V poslední době jsem často pozoroval, že stále více lidí je závislých na montáži domácích měničů. Protože začínající radioamatéři mají zájem, rozhodl jsem se připomenout schéma, které jsem před rokem zveřejnil na našem webu. Dnes jsem se rozhodl předělat obvod zvýšením výstupního výkonu a podrobně vysvětlit proces montáže.
Hned řeknu, že se jedná o nejjednodušší převodník 12-220, s přihlédnutím k výstupnímu výkonu obvodu. Jako hlavní oscilátor se používá starý a dobrý multivibrátor. Takové řešení je samozřejmě horší než moderní vysoce přesné čipové generátory, ale nezapomeňme, že jsem se snažil obvod co nejvíce zjednodušit, abych skončil u měniče, který by byl dostupný široké veřejnosti. Multivibrátor není špatný, funguje spolehlivěji než některé mikroobvody, není tak kritický pro vstupní napětí, funguje v drsných povětrnostních podmínkách (pamatujte na TL494, který je třeba zahřívat při teplotách pod nulou).
Transformátor se používá hotový, z UPS, rozměry jádra umožňují odebrat 300 wattů výstupního výkonu. Transformátor má dvě primární vinutí 7 voltů (každé rameno) a síťové vinutí 220 voltů. Teoreticky budou stačit jakékoli transformátory z nepřerušitelných zdrojů napájení.
Průměr drátu primárního vinutí je asi 2,5 mm, přesně to, co potřebujete.
Hlavní charakteristiky obvodu
Jmenovité vstupní napětí – 3,5-18 V
Výstupní napětí 220V +/-10%
Výstupní frekvence – 57 Hz
Tvar výstupního pulsu – Obdélníkový
Maximální výkon – 250-300 wattů.
Omezení
Dlouho jsem přemýšlel, jaké jsou nevýhody obvodu, na úkor účinnosti je o 5-10% nižší než podobná průmyslová zařízení.
Obvod nemá žádnou ochranu na vstupu a výstupu, v případě zkratu a přetížení se budou polní spínače přehřívat až do selhání.
Kvůli tvaru pulsů vytváří transformátor určitý hluk, ale to je u takových obvodů zcela normální.
Hodnota
Jednoduchost, cenová dostupnost, cena, výstup 50 Hz, kompaktní velikost desky, snadná oprava, schopnost práce v drsných povětrnostních podmínkách, široká tolerance použitých součástek – všechny tyto výhody dělají obvod univerzální a dostupný pro samostatné opakování.
Čínský invertor za 250-300 wattů, koupíte někde za 30-40 $, utratil jsem za tento invertor 5 $ – koupil jsem pouze tranzistory s efektem pole, vše ostatní se dá najít na půdě, myslím, že to má každý.
Základna prvku
Postroj má minimální počet součástí. Tranzistory IRFZ44 lze úspěšně nahradit IRFZ40/46/48 nebo výkonnějšími – IRF3205/IRL3705, nejsou kritické.
Tranzistory multivibrátoru TIP41 (KT819) lze nahradit KT805, KT815, KT817 atd.
K tomuto střídači jsem úspěšně připojil televizi, vysavač a další domácí zařízení, funguje dobře, pokud má zařízení zabudovaný spínaný zdroj, tak nepoznáte rozdíl v provozu ze sítě a z konvertoru, v případě napájení vrtačky se spustí s nějakým zvukem, ale funguje celkem v pohodě.
Deska byla nakreslena ručně obyčejnou manikúrou
Měnič se mi ve výsledku zalíbil natolik, že jsem se rozhodl jej dát do pouzdra od zdroje počítače.
Implementována je také funkce REM, pro zapnutí obvodu stačí připojit vodič REM ke kladné sběrnici, poté bude generátor napájen a obvod začne pracovat.
Z takového obvodu je docela možné vydolovat více výkonu (500-600 Wattů, možná více), v budoucnu se pokusím výkon zvýšit, takže další článek je hned za rohem, uvidíme se příště.
Měnič (v úzkém elektrickém smyslu slova) je zařízení pro přeměnu stejnosměrného proudu na střídavý se změnou velikosti efektivní hodnoty napětí. V ještě užším – měnič DC napětí (12, 24 nebo 48 V) na AC 220 V.
A konečně v radikálně úzkém smyslu – mašinka, která vám umožní napájet různé domácí spotřebiče určené pro napájení ze sítě z autobaterie, a zkrátka – velmi užitečný a pohodlný gadget v domácnosti!
Obvod znázorněný na obr. 1, stejně jako komentáře k němu, jsou vypůjčeny z knihy M. A. Shustova „Praktické obvody“, část – „Převodníky napětí“.
Obr Schéma jednoduchého měniče napětí 220 V, 50 Hz
„Maximální výstupní výkon měniče je 100 W, účinnost až 50 %.
Hlavní oscilátor je vyroben podle schématu tradičního symetrického multivibrátoru, vyrobeného na tranzistorech VT1 a VT2 (KT815). Koncové stupně měniče jsou osazeny na kompozitních tranzistorech VT3 a VT4 (KT825). Tyto tranzistory jsou instalovány bez izolačních těsnění na společném radiátoru.
Zařízení odebírá z baterie proud až 20 A. Jako výkonový transformátor je použit již hotový síťový transformátor 100 W (průřez střední části železného jádra je cca 10 cm2). Měl by mít dvě sekundární vinutí, každé s dimenzováním 8V/10A. Aby se frekvence hlavního oscilátoru rovnala 50 Hz, jsou vybrány hodnoty rezistorů R1 a R2 ″.
Vzhledem k tomu, že multivibrátor generuje meandr s posetými čely a výkonné emitorové sledovače opakují tento tvar, bude v zátěži také proudit střídavý proud připomínající tvar sinusoidy a další vyhlazovací opatření nejsou nutná.
Účinnost měniče je možné výrazně zvýšit, pokud se jako výkonové stupně nepoužijí napěťové sledovače, ale tranzistory pracující v režimu klíče.
Tato úprava převodníku je na obr. 2. Obr.
Obr Schéma jednoduchého měniče napětí se zvýšenou účinností
Princip činnosti převodníku je stejný jako u předchozího zařízení. Hlavní oscilátor (T1, T2) generuje dvě párová fázová napětí s frekvencí 50 Hz. Napětí z výstupů hlavního oscilátoru jsou přivedena na dva klíčové stupně stejného typu (T3, T4), které spínají napětí na primárním vinutí transformátoru. Protože multivibrátor generuje obdélníkovou vlnu s uzavřenými čely, klíčové tranzistory pracují s určitým zpožděním, což způsobuje tvorbu modifikovaného sinusového napětí na výstupu měniče.
S prvky uvedenými ve schématu je výstupní výkon měniče asi 200 wattů. Dalšího zvýšení účinnosti a zvýšení výkonu měniče lze dosáhnout jednoduchou výměnou bipolárních klíčových prvků za výkonné MOSFET tranzistory, jak je znázorněno na obr. 2. Obr.
Četné a poměrně oblíbené invertorové obvody postavené na specializovaných mikroobvodech pro spínané zdroje (jako TL494, TL594 atd.) mají tyto výhody: vysokou účinnost a stejně vysokou frekvenční stabilitu, málo závislé na napájecím napětí a vnějších podmínkách.
Pro příklad uvádíme podobný obvod pulsního měniče napětí + 12V až ~220V o výkonu 100W, publikovaný v časopise Radioconstructor – 07 – 17.
Obr Schematické schéma pulzního měniče napětí + 12V na ~ 220V
„Ekvivalentní generační frekvence je 50 Hz a je dána hodnotou odporu rezistoru R5 a kapacitou kondenzátoru C5. Rezistor R4 reguluje pracovní cyklus výstupních impulsů. Mohou upravit výstupní napětí.
Na výstupech mikroobvodu (piny 9 a 10) jsou přidělovány protifázové impulsy, vzájemně mírně zpožděné, aby nezpůsobovaly průchozí proud v obvodu koncového stupně v okamžicích sepnutí. Impulzy jsou přiváděny do výkonných klíčových tranzistorů s efektem pole VT1 a VT2. Diody VD2 a VD3 chrání tyto tranzistory před negativními rázy EMF na primárním vinutí pulzního transformátoru T1.
Transformátor T1 je hotový nízkofrekvenční výkonový transformátor o jmenovitém výkonu 100W s jedním primárním vinutím na 220V a sekundárním vinutím na 18V s odbočkou ze středu. Vyzkoušet můžete i trafo se sekundárním vinutím na 12V s odbočkou ze středu nebo na 24V s odbočkou ze středu. Ale v druhém případě se obávám, že výstupní napětí bude o něco nižší než 220V.
Transformátor je zapnutý „zezadu dopředu“, to znamená, že jeho sekundární nízkonapěťové vinutí nyní slouží jako primární a vysokonapěťové primární vinutí jako sekundární.
Po připojení zátěže a multimetru nastavíme rezistorem R4 napětí na zátěži na 220V.
Mnoho obvodů postavených na TL494, TL594 atd. se všemi jejich výhodami má často jednu, ale významnou nevýhodu. Pokud se nepostaráte o správné nastavení “mrtvého času” IO (ve výše uvedeném schématu – rezistorem R4), pak bude mít napětí na výstupu měničů tvar blízký tvaru meandru se všemi z toho vyplývajícími důsledky. Navíc žádné další tlumivky, stejně jako kondenzátory v sekundárním vinutí transformátoru, nepovedou k významnému výsledku!
Ale milý soudruhu A.P. Semyan nás ve své knize „500 okruhů pro radioamatéry“ potěšil originálním obvodovým řešením s vytvořením modifikovaného sinusu pomocí digitálního mikroobvodu 561IE8 (obr. 4).
Obr Schéma jednoduchého pulzního měniče napětí na čipu 561IE8
Na prvcích DD1.1, DD1.2 je sestaven hlavní oscilátor s frekvencí 500 Hz. Dělič na DD2 generuje dvě pulzní sekvence s frekvencí 50 Hz s fázemi posunutými o 180° pro ovládání výkonových spínačů VT1 a VT2 push-pull měniče.
Aby se zabránilo proudovému přepínání mezi vypnutím jednoho klíče a zapnutím druhého, existuje „mrtvá zóna“ rovnající se 10 % doby trvání periody. Když je na vstup “Lock” aplikována vysoká úroveň (logická “1”), obě výstupní tlačítka jsou uzamčena.
Výstupní výkon měniče je omezen výkonem výkonového transformátoru T1 a maximálním povoleným proudem výstupních tranzistorů.
Transformační poměr výkonového transformátoru Kt = 20.
Jako výstupní tranzistory jsou vhodné IRFZ034 (15A), IRFZ044 a RG723A (30A), IRFZ046 (50A), IRFP064 (100A). Pro spolehlivost zařízení se doporučuje mít dvojnásobnou proudovou rezervu a trojnásobnou napěťovou rezervu. Silové obvody by měly být co nejkratší a vyrobeny z vodičů příslušného průřezu.
Vytváření měničů s čistým 50Hz sinem je obvykle spojeno s používáním mikrokontrolérových vychytávek, což činí úvahu o této problematice (pro nás udatné elektrotechniky) tak jednoduchou a nevhodnou v rámci tohoto článku.
