Преобразователь с 12 на 220: принцип действия, особенности подключения и эксплуатации. 120 фото лучших моделей

Назначение и принцип работы

Что такое преобразователь напряжения. Так называют электронный прибор, изменяющий величину входного сигнала. Он может использоваться в качестве устройства, повышающего или понижающего его значение. Входное напряжение после преобразования может изменить как свою величину, так и частоту. Такие устройства, изменяющие постоянное напряжение (преобразовывающие его) в выходной сигнал переменного тока, получили название инверторов.

Преобразователи напряжения находят применение как в виде автономного устройства, питающего потребителей энергией переменного тока, так и могут входить в состав других изделий: систем и источников бесперебойного питания, устройств повышения постоянного напряжения до необходимой величины.

Инверторы представляют собой генераторы напряжения гармонических колебаний. Источнику постоянного тока с помощью специальной схемы управления создается режим периодического переключения полярности. В результате на выходных контактах устройства, к которым подключена нагрузка, формируется сигнал переменного напряжения. Его величину (амплитуду) и частоту определяют элементы схемы преобразователя.

Управляющее устройство (контроллер) задает частоту переключения источника и форму выходного сигнала, а его амплитуду определяют элементы выходного каскада схемы. Они рассчитаны на максимальную мощность, которую потребляет нагрузка в цепи переменного тока.

Контроллер используется и для регулирования величины выходного сигнала, которое достигается управлением длительностью импульсов (увеличение или уменьшение их ширины). Информация об изменениях величины выходного сигнала на нагрузке поступает в контроллер по цепи обратной связи, на основании которой в нем формируется управляющий сигнал на сохранение необходимых параметров. Этот метод называется ШИМ (широтно-импульсной модуляцией) сигналов.

В схемах силовых выходных ключей преобразователя напряжения 12В могут использоваться мощные составные биполярные транзисторы, полупроводниковые тиристоры, полевые транзисторы. Схемы контроллеров выполняются на микросхемах, представляющих собой уже готовые к работе устройства с необходимыми функциями (микроконтроллеры), специально разработанных для таких преобразователей.

Схема управления обеспечивает последовательность работы ключей для обеспечения на выходе инвертора сигнала, необходимого для нормальной работы устройств потребителя. Кроме того, управляющая схема должна обеспечивать симметрию полуволн выходного напряжения

Это особенно важно для схем, в которых на выходе используются повышающие импульсные трансформаторы. Для них недопустимо появление постоянной составляющей напряжения, которая может появиться при нарушении симметрии

Существует много вариантов построения схем инверторов напряжения (ИН), но выделяют из них 3 основные:

• ИН бестрансформаторный мостовой;
• трансформаторный ИН с нулевым проводом;
• мостовая схема с трансформатором.

Каждая из них находит применение в своей области в зависимости от примененного в нем источника питания и требуемой выходной мощности для питания потребителей. В каждой из них должны быть предусмотрены элементы защиты и сигнализации.

Защита от понижения и повышения напряжения источника постоянного тока определяет диапазон работы инверторов «по входу». Защита от повышенного и пониженного выходного переменного напряжения необходима для нормальной работы оборудования потребителя. Диапазон срабатывания устанавливается в соответствии с требованиями используемой нагрузки. Эти виды защиты обратимые, то есть при восстановлении параметров оборудования до нормы работа может быть восстановлена.

При срабатывании защиты вследствие короткого замыкания в нагрузке или чрезмерного возрастания выходного тока перед тем, как продолжить эксплуатацию оборудования, необходим тщательный анализ причин этого события.

Преобразователь 12В является наиболее приемлемым для создания локальной электросети. Наличие большого количества автомобилей и аккумуляторных батарей 12В постоянного тока позволяет их использовать для обеспечения запросов пользователей. Такие сети можно создавать в самых различных местах, начиная от собственного авто. Они мобильны и не зависят от места стоянки.

Методы модуляции

Широкое развитие силовых электрических преобразователей в последние десятилетия привело к увеличению количества исследований в области модуляции. Метод модуляции непосредственно влияет на эффективность всей энергосистемы (силовой части, системы управления), определяя экономическую выгоду и производительность конечного продукта.

Главная цель методов модуляции – добиться лучшей формы сигналов (напряжений и токов) с минимальными потерями. Другие второстепенные задачи управления могут быть решены посредством использования правильного способа модуляции, такие как уменьшение синфазной помехи, выравнивание постоянного напряжения, уменьшение пульсаций входного тока, снижение скорости нарастания напряжения. Одновременное достижение всех целей управления невозможно, необходим компромисс. Каждая и каждое приложение должны быть глубоко изучены для определения наиболее подходящего метода модуляции.

• Методы модуляции можно разделить на четыре основные группы:
• ШИМ — широтно-импульсная модуляция
• ПВМ — пространственно-векторная модуляция
• гармоническая модуляция
• методы переключения переменной частоты

Назначение преобразователей напряжения

Необходимость использования устройств подобного рода возникает, когда требуется электрический прибор внедрить в регионе, где стандарты промышленных сетей снабжения энергией отличаются от заложенных разработчиками изделия. Частоты и амплитуда напряжения США противопоставлены Европе, России. Видим ряд причин. Тесла заметил: при увеличении частоты возможно драматически снизить вес медной обмотки трансформатора, при достижении параметром значения 700 Гц электричество становится в большой мере безопасным для человеческого организма. Параллельно растут потери сердечников, начинается излучение электромагнитной волны в пространство.

Преобразователь вольтажа

Оценив весомость аргументов, США под влиянием Николы Тесла узаконили частоту 60 Гц. В России (Европе) приняли к сведению доводы прославленного инженера Доливо-Добровольского (обосновал выгодность использования трехфазных сетей). На протяжении Евразии стали эталоном де-факто 50 Гц. Амплитуды напряжения выбирали удобную. 220 вольт опасны для человека, потребитель одновременно затрачивает меньший ток. Сечение медных проводников допустимо ощутимо снизить. Американские 110 вольт переменного тока нельзя считать безопасными полностью. Люди осведомлены, наученные боевиками, не раз главный герой уничтожал врага электрическим разрядом местной энергосети.

Влияние параметров на технику описываются просто:

1. Частота оборотов двигателя определена амплитудой приложенного напряжения. Скорость вращения вала асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором напрямую зависит от частоты питающей сети.
2. Нагревательные приборы рассчитаны на рабочий ток, пропорциональный величине напряжения. Сопротивление преимущественно активное. Мощность изменяется вчетверо (ток берется в квадрате) при аналогичном варьировании между сетями 110/220 вольт. Потребитель ожидает от изделия номинальных параметров, прибор может быть не рассчитан на нестандартную эксплуатацию.
3. Бытовая техника в составе часто использует напряжения отличные от сетевых со строго определенной амплитудой. Обеспечиваются условия блоком питания. Для нормальной работы требуется преобразователь напряжения.

Обзор производителей

Различные торговые точки могут предложить довольно широкий ассортимент инверторов-преобразователей напряжения 12-220 В. Инверторы выпускаются в различных странах — большинство из них производится в Китае, но это совсем не значит что они плохого качества. Ведь многие известные бренды из-за высокой конкуренции стремятся снизить себестоимость своей продукции, поэтому и переносят свои производственные мощности на территорию Китая.

Изучая предлагаемые рынком модели можно обратить внимание, что некоторые изделия имеют одинаковые характеристики, но при этом значительно различаются в цене. Связанно это с использованием той или иной радиоэлементной базы

Устройства, соответствующие заявленным характеристикам, собранные на качественной элементной базе и оборудованные необходимой защитой, надёжны в эксплуатации, поэтому стоят дороже.

Наиболее популярными брендами являются:

1. Wenchi. Тайваньский производитель радиоэлектронного оборудования. Присутствует на рынке уже более 23 лет. Его продукция сертифицирована во многих странах мира, включая Россию. Компания имеет свою лабораторию, в которой проводится испытание приборов и внедрение в их работу новых технологий. Спросом пользуются модели INS-1000W-12 и INS-200W-12.
2. Mean Well. Ведущий разработчик импульсных блоков питания. Фирма постоянно модернизирует и расширяет ассортимент своей продукции. Хорошие технические характеристики и демократичная цена позволяют каждому покупателю выбрать оптимальное оборудование этой марки. Популярными моделями являются: A301−2K5-F3 PBF, A301−150-F3, TN-1500−212B.
3. Gembird. Основанная в Голландии в 1997 году компания стала лидером в производстве компьютерной периферии источников питания. Хотя цех по производству инверторов находится в Китае, продукция проходит тщательный контроль и соответствует международным стандартам. Сервисные центры фирмы расположены во многих странах, что позволяет довольно быстро получить качественную помощь. Потребители часто выбирают инверторы серии Gembird I.
4. Robiton. Российская компания, специализирующая на производстве элементов питания. Её продукция соответствует требованиям безопасности Европейского союза. На все свои изделия фирма предоставляет три года гарантии. Повышенным спросом пользуются модели R300 и R500.

Отключение при падении напряжения

Если вы используете в конструкции аккумуляторную батарею, которая параллельно работает в автомобиле, то рекомендуется позаботиться о том, чтобы автоматически отключался при низком заряде преобразователь с 12 на 220. Своими руками собрать простую схему отключения несложно. Если разрядится аккумулятор полностью, то вы не сможете завести двигатель даже с буксира. Поэтому внедрите в схему простой элемент – электромагнитное реле. Такие используются в автомобилях, поэтому найти его не составит труда.

У реле есть нижнее пороговое значение напряжения, при котором происходит замыкание контактов. Чтобы настроить более точно момент, необходимо подбирать сопротивление резистора R1. Оно должно быть равно сопротивлению обмотки реле, помноженному на коэффициент 0,1. Внедрить такую доработку можно без особого труда в преобразователь с 12 на 220. Своими руками подключить реле и резистор сможет даже начинающий электрик.

Но такая схема примитивна, и эффективность у нее крайне низкая, лучше воспользоваться модернизированной, она поддерживает точнее порог отключения батареи от инвертора.

История развития

При начале практического использования электрической энергии (1880-е) возникла проблема преобразования энергии.

Зачастую появление новых приборов не устраняет необходимости использовать ряд приборов, прежде существовавших. Например, многие полупроводниковые приборы используют трансформаторы, но в более выгодном высокочастотном диапазоне. В результате устройство приобретает преимущества и тех, и других.
Использование п-п инверторов для управления умформерами позволяет устранить коллекторы и щётки. Это снижает потери омические и на трение. Сами инверторы тоже могут быть меньшей мощности, например, при использовании машин двойного питания, потери — меньше, а качество преобразования энергии — гораздо выше.

Бестрансформаторные преобразователи напряжения

В последнее время они стали очень популярны, так как на их изготовление, а в частности, производство трансформаторов, нужно тратить немалые средства, ведь обмотка их выполняется из цветного металла, цена на который постоянно растёт. Основное преимущество таких преобразователей это, конечно же, цена. Среди отрицательных сторон есть одно существенно отличающее его от трансформаторных блоков питания и преобразователей. В результате пробоя одного или нескольких полупроводниковых приборов, вся выходная энергия может попасть на клеммы потребителя, а это обязательно выведет его из строя. Вот простейший преобразователь переменного напряжения в постоянное. Роль регулирующего элемента играет тиристор.

Проще обстоят дела с преобразователями, в которых отсутствуют трансформаторы, но работающие на основе и в режиме повышающего напряжение аппарата. Здесь даже при выходе одного элемента или нескольких на нагрузке не появится опасной губительной энергии.

Достоинства и недостатки инверторов

Высокая популярность инверторов объясняется целым рядом достоинств, которыми они обладают.

• Инверторы отличаются высокой мощностью и широким диапазоном регулирования сварочного тока.
  — Даже при выполнении работ специалистом не слишком высокой квалификации инверторные устройства позволяют получать сварные швы высокого качества, надежности и привлекательного внешнего вида.
• Инверторы отличаются компактными размерами и незначительным весом.
  — Устройства данного типа имеют высокий КПД и, как следствие, экономно потребляют электрическую энергию.
• Расплавленный металл в процессе выполнения сварки инвертором разбрызгивается очень незначительно, что способствует экономии расходных материалов и формированию аккуратных сварных швов.
• Неоспорима универсальность инверторных аппаратов, благодаря чему их можно использовать для выполнения сварки по разным технологиям.

Есть у инверторов и недостатки, к наиболее значимым из которых относятся следующие.

• Инверторы стоят довольно дорого, если сравнивать их с обычными сварочными трансформаторами.
• В случае выхода из строя инверторные устройства очень дороги в обслуживании.
• Инверторы, основу конструкции которых составляют сложные электронные схемы, очень критично реагируют на пыль, повышенную влажность и низкие температуры. Именно поэтому область использования таких устройств достаточно сильно ограничена. Для их безаварийной работы необходимо создавать специальные условия и уделять их техническому обслуживанию достаточно много времени (чистка от пыли и др.).
• В комплекте с инверторными устройствами могут быть использованы провода, длина которых не превышает 2,5 метров. Такие короткие провода также относятся к факторам, серьезно ограничивающим область применения инверторов.

Методы управления

На микроконтроллере частотного преобразователя выполняется программное обеспечение, которое управляет основными параметрами электродвигателя (скоростью и моментом). Основные методы управления , используемые в частотных преобразователях представлены в таблице ниже.

Характеристики основных способов управления электродвигателями используемых в частотных преобразователях

Примечание:

1. Без обратной связи.
2. С обратной связью.
3. В установившемся режиме