Перетворювачі постійної напруги в змінну

Відключення електроенергії в наших будинках, на жаль, стає традицією. Невже дитині доведеться робити уроки при свічці? Або як раз цікавий фільм по телевізору, от би додивитися. Все це можна виправити, якщо у вас є автомобільний акумулятор. До нього можна зібрати пристрій, який називається перетворювачем постійної напруги в змінну (ІПІ по західній термінології DC-AC перетворювач).

На рис.1 і 2 показані дві основні схеми таких перетворювачів. У схемі на рис.1 використовуються чотири потужних транзистора VT1. VT4, що працюють в ключовому режимі. В одному напівперіоді напруги 50 Гц відкриті транзистори VT1 ​​і VT4. Струм від акумулятора GB1 протікає через транзистор VT1, первинну обмотку трансформатора T1 (зліва направо по схемі) і транзистор VT4. У другому напівперіоді відкриті транзистори VT2 і VT3, струм від акумулятора GB1 йде через транзистор VT3, первинну обмотку трансформатора TV1 (справа наліво по схемі) і транзистор VT2. В результаті струм в обмотці трансформатора TV1 виходить змінним, і у вторинній обмотці напруга підвищується до 220 6. При використанні 12-вопьтового акумулятора коефіцієнт К = 220/12 = 18,3.

Генератор імпульсів з частотою 50 Гц можна побудувати на транзисторах, логічних мікросхемах і будь-який інший елементній базі На рис.1 показаний генератор імпульсів на інтегральному таймері КР1006ВІ1 (мікросхема DA1). З виходу DA1 імпульси частотою 50 Гц проходять через два інвертора на транзисторах VT7, VT8. Від першого з них імпульси надходять через підсилювач струму VT5 на пару VT2, VT3, з другого - через підсилювач струму VT6 на пару VT1, VT4. Якщо в якості VT1. VT4 використовувати транзистори з високим коефіцієнтом передачі струму ( "супербета"), наприклад, типу КТ827Б або потужні польові транзистори, наприклад, КП912А, то підсилювачі струму VT5, VT6 можна не ставити.

У схемі на рис.2 використовуються тільки два потужних транзистора VT1 і VT2, але зате первинна обмотка трансформатора має вдвічі більше витків і середню точку. Генератор імпульсів в цій схемі той же самий, бази транзисторів VT1 і VT2 підключаються до точок А і Б схеми генератора імпульсів на рис.1.

Час роботи перетворювача визначається ємністю акумулятора і потужністю навантаження. Якщо допустити розряд акумулятора на 80% (такий розряд допускають свинцеві акумулятори), то вираз для часу роботи перетворювача має вигляд:

Т (ч) = (0,7WU) / P, де W - ємність акумулятора, Ач; U - номінальна напруга акумулятора, В; Р - потужність навантаження, Вт. У цьому виразі враховано також ККД перетворювача, що становить 0,85. 0,9.

Тоді, наприклад, при використанні автомобільного акумулятора ємністю 55 Ач з номінальною напругою 12 В при навантаженні на лампочку розжарювання потужністю 40 Вт час роботи складе 10. 12 год, а при навантаженні на телевізійний приймач потужністю 150 Вт 2,5-3ч.

Наведемо дані трансформатора Т1 для двох випадків: для максимального навантаження 40 Вт і для максимального навантаження 150 Вт.

У таблиці: S - площа перерізу магнітопроводу; W1, W2 - кількість витків первинної і вторинної обмоток; D1, D2 - діаметри проводів первинної та вторинної обмоток.

Можна використовувати готовий силовий трансформатор, мережну обмотку його не чіпати, а домотать первинну обмотку. У цьому випадку після намотування потрібно включити в мережу мережеву обмотку і переконатися, що напруга на первинній обмотці дорівнює 12 В.

Якщо використовувати в якості потужних транзисторів VT1. VT4 у схемі на рис.1 або VT1, VT2 в схемі на рис.2 КТ819А, то слід пам'ятати наступне. Максимальний робочий струм цих транзисторів 15 А, тому якщо розраховувати на потужність перетворювача понад 150 Вт, то необхідно ставити або транзистори з максимальним струмом понад 15 А (наприклад, КТ879А), або включати паралельно по два транзистора. При максимальному робочому струмі 15 А потужність розсіювання на кожному транзисторі складе приблизно 5 Вт, тоді як без радіатора максимальна розсіює потужність - 3 Вт. Тому на цих транзисторах необхідно ставити невеликі радіатори у вигляді металевої пластини площею 15-20 см.

Вихідна напруга перетворювача має форму різнополярних імпульсів амплітудою 220 В. Така напруга цілком підходить для харчування різної радіоапаратури, не кажучи вже про електричні лампочки. Однак однофазні електромотори з напругою такої форми працюють погано. Тому включати в такий перетворювач пилосос або магнітофон не варто. Вихід зі становища можна знайти, намотавши на трансформаторі Т1 додаткову обмотку і навантаживши її на конденсатор Ср (на рис.2 показаний пунктиром). Цей конденсатор обраний такої величини, щоб утворився контур, налаштований на частоту 50 Гц. При потужності перетворювача 150 Вт ємність такого конденсатора можна обчислити за формулою С = 0,25 / U2, де U-напруга, що утворюється на додатковій обмотці, наприклад, при U = 100 В, С = 25 мкФ. При цьому конденсатор повинен працювати на змінній напрузі (можна використовувати металопаперові конденсатори К42У абощо) і мати робочу напругу не менше 2U. Такий контур забирає на себе частину потужності перетворювача. Ця частина потужності залежить від добротності конденсатора. Так, для металопаперові конденсаторів тангенс кута діелектричних втрат складає 0,02. 0,05, тому ККД перетворювача знижується приблизно на 2. 5%.

Щоб уникнути виходу з ладу акумуляторної батареї перетворювач не заважає обладнати сигналізатором розряду. Проста схема такого сигналізатора показана на рис.3. Транзистор VT1 є граничним елементом. Поки напруга акумуляторної батареї в нормі транзистор VT1 відкритий і напруга на його колекторі нижче порогового напруги мікросхеми DD1.1, тому генератор сигналу звукової частоти на цій мікросхемі не працює. Коли напруга батареї опускається до критичного значення, транзистор VT1 закривається (точка замикання встановлюється змінним резистором R2), починає працювати генератор на мікросхемі DD1 і акустичний елемент НА1 починає "пищати". Замість пьезоелемента можна застосувати динамічний гучномовець малої потужності.

Після використання перетворювача акумулятор необхідно зарядити. Для зарядного пристрою можна використовувати той же трансформатор Т1, але кількості витків в первинній обмотці недостатньо, так як вона розрахована на 12 В, а потрібно, принаймні, 17 В. Тому при виготовленні трансформатора слід передбачити додаткову обмотку для зарядного пристрою. Природно, при зарядці акумулятора схему перетворювача необхідно відключити.

В. Д. Панченко, м.Київ