При частых отключениях электроэнергии в домашнем хозяйстве становится незаменимым инвертор, способный превратить 12 вольт в 220. Конечно, такой прибор не решит всех проблем большого частного дома, но обеспечить работу холодильника, зарядку телефонов и другие подобные операции он вполне в состоянии. Стоимость таких устройств довольно высокая, а, кроме того, придется покупать дополнительное оборудование и расходы будут еще выше. Некоторые домашние мастера способны собрать инвертор 12 в 220 своими руками из подручных материалов.
Варианты сборки преобразователя
Существует несколько способов создать инвертор своими руками с нормальной работоспособностью. Первый вариант предполагает покупку готового блока, помещенного в корпус и оборудованного теплоотводом. Приобрести его можно на любых популярных торговых площадках через сеть интернет. Такой блок обойдется примерно в два раза дешевле аналогичного оборудования заводского изготовления. Для сборки не требуются особые знания и навыки в области электротехники. По такому же принципу рассчитывается и собирается самодельный сварочный инвертор.
Во втором случае приобретается необходимый набор деталей вместе с печатной платой. В итоге, цена снизится примерно еще в 1,5 раза. Для сборки уже понадобятся навыки работы с паяльником и радиодеталями. Нужно знать, как выполнить разводку активных компонентов, уметь быстро найти их выводы, правильно включать в схему полярные элементы конденсаторы, диоды и т.д. Требуются знание нужного сечения проводов, для того или иного тока.
Тем не менее, эти два способа имеют немало сложностей, с которыми придется столкнуться в процессе работы. Готовый заводской корпус выполняет функцию теплоотвода, эффективно охлаждающего мощные транзисторные ключи, расположенные внутри. Все это отсутствует у полуфабрикатов и у наборов деталей, прежде всего, у них нет готового корпуса. Этим и объясняется такая большая разница в цене. Поэтому радиатор придется искать отдельно или покупать готовую конструкцию из алюминия. В местах расположения ключей его толщина составляет от 4 мм и более, а каждому ключу отводится 50 см2 на 1 кВт выдаваемой мощности. Все эти дополнительные приборы достаточно громоздкие и могут не поместиться в имеющийся корпус.
В связи с этим многие домашние умельцы используют в качестве инвертора источник бесперебойного питания, работающий совместно с компьютером. Здесь также не требуется специальных навыков, бесперебойник просто подключается к автомобильному аккумулятору. Однако, сама АКБ требует отдельной предварительной зарядки.
Последний способ собрать простейший инвертор, заключается в создании собственной схемы с учетом потребностей и деталей, имеющихся в наличии. Необходимо самостоятельно выполнить все расчеты, а на стадии сборки потребуются знания измерительных приборов и умение ими пользоваться.
Изготовление автомобильного инвертора
Инверторное устройство, способное преобразовывать 12 вольт в 220, становится незаменимым во время путешествий на автомобиле. Многие виды бытовой техники смогут работать в отрыве от стационарных источников питания. Единственным серьезным ограничением является величина максимально допустимой нагрузки, находящейся в пределах нескольких сотен ватт. Конечно, можно воспользоваться и более мощными инверторами, но в этом случае наступит очень быстрая разрядка аккумулятора.
В зависимости от расходования тока, нагрузка бывает активной, с максимальным потреблением энергии, и реактивной, когда энергия, полученная от батареи, потребляется частично. Характер нагрузки необходим для того, чтобы рассчитать максимальную мощность. Например, самая большая нагрузка, планируемая к подключению, составляет 300 Вт. Сам же инвертор должен обладать мощностью на 25% больше. По расчетам мощность устройства выходит 375 Вт, поэтому наиболее близким по этому значению прибором будет инвертор на 400 Вт.
По такой же схеме рассчитывается преобразователь, изготавливаемый собственными силами. Устройство с нормальной сборкой или схема простого инвертора обеспечивает потребности в освещении, зарядке телефонов, подключении телевизора и других устройств первой необходимости. Как уже отмечалось, не рекомендуется пользоваться мощными приборами, которые очень быстро сажают АКБ.
Для изготовления простейшего преобразователя будут нужны силовые транзисторы и мультивибратор. Такие устройства могут нормально работать даже в условиях резких перепадов температур. В условиях жаркой погоды понадобится система дополнительного охлаждения транзисторов, чтобы избежать их перегрева и выхода из строя. В большинстве случаев можно обойтись обычным кулером от компьютера, установленным на радиатор охлаждения.
Сегодня в конструкциях инверторов уже не используются обычные трансформаторы, которые обеспечивали высокочастотные преобразования на 220В. В преобразователях применяются импульсные схемы, обеспечивающие такой же результат. Для самодельного устройства подойдет микросхема К561ТМ2 с двумя D-триггерами. Один триггер DD1 является задающим генератором, а второй DD1.2 служит делителем частоты. Преобразование напряжения осуществляется силовыми транзисторами КТ827 или КТ819. Более качественное преобразование выполняется полевыми транзисторами IRFZ44, выдающими максимально чистую синусоиду.
Для получения контура частотой 50 Гц используется вторичная обмотка с параллельно соединенными конденсаторами электролитического типа и нагрузка. Без этой нагрузки, подключаемой на выходе, устройство не будет работать. Только после подключения какого-либо потребителя, начнется преобразование напряжения из 12 вольт в 220. Существенным недостатком подобных схем является не совсем качественное выходное напряжение. Чтобы увеличить мощность устройства потребуются более эффективные, но и более дорогостоящие транзисторы. Конденсатор, подключаемый к выходу, рассчитывается на минимальное напряжение в диапазоне от 250 до 300 вольт.
Самодельный преобразователь повышенной мощности
Изготовление преобразователя напряжения с 12 вольт на 220, мощностью 3 кВт, потребует теоретических знаний и практических навыков работы с радиоэлектронными компонентами. Некоторые важные компоненты, например, импульсный трансформатор, необходимо изготовить самостоятельно.
Остальные детали можно приобрести в готовом виде. Кроме трансформатора для решения задачи, как сделать инвертор понадобятся следующие элементы:
- Широтно-импульсный модулятор ШИМ, работающий непосредственно с полупроводниковыми ключами. Именно он задает рабочую частоту для всей схемы, при которой силовые ключи переключаются десятки тысяч раз в течение секунды.
- Полупроводниковые транзисторы. По факту являются силовыми ключами, обеспечивающие усиление сигнала и выполнение всех необходимых коммутаций. Их основное действие заключается в своевременном открытии и закрытии. Совместно с ШИМ выдают на выходе максимально качественную синусоиду.
- Система охлаждения. Состоит из алюминиевых радиаторов, площадь поверхности которых зависит от мощности прибора. С возрастанием мощности, требуется и более крупный радиатор.
- Необходимое количество фольгированного материала. Он служит основой, на которую монтируются детали. На такой плате можно собрать любой, даже самый простой сварочный инвертор.
- Нужные марки конденсаторов, резисторов и других пассивных элементов. Требуемое количество соединительных проводов с заранее рассчитанным сечением.
В некоторых случаях для коммутационных действий могут понадобиться электромагнитные реле. При необходимости, допускается их использование в качестве силовых ключей, но скорость коммутации в этом случае будет намного ниже.
В любом случае самодельное устройство 12 — 220 обойдется намного дешевле заводского инвертора. Тем не менее, все кому позволяют денежные средства, предпочитают приобретать фирменные устройства в красивом корпусе, со всеми необходимыми разъемами для подключения потребителей. Хотя, некоторые виды преобразователей, разработанные самостоятельно, могут превосходить по характеристикам заводские аналоги.
Аккумуляторные батареи
Инвертор 12 в 220, сделанный самотоятельно не может работать сам по себе. Для преобразования напряжения в 12 вольт, его нужно вначале откуда-то получить. Таким источником электроэнергии служат аккумуляторные батареи свинцово-кислотного типа. Эти химические устройства способны регулярно выполнять отдачу больших токов, не утрачивая своей работоспособности за 12-15 циклов зарядки и разрядки.
Чтобы АКБ преждевременно не вышла из строя, ее напряжение отслеживается с помощью контроллера, предотвращающего чрезмерный разряд. Однако, следует помнить, что в родных АКБ бесперебойников используется гелевый электролит, а в автомобильных батареях жидкий. Поэтому режимы зарядки у них различаются. Токи, пропускаемые сквозь гель, не подходят для жидкого электролита. Таким образом, источник бесперебойного питания будет регулярно не до конца заряжать автомобильный аккумулятор, и он быстро выйдет из строя. Во избежание подобных ситуаций, у инвертора 12 в 220 на основе ИБП в комплекте должно быть отдельное зарядное устройство для АКБ. Его также возможно сделать самостоятельно.
Мощность аккумуляторной батареи выбирается в соответствии с основными целями и задачами преобразователя напряжения. Этот показатель рассчитывается как мощность, отдаваемая потребителям, разделенная на КПД инвертора. В любом случае следует не допускать полной разрядки аккумулятора, устанавливать для этой цели специальные ограничители работы или контроллеры. При отсутствии этих приборов, конструкция инвертора должна соответствовать возможностям имеющейся батареи.
В среднем кислотные аккумуляторы могут работать без заметной потери своего ресурса в течение 2 часов при токе 12 А и мощности 60 А/ч, 24 А 120 А/ч, 42 А 210 А/ч. Учитывая имеющийся КПД преобразования допустимая долговременная мощность нагрузки будет соответственно 120, 230 и 400 Вт. На короткое время может быть подключена повышенная нагрузка, тогда мощность возрастает примерно в 2,5 раза. Однако, после такой интенсивной работы, батарея должна отдыхать как минимум 20 минут.
Таким образом, правильно рассчитанный самодельный инвертор и соответствующий аккумулятор нужной мощности непременно дадут желаемые результаты. Для постоянной работы эти устройства не годятся, но вполне способны решить проблему энергоснабжения нужных потребителей в течение достаточно продолжительного периода времени.