Вопросы к Юристу

Как сделать автомобильный инвертор 12-220v своими руками

Инверторы 12-220 Вольт необходимы для питания техники, если нет возможности произвести подвод бытовой сети. Особенность устройства заключается в том, что с его помощью можно преобразовать постоянное напряжение 12 В в переменное 220 В. Буквально несколько десятилетий назад такое казалось практически немыслимым, но сегодня, когда существует огромная элементная база, не составит труда сделать такой преобразователь.

Мощность инвертора

Использовать автомобильный инвертор 12-220 можно во время путешествий. Любая бытовая техника сможет работать даже в полевых условиях. Вот только максимально допустимая нагрузка небольшая – несколько сотен Ватт. Самые мощные приборы позволяют производить подключение нагрузки мощностью 2-3 кВт, но аккумуляторная батарея быстро сядет. Типы нагрузок по потреблению тока:

  1. Реактивная – частично потребляется энергия, получаемая от источника питания.
  2. Активная – энергия потребляется по максимуму.

Если вы точно знаете, какую нагрузку будете подключать к инвертору 12-220 В, то произвести расчет максимальной мощности не составит большого труда. Допустим, вы планируете подключать к прибору нагрузку с максимальной мощностью 300 Ватт. Мощность самого инвертора должна быть примерно на 25% больше – такого запаса вполне достаточно. Поэтому для полного удовлетворения потребностей нужен инвертор с мощностью 375 Вт. Но такой вы не найдете в продаже. Поэтому нужно выбрать устройство мощностью 400 Вт – самое близкое по значению.

Где можно использовать эти устройства?

Самый простой тип инвертора напряжения 12-220 Вольт – это источники бесперебойного питания, используемые в компьютерной технике. Но у них есть один большой недостаток – малая мощность, аккумулятора хватает ненадолго. А если в быту используется устройство в паре с мини-электростанцией (даже ветряного типа), то стабильное питание обеспечено. Обычно инверторы можно встретить в таких конструкциях:

  1. Охранных сигнализациях.
  2. Котлах отопления.
  3. Насосных станциях.
  4. Компьютерных серверах и прочих системах.

Другими словами, они применяются там, где необходимо постоянно наличие питающей сети 220 Вольт. Бытовые стабилизаторы напряжения – это не что иное, как инверторы. Только в них преобразуется переменное напряжение в постоянное, стабилизируется, после чего опять повышается до 220 Вольт. Причем с помощью электрических полупроводниковых ключей и ШИМ-модулятора получается добиться практически идеальной синусоиды.

Особенности работы конструкции

Инверторы 12-220 Вольт применяются довольно широко. Рядовые автомобилисты используют их в качестве источника питания при дальних поездках. Элементарно можно включить электрическую бритву, фен, телевизор, даже чайник вскипятить. Правда, электронагревательные приборы быстро посадят аккумулятор. Поэтому лучше использовать устройства для питания приборов первой необходимости и освещения.

Самые простые самодельные инверторы 12-220 В можно изготовить из нескольких силовых транзисторов и мультивибратора. Эксплуатация прибора может происходить даже при сильном морозе. А вот для жары необходимо предусмотреть дополнительное охлаждение, иначе транзисторы выйдут из строя. Простой кулер от персонального компьютера достаточно установить на радиатор охлаждения полупроводниковых силовых транзисторов.

Простейший самодельный инвертор

Практически все инверторы, которые имеются в продаже, работают при помощи использования тока высокой частоты. Классические схемы, которые изготавливались на основе трансформаторов, полностью забыты, их заменили импульсные конструкции.

На основе одной микросхемы К561ТМ2, состоящей из двух D-триггеров, можно изготовить простейший задающий тракт для инвертора. Схема состоит из задающего генератора, роль которого выполняет DD1, а также делителя частоты, изготовленного на триггере DD1.2.

Силовые транзисторы типа КТ827 или КТ819 используются для преобразования напряжения. Очень хорошие результаты показывают полевые транзисторы типа IRFZ44. С помощью задающего генератора вырабатывается синусоида, которая необходима для нормальной работы конструкции.

Особенности работы инвертора

Чтобы получить контур в 50 Гц, необходимо использовать вторичную обмотку и параллельно соединённые с ней электролитические конденсаторы и элемент нагрузки. Когда на выход не подключена нагрузка, схема не работает. Как только вы подключите какой-нибудь потребитель, инвертор начнет преобразовывать напряжение 12 в 220 Вольт.

Синусоида на выходе далеко до идеала. Это огромный недостаток подобной схемы. Чтобы произвести увеличение мощности, необходимо применять более дорогие и эффективные типы транзисторов. Обратите внимание на электролитический конденсатор, который подключен к выходу. Он должен быть рассчитан на минимальное напряжение 250 В. Будет лучше, если это значение будет выше 300 В.

Устройства на современной элементной базе

Такие схемы можно использовать для питания бытовых приборов, ламп дневного света, и т. д. В конструкции силовые транзисторы типа КТ819ГМ монтируются на радиаторе с большой площадью, чтобы улучшить охлаждение. Схема содержит задающий генератор на логическом элементе КР121ЕУ1, по аналогии, как и в рассмотренном выше случае, а также усилительный каскад. Неплохо работают полевые транзисторы IRL2505.

Выбор на микросхему КР12116У1 пал не случайно – в ней имеется двухканальная регулировка силовых ключей. Поэтому для простых конструкций она подходит идеально. От используемых в цепи пассивных элементов зависит частота, которую будет вырабатывать задающий генератор. С помощью сигнала от генератора производится открывание и запирание полупроводников.

Когда каналы в транзисторах открыты, то в нем сопротивление всего 0,008 Ом – это очень мало. Следовательно, можно применять транзисторы с небольшой мощностью. Например, если на выходе установлен трансформатор, у которого мощность 100 Вт, по транзисторам в нормальном режиме будет протекать ток около 104 А. В импульсном режиме пиковое значение может составить 350-360 Ампер.

Готовые платы для сборки инверторов

В продаже можно встретить готовые модули. Они представляют собой платы, на которых установлены:

  1. Трансформатор.
  2. Полупроводниковые силовые ключи.
  3. Радиатор.
  4. Пассивные элементы.
  5. Устройства защитного отключения, предохранители.

Такой инвертор 12 в 220 чистый синус на выходе выдаст, так как он изготавливается на современной элементной базе. Стоимость готовых блоков немаленькая. Самый маломощный обойдется не меньше чем в 300-350 рублей, и то это оптовая цена. Чем выше мощность прибора, тем больше его стоимость.

Но прежде чем использовать такие устройства, необходимо найти подходящий корпус. Монтаж платы нужно производить таким образом, чтобы внутреннее пространство хорошо охлаждалось. Желательно сделать дополнительное принудительное охлаждение с помощью кулера от персонального компьютера. Инвертор 12-220, схема которого приведена выше, тоже должен быть смонтирован в надежном корпусе. Главное, чтобы случайно не дотронулись до высоковольтных выводов.

Бесперебойнику вторую жизнь!

Если у вас есть «лишний» бесперебойник, у которого полностью села батарея, его можно еще оживить. Для этого потребуется сделать небольшие изменения:

  1. Убрать старый аккумулятор.
  2. Припаять новые провода для подключения к аккумулятору 12 Вольт.
  3. На краях проводов установить клеммы для соединения с автомобильным АКБ. Если будет использоваться устройство в машине, можно сделать питание от прикуривателя. Но нежелательно так поступать – большая мощность устройства вызывает чрезмерный нагрев проводов.

Чтобы подключать к источнику бесперебойного питания бытовую технику, нужно сделать розетки. Проще всего из старого сетевого фильтра и отрезка провода со штекером сделать переноску, в которую и будет включаться вся техника.

Особенности конструкции на основе бесперебойника

С хорошим аккумулятором емкостью 55 А/ч подобная конструкция может до суток поддерживать нормальную температуру в инкубаторе на 100 яиц, например. Любой фермер знает, насколько страшно переохлаждение для инкубаторов. Правда, мощность у такого прибора небольшая, кондиционер или холодильник не смогут нормально работать.

Один недостаток у подобной конструкции – стандартная схема не сможет полностью зарядить автомобильный аккумулятор. Поэтому, когда батарея полностью сядет, необходимо ставить ее на зарядку от нормального устройства, выдающего ток свыше 5-6 Ампер.

Самодельный мощный инвертор

Чтобы изготовить инвертор 12 в 220 3000Вт своими руками, вам потребуется знание основ электротехники, навыки в монтаже. Придется изготовить несколько специфических элементов. Один из них – это импульсный трансформатор. С его помощью производится повышение напряжения с 12 до 220 Вольт. Также нужно обзавестись несколькими дорогостоящими элементами. Они перечислены ниже:

  1. ШИМ-модулятор. Необходим для работы полупроводниковых ключей. С его помощью задается частота работы всей схемы. Нужно отметить, что частота переключений силовых ключей – несколько десятков тысяч раз в секунду.
  2. Полупроводниковые транзисторы, работающие в качестве силовых ключей, позволяют не только усилить сигнал, но и произвести коммутацию. Они открываются и закрываются, а в паре с ШИМ-модулятором создают практически чистую синусоиду.
  3. Алюминиевые радиаторы с большой площадью поверхности. Чем выше мощность устройства, тем большая площадь радиатора необходима.
  4. Фольгированный материал, на котором производится монтаж всех элементов. При желании, конечно, можно выполнить навесной монтаж, но он займет слишком много места. Такой самодельный инвертор 12-220 своими руками можно сделать за несколько минут, но пользоваться им будет небезопасно, если не принять меры.
  5. Пассивные элементы – резисторы, конденсаторы.
  6. Соединительные провода.

При изготовлении устройства также может потребоваться несколько электромагнитных реле для проведения коммутации. Между прочим, можно решить, что вместо силовых ключей допустимо использование простых электромагнитных реле. Есть только одно но – скорость коммутации очень высокая (40-60 тыс. срабатываний в секунду). Поэтому электромеханические устройства не справляются с такой задачей.

Готовые инверторы

Если не желаете делать инвертор 12 в 220 3000Вт своими руками, можно приобрести готовое изделие в красивом корпусе, с массой разъемов для подключения приборов. Но цена уж больно кусается. Самый дешевый, мощность которого едва достигает 50 Вт, вы сможете купить за 800-1000 рублей. И хватит его максимум для зарядки аккумулятора ноутбука или питания нескольких светодиодных ламп освещения. Электрический фен или плойку уже не подключить к такому устройству.

Более мощные устройства (свыше 2000 Вт) имеют и цену соответствующую. Самый дешевый инвертор 12-220 В обойдется в 3000-5000 рублей. Но все зависит от производителя. Качественные, многофункциональные приборы производства известных фирм, могут иметь стоимость свыше 20000 рублей. Именно поэтому люди, более-менее разбирающиеся в электротехнике, предпочитают делать инвертор 12-220 своими руками. Благо элементы для изготовления можно найти в самом простом блоке питания персонального компьютера.

Как работает инвертор

Основа автомобильного инвертора – генератор с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Это устройство работает от аккумулятора 12 вольт и выдает прямоугольные импульсы (меандр) с изменяемой скважностью (соотношением времени наличия/отсутствия напряжения). Когда скважность равна единице, инвертор обеспечивает максимальный ток. Чем меньше скважность, тем соответственно, меньше ток. При этом напряжение на выходе всегда соответствует значению 220 вольт. Частота работы генератора от 50 килогерц до 5 мегагерц, в зависимости от схемы и деталей. Превращение высокочастотного напряжения в низкочастотное (50 герц) происходит с помощью сглаживания меандра в колебательном контуре, образованном трансформатором и конденсатором, а также фильтрации гармоник. Ведь генератор ШИМ не только создает переменное напряжение 220 вольт с высокой частотой, но благодаря меняющемуся изменению скважности, модулирует выходное напряжение синусоидальным сигналом с частотой 50 герц.

Когда инвертор работает без нагрузки, скважность сигналов ШИМ-генератора минимальна, а напряжение на выходе составляет 220в. Подключение нагрузки приводит к увеличению тока и падению напряжения на выходе устройства ниже 220v. Система обратной связи сравнивает выходное напряжение с заданным стандартом, после чего подает на генератор сигнал, увеличивающий скважность импульсов. Благодаря этому возрастает выходная мощность, поднимается напряжение. При отключении нагрузки выходное напряжение поднимается выше 220 вольт, после чего система обратной связи снижает скважность импульсов до тех пор, пока напряжение не придет в норму. Изменение скважности и выходного тока приводит к увеличению нагрузки на аккумулятор, поэтому его напряжение нередко опускается ниже 12 вольт. В этом случае схема с обратной связью еще больше увеличивает скважность, вплоть до единицы.

Нередко преобразователь, сделанный своими руками, в котором не предусмотрена обратная связь, реагирует на подключение к разряженному аккумулятору снижением выходного напряжения. Поэтому они не очень подходят для питания усилителя или ноутбука, но вполне смогут обеспечить функционирование устройств с реактивной нагрузкой – ручной электроинструмент, лампы, кипятильники.

Если преобразователь необходим для питания усилителя, приемника, телевизора или ноутбука, то без обратной связи не обойтись. Некоторое усложнение схемы компенсируется тем, что обратная связь компенсирует перепады напряжения, благодаря чему обеспечит нормальную работу усилителя или других устройств.

Выбор схемы

В интернете выложено огромное количество схем устройств, преобразующих энергию автомобильного аккумулятора (12 вольт) в переменное напряжение 220 вольт и пригодных для изготовления своими руками. Поэтому выбирать схему необходимо, ориентируясь на доступ к элементной базе и опыт работы с такими устройствами. Если неподалеку от вас есть магазин радиодеталей, то вы можете узнать у них, какие контроллеры и силовые транзисторы наиболее доступны и уже под них подобрать наиболее подходящую схему. Также можно воспользоваться теми деталями, которые есть в любом блоке питания компьютера. Оттуда вы сможете взять:

  • контроллер (ШИМ-генератор),
  • ферритовое кольцо для трансформатора,
  • силовые транзисторы,
  • конденсаторы,
  • резисторы,
  • фильтрующие дроссели.

Если вы не уверены в том, что сможете своими руками сделать сложное устройство с обратной связью, собирайте инвертор 12 → 220 вольт на основе мультивибратора на 50 герц. Трансформатор для него можно снять со старого транзисторного телевизора или источника бесперебойного питания (UPS). Такой инвертор занимает гораздо больше места, чем высокочастотное устройство, однако он проще в настройке, да и детали для него найти легче.

Подключение и эксплуатация инвертора

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

Паразитные гармоники

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

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

Простой импульсный преобразователь

Схема этого устройства очень проста, а большинство деталей могут быть извлечены из ненужного блока питания компьютера. Конечно, у нее есть и ощутимый недостаток – получаемое на выходе трансформатора напряжение 220 вольт далеко по форме от синусоидального и имеет частоту значительно больше, чем принятые 50 Гц. Напрямую подключать к нему электродвигатели или чувствительную электронику нельзя.

Для того, чтобы иметь возможность подключать к этому инвертору содержащую импульсные блоки питания технику (например, блок питания ноутбука), применено интересное решение – на выходе трансформатора установлен выпрямитель со сглаживающими конденсаторами. Правда, работать подключенный адаптер сможет только в одном положении розетки, когда полярность выходного напряжения совпадет с направлением встроенного в адаптер выпрямителя. Простые потребители типа ламп накаливания или паяльника можно подключать непосредственно к выходу трансформатора TR1.

Основа приведенной схемы – это ШИМ-контроллер TL494, наиболее распространенный в таких устройствах. Частоту работы преобразователя задают резистор R1 и конденсатор C2, их номиналы можно брать несколько отличающимися от указанных без заметного изменения в работе схемы.

Для большей эффективности схема преобразователя включает в себя два плеча на силовых полевых транзисторах Q1 и Q2. Эти транзисторы нужно разместить на алюминиевых радиаторах, если предполагается использовать общий радиатор – устанавливайте транзисторы через изоляционные прокладки. Вместо указанных на схеме IRFZ44 можно использовать близкие по параметрам IRFZ46 или IRFZ48.

Выходной дроссель наматывается на ферритовом кольце от дросселя, также извлекаемого из компьютерного блока питания. Первичная обмотка мотается проводом диаметром 0,6 мм и имеет 10 витков с отводом от середины. Поверх нее наматывается вторичная обмотка, содержащая 80 витков. Также можно взять выходной трансформатор из сломанного источника бесперебойного питания.

Вместо высокочастотных диодов D1 и D2 можно взять диоды типов FR107, FR207.

Так как схема очень проста, после включения при правильном монтаже она начнет работать сразу и не потребует никакой настройки. Отдавать в нагрузку она сможет ток до 2,5 А, но оптимальным режимом работы будет ток не более 1,5 А – а это более 300 Вт мощности.

Готовый инвертор такой мощности стоил бы порядка трех-четырех тысяч рублей.

Схема преобразователя с выходом переменного тока

Эта схема выполнена на отечественных комплектующих и достаточно стара, но это не делает ее менее эффективной. Главное ее достоинство – это получение на выходе полноценного переменного тока с напряжением 220 вольт и частотой 50 Гц.

Здесь генератор колебаний выполнен на микросхеме К561ТМ2, представляющей собой сдвоенный D-триггер. Она является полным аналогом зарубежной микросхемы CD4013 и может быть заменена ей без изменений в схеме.

Преобразователь также имеет два силовых плеча на биполярных транзисторах КТ827А. Их главный недостаток по сравнению с современными полевыми – это большее сопротивление в открытом состоянии, из-за чего нагрев при той же коммутируемой мощности у них сильнее.

Так как преобразователь работает на низкой частоте, трансформатор должен иметь мощный стальной сердечник. Автор схемы предлагает использовать распространенный советский сетевой трансформатор ТС-180.

Как и другие инверторы на основе простых ШИМ-схем, этот преобразователь имеет на выходе достаточно отличающуюся от синусоидальной форму напряжения, но это несколько сглаживается большой индуктивностью обмоток трансформатора и выходным конденсатором С7. Также из-за этого трансформатор во время работы может издавать ощутимый гул – это не является признаком неисправности схемы.

Простой инвертор на транзисторах

Этот преобразователь работает по тому же принципу, что и перечисленные выше схемы, но генератор прямоугольных импульсов (мультивибратор) в нем построен на биполярных транзисторах.

Особенность этой схемы в том, что она сохраняет работоспособность даже на сильно разряженном аккумуляторе: диапазон входных напряжений составляет 3,5…18 вольт. Но, так как в ней отсутствует какая-либо стабилизация выходного напряжения, при разрядке аккумулятора будет одновременно пропорционально падать и напряжение на нагрузке.

Так как эта схема также является низкочастотной, трансформатор потребуется аналогичный используемому в инверторе на основе К561ТМ2.

Увеличение выходной мощности

Все описанные устройства работают по одному принципу: через ключевой элемент (выходной транзистор плеча) первичная обмотка трансформатора соединяется с входом питания на время, заданное частотой и скважностью задающего генератора. При этом генерируются импульсы магнитного поля, возбуждающие во вторичной обмотке трансформатора синфазные импульсы с напряжением, равным напряжению в первичной обмотке, умноженному на отношение числа витков в обмотках.

Следовательно, ток, протекающий через выходной транзистор, равен току нагрузки, помноженному на обратное соотношение витков (коэффициент трансформации). Именно максимальный ток, который может пропускать через себя транзистор, и определяет максимальную мощность преобразователя.

Существуют два способа увеличения мощности инвертора: либо применить более мощный транзистор, либо применить параллельное включение нескольких менее мощных транзисторов в одном плече. Для самодельного преобразователя второй способ предпочтительнее, так как позволяет не только применить более дешевые детали, но и сохраняет работоспособность преобразователя при отказе одного из транзисторов. В отсутствие встроенной защиты от перегрузок такое решение значительно повысит надежность самодельного прибора. Уменьшится и нагрев транзисторов при их работе на прежней нагрузке.

На примере последней схемы это будет выглядеть так:

Автоматическое отключение при разряде аккумулятора

Отсутствие в схеме преобразователя устройства, автоматически отключающего его при критическом падении напряжения питания, может серьезно подвести Вас, если оставить такой инвертор подключенным к аккумулятору автомобиля. Дополнить самодельный инвертор автоматическим контролем будет крайне полезно.

Простейший автоматический выключатель нагрузки можно сделать из автомобильного реле:

Как известно, каждое реле имеет определенное напряжение, при котором замыкаются его контакты. Подбором сопротивления резистора R1 (оно будет составлять около 10% от сопротивления обмотки реле) настраивается момент, когда реле разорвет контакты и прекратит подачу тока на инвертор.

ПРИМЕР: Возьмем реле с напряжением срабатывания (Uр) 9 вольт и сопротивлением обмотки (Rо) 330 ом. Чтобы оно срабатывало при напряжении выше 11 вольт (Umin) , последовательно с обмоткой нужно включить резистор с сопротивлениемRн, рассчитываемым из условия равенстваUр/Rо=(UminUр)/Rн. В нашем случае потребуется резистор на 73 ома, ближайший стандартный номинал – 68 ом.

Конечно, это устройство крайне примитивно и является скорее разминкой для ума. Для более стабильной работы его нужно дополнить несложной схемой управления, которая поддерживает порог отключения гораздо точнее:

Смотрите видео: Простой и дешевый инвертор 12-220 за 500р своими руками (October 2019).