmeter groß. cm.

Am Pos. Abbildung 2 zeigt ein Diagramm des „antidiluvianischen“ Wandlers 12-220 mit separaten Rückkopplungswicklungen. Es ist nicht so archaisch. Erstens ist die Ausgangsspannung unter Last trapezförmig mit abgerundeten Brüchen und ohne Spitzen. Es ist sogar besser als eine modifizierte Sinuswelle. Zweitens kann dieser Konverter ohne Änderungen in der Schaltung für eine Leistung von bis zu 300-350 W und eine Frequenz von 50 Hz ausgelegt werden, dann ist kein Gleichrichter erforderlich, Sie müssen lediglich VT1 und VT2 an Heizkörpern ab 250 kW installieren . siehe jeweils. Drittens schont es den Akku: Bei Überlastung sinkt die Wandlungsfrequenz, die Ausgangsleistung nimmt ab, und wenn man ihn noch stärker belastet, stoppt die Erzeugung. Das heißt, um eine Tiefentladung der Batterie zu vermeiden, ist keine Automatisierung erforderlich.

Die Vorgehensweise zur Berechnung dieses Wechselrichters ist im Scan in Abb. dargestellt:

Die entscheidenden Größen dabei sind die Wandlungsfrequenz und die Arbeitsinduktion im Magnetkreis. Die Wandlungsfrequenz wird basierend auf dem Material des verfügbaren Kerns und der erforderlichen Leistung ausgewählt:

Diese „Allesfresser“ von Ferrit erklärt sich aus der Tatsache, dass seine Hystereseschleife rechteckig ist und die Arbeitsinduktion gleich der Sättigungsinduktion ist. Der Rückgang der berechneten Induktionswerte in Magnetkernen aus Stahl im Vergleich zu typischen Kernen wird durch einen starken Anstieg der Schaltverluste nichtsinusförmiger Ströme mit steigendem Wert verursacht. Daher können aus dem Kern des Leistungstransformators des alten 270-W-„Sarg“-Fernsehers in diesem 50-Hz-Konverter nicht mehr als 100-120 W entnommen werden. Aber – ohne Fisch gibt es Krebs im Fisch.

Hinweis: Wenn Sie einen Magnetkern aus Stahl mit bewusst überdimensioniertem Querschnitt haben, drücken Sie keine Energie aus ihm heraus! Lassen Sie die Induktion besser sein – der Wirkungsgrad des Wandlers erhöht sich und die Form der Ausgangsspannung verbessert sich.

Richten

Es ist besser, die Ausgangsspannung dieser Wechselrichter mithilfe einer Schaltung mit paralleler Spannungsverdopplung (Punkt 3 in der Abbildung mit Diagrammen) gleichzurichten: Die Komponenten dafür kosten weniger und die Leistungsverluste bei einem nicht sinusförmigen Strom sind geringer als in einer Brücke. Kondensatoren sollten „Leistungskondensatoren“ sein, die für eine hohe Blindleistung (bezeichnet als PE oder W) ausgelegt sind. Wenn Sie „gesunde“ Wörter ohne diese Buchstaben einfügen, können sie einfach explodieren.

50 Hz? Es ist sehr einfach!

Ein einfacher 50-Hz-Wechselrichter (Element 4 in der Abbildung oben mit Diagrammen) ist ein interessantes Design. Bei einigen Typen von Standard-Leistungstransformatoren liegt die intrinsische Zeitkonstante nahe bei 10 ms, d. h. eine halbe Periode von 50 Hz. Durch die Anpassung mit Zeitwiderständen, die auch als Begrenzer des Schaltersteuerstroms fungieren, können Sie am Ausgang sofort eine geglättete 50-Hz-Rechteckwelle ohne komplexe Formationsschaltungen erhalten. Geeignet sind Transformatoren TP, TPP, TN für 50-120 W, aber nicht irgendeine. Möglicherweise müssen Sie die Widerstandswerte ändern und/oder 1-22 nF-Kondensatoren parallel dazu schalten. Liegt die Wandlungsfrequenz noch weit von 50 Hz entfernt, ist eine Demontage und Neuwicklung des Transformators sinnlos: Der mit ferromagnetischem Kleber verklebte Magnetkreis fusselt auf und die Parameter des Transformators verschlechtern sich stark.

Dieser Wechselrichter ist ein Wochenend-Datscha-Konverter. Aus den gleichen Gründen wie beim vorherigen wird die Autobatterie nicht entladen. Es reicht aber aus, ein Haus mit Veranda mit LED-Lampen und einem Fernseher oder einer Vibrationspumpe in einem Brunnen zu beleuchten. Die Wandlungsfrequenz des eingestellten Wechselrichters beim Wechsel des Laststroms von 0 auf Maximum überschreitet nicht die technischen Normen für Stromversorgungsnetze.

Die Wicklungen des Originaltransformators sind so verlegt. In typischen Leistungstransformatoren gibt es eine gerade Anzahl von Sekundärwicklungen für 12 oder 6 V. Zwei davon werden „beiseite gelegt“, und der Rest ist parallel in Gruppen mit jeweils gleicher Anzahl von Wicklungen verlötet. Als nächstes werden die Gruppen in Reihe geschaltet, sodass Sie zwei Halbwicklungen mit jeweils 12 V erhalten. Dies ist eine Niederspannungswicklung (Primärwicklung) mit einem Mittelpunkt. Von den verbleibenden Niederspannungswicklungen ist eine in Reihe mit der 220-V-Netzwicklung geschaltet; dies ist die Aufwärtswicklung. Ein Zusatzstoff wird benötigt, weil... Der Spannungsabfall an Schaltern aus bipolaren Verbundtransistoren kann zusammen mit den Verlusten im Transformator 2,5–3 V erreichen und die Ausgangsspannung wird unterschätzt. Durch zusätzliches Aufwickeln wird es wieder normal.

Gleichstrom vom Chip

Der Wirkungsgrad der beschriebenen Wandler überschreitet 0,8 nicht und die Frequenz variiert je nach Laststrom merklich. Die maximale Lastleistung beträgt weniger als 400 W, daher ist es an der Zeit, über moderne Schaltungslösungen nachzudenken.

Die Schaltung eines einfachen Wandlers 12 V DC/220 V DC für 500-600 W ist in der Abbildung dargestellt:

Wandlerschaltung 12-220 V DC 1000 W

Sein Hauptzweck ist der Antrieb handgeführter Elektrowerkzeuge. Eine solche Belastung stellt keine Anforderungen an die Qualität der zugeführten Spannung, daher werden die Tasten günstiger genommen; Geeignet sind auch IFRZ46, 48. Der Transformator ist auf Ferrit mit einem Querschnitt von 2-2,5 Quadratmetern gewickelt. cm; Geeignet ist ein Leistungstransformatorkern einer Computer-USV. Primärwicklung - 2x5 Windungen eines Bündels von 5-6 Wicklungsdrähten mit einem Kupferdurchmesser von 0,7-0,8 mm (siehe unten); sekundär - 80 Windungen desselben Drahtes. Es ist keine Einstellung erforderlich, es erfolgt jedoch keine Überwachung der Batterieentladung. Daher müssen Sie während des Betriebs ein Multimeter an die Anschlüsse anschließen und nicht vergessen, darauf zu schauen (dasselbe gilt für alle anderen selbstgebauten Spannungswechselrichter). Sinkt die Spannung auf 10,8 V (1,8 V pro Zelle) – Stopp, Ausschalten! Sie sank auf 1,75 V pro Zelle (10,5 V für die gesamte Batterie) – das ist bereits Sulfatierung!

So wickeln Sie einen Transformator auf einen Ring

Die Qualitätsmerkmale des Wechselrichters, insbesondere sein Wirkungsgrad, werden ganz stark vom Streufeld seines Transformators beeinflusst. Die grundlegende Lösung zur Reduzierung ist seit langem bekannt: Die Primärwicklung, die den Magnetkreis mit Energie „pumpt“, ist in deren Nähe platziert; die sekundären darüber in absteigender Reihenfolge ihrer Stärke. Aber Technologie ist so eine Sache, dass theoretische Prinzipien in bestimmten Designs manchmal auf den Kopf gestellt werden müssen. Eines von Murphys Gesetzen besagt ca. Also: Wenn die Hardware immer noch nicht so funktionieren möchte, wie sie sollte, versuchen Sie es mit dem Gegenteil. Dies gilt in vollem Umfang für einen Hochfrequenztransformator auf einem Ferritring-Magnetkern mit Wicklungen aus relativ dickem starrem Draht. Wickeln Sie den Spannungswandlertransformator wie folgt auf einen Ferritring:

• Der Magnetkreis wird isoliert und mit einem Wickelschiffchen wird eine sekundäre Aufwärtswicklung darauf gewickelt, wobei die Windungen möglichst eng aneinander gelegt werden, Pos. 1 in Abb.:

Wickeln eines Spannungswandlertransformators auf einen Ferritring

• Sekundärteil mit Klebeband fest umwickeln, Pos. 2.
• Bereiten Sie 2 identische Kabelbäume für die Primärwicklung vor: Wickeln Sie die Windungszahl der halben Niederspannungswicklung mit einem dünnen, unbrauchbaren Draht um, entfernen Sie ihn, messen Sie die Länge, schneiden Sie die erforderliche Anzahl von Wicklungsdrahtsegmenten mit Reserve ab und montieren Sie sie in Bündel.
• Zusätzlich wird die Sekundärwicklung isoliert, bis eine relativ ebene Oberfläche entsteht.
• Wickeln Sie die „Primärwicklung“ mit 2 Bündeln gleichzeitig, ordnen Sie die Drähte der Bündel mit Klebeband an und verteilen Sie die Windungen gleichmäßig über den Kern, Pos. 3.
• Benennen Sie die Enden der Bündel und verbinden Sie den Anfang des einen mit dem Ende des anderen. Dies ist der Mittelpunkt der Wicklung.

Hinweis: Auf elektrischen Schaltplänen sind die Wicklungsanfänge ggf. durch einen Punkt gekennzeichnet.

50 Hz geglättet

Eine modifizierte Sinuswelle von einem PWM-Controller ist nicht die einzige Möglichkeit, am Wechselrichterausgang 50 Hz zu erhalten, die für den Anschluss beliebiger Haushaltsstromverbraucher geeignet sind, und es würde nicht schaden, diese auch zu „glätten“. Der einfachste davon ist der gute alte Eisentransformator; er „bügelt“ aufgrund seiner elektrischen Trägheit gut. Zwar wird es immer schwieriger, einen Magnetkern mit einer Leistung von mehr als 500 W zu finden. Ein solcher Trenntransformator wird an den Niederspannungsausgang des Wechselrichters geschaltet und an seine Aufwärtswicklung eine Last angeschlossen. Übrigens sind die meisten Computer-USVs nach diesem Schema aufgebaut und daher für diesen Zweck durchaus geeignet. Wenn Sie den Transformator selbst aufwickeln, wird er ähnlich wie der Leistungstransformator berechnet, jedoch mit einer Spur. Merkmale:

• Der zunächst ermittelte Wert der Arbeitsinduktion wird durch 1,1 dividiert und in allen weiteren Berechnungen verwendet. Dies ist notwendig, um dem sogenannten Rechnung zu tragen. nicht-sinusförmiger Spannungsformfaktor Kf; für eine Sinuskurve Kf=1.
• Die Aufwärtswicklung wird zunächst als 220-V-Netzwicklung für eine bestimmte Leistung berechnet (oder durch die Parameter des Magnetkreises und den Wert der Arbeitsinduktion bestimmt). Anschließend wird die ermittelte Windungszahl für Leistungen bis 150 W mit 1,08, für Leistungen von 150–400 W mit 1,05 und für Leistungen von 400–1300 W mit 1,02 multipliziert.
• Die Hälfte der Niederspannungswicklung wird als Sekundärspannung von 14,5 V für bipolare Schalter oder mit eingebautem Kanal und 13,2 V für Schalter mit induziertem Kanal berechnet.

Beispiele für Schaltungslösungen für 12-200 V 50 Hz-Umrichter mit Trenntransformator sind in der Abbildung dargestellt:

Spannungswandlerschaltungen 12-220 V 50 Hz für 500-1000 W

Auf der linken Seite werden die Tasten vom sogenannten Master-Oszillator gesteuert. Als „weicher“ Multivibrator erzeugt er bereits bei blockierten Fronten und geglätteten Brüchen einen Mäander, so dass keine zusätzlichen Glättungsmaßnahmen erforderlich sind. Die Instabilität der Frequenz eines Soft-Multivibrators ist höher als die eines normalen, daher benötigen Sie zum Einstellen ein Potentiometer P. Mit Tasten am KT827 können Sie die Leistung bis zu 200 W (Heizkörper ab 200 cm² ohne) abschalten Blasen). Mit Schlüsseln für KP904 aus altem Schrott oder IRFZ44 können Sie die Leistung auf 350 W erhöhen. einzeln auf IRF3205 bis zu 600 W und gepaart auf ihnen bis zu 1000 W.

Ein Wechselrichter 12-220 V 50 Hz mit Master-Oszillator auf TL494 (rechts in der Abbildung) hält die Frequenz unter allen erdenklichen Betriebsbedingungen stabil. Um ein Pseudosinusoid effektiver zu glätten, wird das sogenannte Phänomen genutzt. indifferente Resonanz, bei der die Phasenbeziehungen von Strömen und Spannungen im Schwingkreis die gleichen wie bei akuter Resonanz werden, ihre Amplituden jedoch nicht merklich ansteigen. Technisch lässt sich das einfach lösen: An die Boost-Wicklung wird ein Glättungskondensator angeschlossen, dessen Kapazitätswert entsprechend der besten Form des Stroms (nicht der Spannung!) unter Last ausgewählt wird. Zur Steuerung der Stromform wird an den Lastkreis ein 0,1-0,5 Ohm Widerstand mit einer Leistung von 0,03-0,1 des Nennwertes angeschlossen, an den ein Oszilloskop mit geschlossenem Eingang angeschlossen wird. Die Glättungskapazität verringert nicht die Effizienz des Wechselrichters, Sie können ihn jedoch nicht mit Computerprogrammen zur Simulation von Niederfrequenzoszilloskopen konfigurieren, weil Der Eingang der verwendeten Soundkarte ist nicht für eine Amplitude von 220x1,4 = 310 V ausgelegt! Die Schlüssel und Befugnisse sind die gleichen wie zuvor. Fall.

Eine fortschrittlichere 12-200-V-50-Hz-Wandlerschaltung ist in Abb. dargestellt:

Schaltung eines verbesserten Wandlers 12-200 V 50 Hz

Es verwendet komplexe zusammengesetzte Schlüssel. Zur Verbesserung der Qualität der Ausgangsspannung nutzt es die Tatsache, dass der Emitter planarer Epitaxie-Bipolartransistoren deutlich stärker dotiert ist als Basis und Kollektor. Wenn TL494 beispielsweise ein Schließpotential an die Basis von VT3 anlegt, stoppt sein Kollektorstrom, aber aufgrund der Resorption der Emitterraumladung verlangsamt er das Schließen von T1 und Spannungsstöße durch die Selbstinduktions-EMK Tr wird von den Kreisen L1 und R11C5 absorbiert; sie werden die Fronten stärker „schief“ bringen. Die Ausgangsleistung des Wechselrichters wird durch die Gesamtleistung Tr bestimmt, jedoch nicht mehr als 600 W, weil Es ist unmöglich, in dieser Schaltung gepaarte leistungsstarke Schalter zu verwenden – die Streuung im Wert der Gate-Ladung von MOSFET-Transistoren ist ziemlich groß und das Schalten der Schalter wird unklar sein, weshalb sich die Form der Ausgangsspannung sogar verschlechtern kann.

Die Drossel L1 besteht aus 5–6 Drahtwindungen mit einem Durchmesser von 2,4 mm auf Kupfer, die auf ein Stück Ferritstab mit einem Durchmesser von 8–10 m und einer Länge von 30–40 mm mit einer Steigung von 3,5–4 mm gewickelt sind. Der Drosselmagnetkreis darf nicht kurzgeschlossen werden! Der Aufbau einer Schaltung ist eine ziemlich mühsame Aufgabe und erfordert viel Erfahrung: Sie müssen L1, R11 und C5 entsprechend der besten Form des Ausgangsstroms unter Last auswählen, wie im vorherigen. Fall. Aber Hi-Fi, das von diesem Konverter gespeist wird, bleibt „Hi-Fi“ für die anspruchsvollsten
y Gerücht.

Geht das ohne Transformator?

Bereits der Wickeldraht für einen leistungsstarken 50-Hz-Transformator kostet einen hübschen Cent. Magnetkerne von „Sarg“-Transformatoren mit einer Gesamtleistung von bis zu 270 W sind mehr oder weniger verfügbar, aber in einem Wechselrichter kann man daraus nicht mehr als 120–150 W herausquetschen, und der Wirkungsgrad beträgt bestenfalls 0,7, weil „Sarg“-Magnetkerne werden aus einem dicken Band gewickelt, wobei die Wirbelstromverluste bei nicht sinusförmiger Spannung an den Wicklungen groß sind. Einen SL-Magnetkern aus einem dünnen Streifen zu finden, der mehr als 350 W bei einer Induktion von 0,7 Tesla liefern kann, ist im Allgemeinen problematisch, er wird teuer sein und der gesamte Konverter wird riesig und schwer zu tragen sein. USV-Transformatoren sind nicht für den häufigen Betrieb im Langzeitbetrieb ausgelegt – sie erwärmen sich und ihre Magnetkreise in Wechselrichtern verschlechtern sich recht schnell – die magnetischen Eigenschaften verschlechtern sich stark, die Leistung des Wandlers sinkt. Gibt es einen Ausweg?

Ja, und diese Lösung wird häufig in Markenkonvertern verwendet. Dies ist eine elektrische Brücke aus Schaltern an Hochspannungs-Feldeffekttransistoren mit einer Durchbruchspannung von 400 V und einem Drainstrom von mehr als 5 A. Geeignet für die Primärkreise von Computer-USVs und für Altmüll - KP904. usw.

Die Brücke wird von einem einfachen 12-220-Wechselrichter mit Gleichrichtung mit einer konstanten 220-V-Gleichspannung versorgt. Die Arme der Brücke öffnen sich paarweise, kreuzweise und abwechselnd, und der Strom in der Last, die in der Diagonale der Brücke eingeschlossen ist, ändert die Richtung; Die Steuerstromkreise aller Tasten sind galvanisch getrennt. Bei Industriedesigns werden die Tasten durch spezielle Geräte gesteuert. IC mit Optokoppler-Isolierung, aber unter Amateurbedingungen können beide durch einen zusätzlichen Wechselrichter mit geringer Leistung 12 V DC - 12 V 50 Hz ersetzt werden, der von einem kleinen Transformator auf Hardware gespeist wird, siehe Abb. Der Magnetkern dafür kann einem auf dem chinesischen Markt erhältlichen Leistungstransformator mit geringer Leistung entnommen werden. Aufgrund seiner elektrischen Trägheit ist die Qualität der Ausgangsspannung sogar besser als bei einer modifizierten Sinuswelle.

Schaltung zum Empfang von 220 V 50 Hz von einem Spannungswandler ohne leistungsstarken Transformator auf der Hardware