Преобразователь напряжения (инвертор). виды и параметры

Усовершенствования схем инверторов

Приведенные в статье устройства крайне просты и по ряду функций не могут сравниться с заводскими аналогами. Для улучшения их характеристик можно прибегнуть к несложным переделкам, которые к тому же позволят лучше понять принципы работы импульсных преобразователей.

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

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 напря

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 сопротивлением Rн, рассчитываемым из условия равенства Uр/Rо=(Umin—Uр)/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:

Регулировка порога срабатывания осуществляется под

Регулировка порога срабатывания осуществляется подбором резистора R3.

Предлагаем посмотреть видео по теме

Подключение ноутбука в авто

Отдельно рассмотрим подключение к прикуривателю ноутбука с  питанием на 19V. Использовать  автомобильный инвертор на 220V не рационально, придется с 12V делать 220V и потом 19V. Слишком много энергии будет уходить на преобразование. Оптимальный вариант, использование повышающего преобразователя с 12 на 19В.

Я купил универсальный блок за 250руб вместе с доставкой на Aliexpress. В российских магазинах за него просят слишком много, но можно поискать на Авито по доступной цене. Протестировал его своим ноутбуком, держит ток до 4А, количество вольт не проседает при нагрузке, нагрев в норме.

XL4016

Дешевые китайские блоки конечно имеют реальные параметры ниже заявленных  Но всегда можно доработать конструкцию и элементную базу.

Охлаждение

Пассивное с ребрами из алюминия

Нагрев зависит от полной мощности инвертора и подключенной нагрузки. В качестве системы охлаждения используется алюминиевый корпус устройства. Когда  мощность большая, то устанавливается вентилятор, за счёт которого циркулирует воздух внутри. Активное охлаждение работает не постоянно,  только когда температура корпуса превышает установленную и термодатчик включает вентилятор.

Автомобильный транспорт и любой другой подвержены сильному воздействию пыли. Поэтому при большой нагрузке вентилятор может просто не включится, потому что забился  пылью.

Активное охлаждение с вентилятором

Кабель

В комплектацию инвертора входит кабель для подключения. Его длина может достигать 100 м. Это обеспечивает мобильность устройства, однако приводит к дополнительным потерям мощности. Рекомендуется обращать внимание не на длину, а на качество кабеля: он должен иметь достаточно большое сечение и быть гибким.

Материал

Для изготовления корпуса преобразователя могут использоваться разные материалы:

  • Алюминий.
  • Сталь.

  • Пластик.

Также существуют комбинированные варианты (алюминий с пластиком и сталь с пластиком).

Алюминиевый корпус лучше других обеспечивает пассивное охлаждение. Изделия из стали обладают повышенной прочностью. Вариант из пластика подходит только для маломощных инверторов.

Мнение эксперта
Кузнецов Василий Степанович
Вне зависимости от материала корпуса и типа охлаждения, устанавливать инвертор необходимо только на открытом пространстве, чтобы обеспечить беспрепятственное отведение тепла.

Пример характеристик

В качестве наглядного примера рассмотрим типовые параметры обычного повышателя.

1. Номинальная рабочая  1000вт, работать на ней может любое количество времени.

2. Максимальная 2000вт, только в течение короткого промежутка времени 5-10 минут, некоторые приборы на старте потребляют в 2 раза больше.

3. Ток без нагрузки 1А, энергопотребление самого преобразователя напряжения от батареи без нагрузки. При 12В это будет 12 Ватт в час.

4. Форма сигнала, модифицированная синусоида — колебания тока прямоугольной формы, все дешевые повышатели дают только такую форму.

5. Входное напряжение 11-15В, при выходе за эти значения сработает защита, и всё отключится.

6. Напряжение на выходе 220В ±10%. Показатель зависит от нагрузки на инвертор и его качества. Обычно питание электроники рассчитано на изменения питания в этих пределах.

7. Частота тока 50Гц, частота колебаний в секунду.

8. КПД 94%, средний коэффициент полезного действия. Остальные 6% потребляет сам прибор, за счёт которых и нагревается. Хорошим КПД считается от 90%.

Как правильно подключить?

Грамотное подключение и правильное пользование является основой долгой и качественной работы. Вот несколько правил, которые помогут грамотно установить девайс.

  1. Перед подключением проверьте прибор, рычаг включения должен быть повернут в сторону “выкл”. 
  2. Устанавливать прибор необходимо непосредственно туда, где отсутствует влага и температура окружающей среды не превышала +50 градусов.
  3. Огородите прибор от прямых солнечных лучей и легко воспламеняющихся предметов. 
  4. Проверьте целостность и точность прикрепления проводов к штекеру, после этого вставьте в прикуриватель. 
  5. Не включайте электроприборы в инвертор, мощность которых превышает допустимой мощности автомобильного преобразователя. 
  6. Не используйте переходники с прикуривателя на крокодилы. Избегайте любого плохого контакта на линиях питания, это может привести к перегреву инвертора и электрического прибора.

Виды автомобильных инверторов

Блоки питания для автомобилей принято разделять на категории:

  • по качеству амплитуды выходного сигнала;
  • по допустимой мощности нагрузки;
  • по территориальному расположению производителя.

По синусоиде

Преобразователи могут формировать кривую напряжения нескольких видов:

  1. Чистая синусоида без отклонений графика. Рассчитана на подключение любых потребителей. Недостатком оборудования является повышенная цена, поскольку для получения равномерной кривой необходима сложная электронная схема.
  2. Модифицированная или аппроксимированная (имеет ступенчатый характер). Оборудование не подходит для подсоединения асинхронных двигателей или электроники. Отклонения кривой вызывают фоновые шумы и повышенный нагрев двигателей с одновременным падением КПД и ресурса.

По мощности

Перед тем как подобрать преобразователь, следует определиться с мощностью нагрузки. Производители указывают пиковое и номинальное значение, которые отличаются в 1,5-2 раза. Нормальный параметр позволяет определить мощность на протяжении длительного времени (например, отдача от 1000 Вт позволяет подсоединять различный электрический инструмент). Рекомендуется приобретать инвертор с запасом по номинальной мощности не менее 20%.

Пиковое значение определяет допустимую нагрузку в момент запуска подключенных приборов.

По странепроизводителю

Большинство инверторов выпущено на территории Китая, часть изделий собрана в России с использованием китайских комплектующих (трансформаторов, электронных компонентов или деталей корпуса). Подобная практика является нормой. При подборе необходимо обращать внимание на технические параметры и анализировать отзывы покупателей.

Устройство и принцип работы

Функционируют преобразователи на полупроводниках. Материал корпуса устройства в основном со сплавом алюминия, имеет повышенную теплопроводность, что обеспечивает отвод тепла и защиту от перегрева. В более дорогих выпрямителях дополнительно встраиваются вентиляторы, принудительно охлаждающие прибор. По сути, инвертор — это импульсный преобразователь 12/220, поэтому он априори защищён от коротких замыканий, перегрузок и нестабильности входного напряжения.

Ещё больше усовершенствовались автомобильные инверторы благодаря ШИМ-контролерам. Увеличился КПД, появилась возможность повышать мощность, а форма тока стала подобна чистому синусу. Правда, это только в дорогих преобразователях премиального сегмента.

В автомобильных инверторах предусмотрено 3 режима работы:

  • номинальная мощность обеспечивается в самой длительной фазе работы устройства;
  • нестандартная, высокая мощность в фазе перегрузок;
  • повышенная моментальная мощность, когда необходимо запустить электрический мотор или применить различные ёмкостные нагрузки.

Критерии выбора

При подборе необходимо учитывать:

  1. Силу тока в цепи питания, которая не должна превышать 15 А в случае коммутации к розетке в салоне автомобиля. При подсоединении электроприбора к АКБ мощность лимитируется возможностями кабеля.
  2. Перечень устройств, которые будут подключаться к преобразователю. Например, может потребоваться гнездо формата USB для зарядного кабеля сотового телефона или планшетного компьютера.
  3. Стабильность напряжения. Некоторые электрические приборы могут работать неравномерно при понижении вольтажа в сети.

Защита

Инверторы оснащаются различными видами защиты, которые при достижении критических значений отключают прибор или подают звуковой сигнал, при следующих ситуациях:

  • Слишком высокое или слишком низкое напряжение на входе.
  • Короткое замыкание.

  • Перегрев.
  • Превышение допустимой нагрузки.
  • Неправильное подключение.

Какой инвертор вам нужен?

Самые слабенькие инверторы рассчитаны на мощности около 200 Вт и подключаются в гнездо 12 В. С их помощью можно подзарядить смартфон, запитать ноутбук, нагреть паяльник и т. п. Но никакой серьезный инструмент типа электролобзика работать от такого устройства не сможет.

Материалы по теме
USB-зарядки для телефонов: выбрали лучшие

Мощные инверторы — от 1 кВт — подключают непосредственно на клеммы АКБ. Хотите воспользоваться болгаркой или дрелью мощностью под 800 ватт — не забудьте пустить мотор машины. ­В противном случае батарея не продержится и часа.

На эти две группы мы и разбили приобретенные для экспертизы инверторы (они же — преобразователи напряжения) — слабенькие и мощные.

Батарея и мощность

От АКБ зависит и пригодность преобразователя для той или иной цели. Повышающий инвертор напряжения не берет энергию для потребителей из «темной материи» Вселенной, черных дыр, духа святого или откуда-то еще просто так. Только – из АКБ. А от нее он возьмет мощность, отдаваемую потребителям, деленную на КПД самого преобразователя.

Автолюбители знают: гонял стартер 20 мин – покупай новый аккумулятор. Правда, в новых машинах есть ограничители времени его работы, так что, возможно, и не знают. И точно не все знают, что стартер легковушки, раскрутившись, берет ток ок. 75 А (в течение 0,1-0,2 с при запуске – до 600 А). Простейший расчет – и выходит, что, если в инверторе нет автоматики, ограничивающей разряд батареи, то наша за 15 мин сядет полностью. Так что выбирайте или конструируйте свой преобразователь с учетом возможностей наличной АКБ.

Ресурс кислотных АКБ заметно не уменьшается, если они разряжаются 2-х часовым током (12 А для 60 А/ч, 24 А для 120 А/ч и 42 А для 210 А/ч). С учетом КПД преобразования это дает допустимую долговременную мощность нагрузки в прим. 120 Вт, 230 Вт и 400 Вт соотв. Для 10 мин. нагрузки (напр., для запитки электроинструмента) она может быть увеличена в 2,5 раза, но после этого АБК должна отдохнуть не менее 20 мин.

В целом итог получается не совсем уж плохой. Из обычного бытового электроинструмента только болгарка может брать 1000-1300 Вт. Остальные, как правило, обходятся мощностью до 400 Вт, а шуруповерты до 250 Вт. Холодильник от АКБ 12 В 60 А/ч через инвертор проработает 1,5-5 час; вполне достаточно, чтобы принять необходимые меры. Поэтому делать преобразователь на 1кВт для батареи 60 А/ч смысл имеет.

Купить или самому сделать?

Конечно, приобрести готовый инвертор – это не проблема. В любом магазине электротоваров выбор их просто огромен. И они отличаются по мощности, стоимости, вариантам исполнения. Но вот цена инвертора мощностью около 0,5 кВт составит не менее трех тысяч рублей – а это внушительная сумма. Причем подключить к нему много оборудования вряд ли получится.

Поэтому некоторые владельцы автомобилей, у которых появляется свободный аккумулятор, задумываются над тем, как самостоятельно изготовить преобразователь напряжения. В статье будут рассмотрены различные конструкции преобразователей, которые получили широкое распространение у электротехников.

Применение

Где же может использоваться такой преобразователь? Вот самые распространенные сферы его применения:

  1. Если существует необходимость запитать какие-либо бытовые приборы от аккумуляторной батареи автомобиля. Использование этого устройства может пригодиться в дороге, например, если нет переходника для мобильной подзарядки, или же существует необходимость подключения в автомобиле любого домашнего электроприбора;
  2. Если есть отопительный котёл на квартиру или дом, то его насосы тоже рассчитаны на переменное напряжение 220 Вольт. Для котлов напряжения аккумуляторной батареи, естественно, не подойдёт. Бывают такие случаи когда происходят аварийные отключения в сетях электроснабжения, и нужно чтобы не заморозить систему отопления, выполнять циркуляцию горячей воды по отопительной системе. Для этого можно воспользоваться автомобильным аккумулятором подключив к нему электронный блок, инвертирующий постоянное напряжение в переменное, ещё и повышающий его до стандартных 220 Вольт. Это даст возможность на какой-то период времени восстановить циркуляцию горячей воды в системе.

Это основные примеры использования данного преобразователя, так как в жизни их может быть ещё несколько в зависимости от местных бытовых условий.

В каких случаях необходим преобразователь напряжения?

В бытовых условиях это устройство обеспечивает беспроблемное функционирование таких приборов, как газовый котел, холодильник, телевизор и другая сложная электротехника при невозможности использовать централизованную подачу электрической энергии на 220 В.

Особенности влияния параметров на электрические приборы:

  • амплитуда прилагаемого напряжения влияет на частоту оборотов двигателя, а от показателей питающей электросети напрямую зависит скорость валового вращения в двигателе асинхронного типа;
  • бытовые приборы нагревательного типа функционируют при показателях рабочего тока, пропорциональных уровню напряжения, но значительная часть таких изделий не рассчитана на эксплуатацию в нестандартных условиях напряжения;
  • бытовая электротехника часто нуждается в напряжении, отличном от сетевых параметров со строго определенными, стабильными показателями амплитуды, поэтому нормальная работоспособность некоторых приборов возможна только в условиях применения преобразователя напряжения.

Схема повышающего преобразователя напряжения 12-22

Схема повышающего преобразователя напряжения 12-220 В

Особенно часто устройство используется в домовладениях с системой автономного обогрева, где в качестве отопительного прибора устанавливается импортное газовое оборудование с электронным управлением и контролем. Работоспособность таких приборов полностью зависит от наличия бесперебойного напряжения в 220 В и 50 Гц с правильной синусоидой.

Область применения преобразователя напряжения очень широкая, включая походные условия, эксплуатацию яхт и автомобилей, дачные участки без сетевого электроснабжения и так далее.

Сравнительная таблица характеристик

Наглядно предлагаем вам рассмотреть сравнительную таблицу всех описанных моделей.

МодельUSBМощность (Вт)Габариты (см)Цена (руб)
AVS IN-2000Wда200026x14x5от 6 550 до 6950
AIRLINE API-1000-06да100038x25x15от 3 950 до 5 320
AIRLINE API-150-01да15027x5x17от 1 189 до 1 600
WESTER MSW250да50018х10х6от 1 728 до 1 839
STURM AW98A03да30019х10х5от 2 328 до 2 599
MEANWELL A301‑150‑F3нет130016х9х7от 2000 до 3000
МАП «Энергия» 900да90012х5х24от 7200 до 8500

Мощность

Реальная мощность дешевых DC-AC преобразователей с 12 на 220 может быть  в 2 – 3 раза ниже. Интернет-магазины и производители используют китайский маркетинг для увеличения продаж. Крупно указывают кратковременную пиковую мощность, на которой прибор может работать 5 минут, пока не отключится из-за перегрева и перегрузки.

Для домашнего можно смело покупать стационарные на 2000 вт, 3000 вт, 5000 вт, всегда найдется чем его загрузить. Промышленные уже на 10000вт, 15000вт и выше, рассчитаны на энергоснабжение электроинструментов. Для легковых автомобилей достаточно 100вт, 300вт, 500 Ватт, 2000вт. Если больше, то требуется серьёзная подготовка транспорта.

При выборе уточняйте, как мощность указана, номинальная долговременная или кратковременная.  При подсчёте предполагаемой нагрузки делайте запас  на 20%, чтобы не эксплуатировать преобразователь не пределе, это значительно продлит его ресурс.  У дорогих есть запас, у дешевых наоборот, слегка не хватает до нормы.

Подключение лучше проводит у специалистов, сила тока  от аккумулятора для автомобильного инвертора на 500W будет около 50А. По неосторожности можно спалить провода и много чего другого. Лучше перестраховаться и поставить дополнительный предохранитель или систему защиты. Джиперы ставят отдельную кнопку отключения массы. Я сторонник максимальной безопасности, на себе попробовал все виды воздействия электричества, даже когда отвертка в руках плавится.

Правила установки и подсоединения

Основные требования правильного монтажа и подсоединения устройства:

  1. Перед подключением к АКБ или прикуривателю переключатель преобразователя следует перевести в положение «выключено».
  2. При установке оборудования в салоне или багажнике необходимо выбрать сухое и проветриваемое место, не допускается попадание на прибор горячего воздуха от системы отопления или радиатора.
  3. Корпус не должен подвергаться воздействию солнечных лучей и соприкасаться с легковоспламеняющимися материалами.
  4. Перед коммутацией следует проверить состояние корпуса прикуривателя и электрической проводки. Запрещено подавать чрезмерную нагрузку или устанавливать предохранители с повышенным номиналом.

Типовое энергопотребление

В таблице указано  минимальное потребление энергии для популярной бытовой техники. Чтобы узнать  количество Ватт для конкретного прибора, посмотрите  количество Ватт на его блоке питания или поищите на корпусе. Если известна только маркировка и название модели, то всегда можно погуглить характеристики. Точнее всего будет замерять ваттметром еще дома, чтобы узнать точные реальные показатели, которые сильно зависят от режима работы.

 НаименованиеПримерное энергопотребление
Зарядное для смартфона или планшетаот 10вт
Нетбукот 15вт
Ноутбукот 30вт
Принтер струйныйот 30вт
Компьютерот 50вт
Бритваот 10вт
ЖК телевизорот 20вт
Фенот 700вт
Утюгот 1000вт
Чайник обычныйот 2000вт
Микроволновкаот 1000вт

Голосование

AVS IN-2000W
16.05%
Airline API-1000-06
8.64%
Wester MSW250
6.17%
Airline API-150-01
3.7%
Acmepower 12/220V 1000W
6.17%
Дефорт
1.23%
TBS Powersine PS600-12
4.94%
Mobilen SP-150
3.7%
Ritmix RPI-6024
3.7%
Штиль PS12/300
3.7%
Luxeon IPS-2000s
4.94%
Sturm AW98A03
2.47%
Meanwell A301‑150‑F3
6.17%
МАП «Энергия» 900
28.4%
Проголосовало: 81