Напряжение 12 Вольт используется для питания большого количества электроприборов: приемники и магнитолы, усилители, ноутбуки, шуруповерты, светодиодные ленты и прочее. Часто они работают от аккумуляторов или от блоков питания, но когда те или другие выходят из строя перед пользователем возникает вопрос: «Как получить 12 Вольт переменного тока»? Об этом мы расскажем далее, предоставив обзор наиболее рациональных способов.
Немного определений и теории
Начнем с того, что разберемся с какими определениями нам придется столкнуться.
В электросети протекает переменный ток. Его величина изменяется по синусоидальному закону, это также называют «синусоидальное напряжение» или просто «синусоида». Такое напряжение (ток) изменяется плавно от нуля до амплитудного значения, затем обратно до нуля и опять до амплитудного значения, но с обратным знаком. В одном периоде синусоиды есть две полуволны — «прямая» и «обратная» или «верхняя» и «нижняя».
По энциклопедическому определению, постоянный ток — это направленное движение заряженных частиц скорость и направление которых не изменяется.
Это разновидность однонаправленного тока.
Но на практике зачастую ток непостоянен, а изменяется в процессе работы потребителя (нагрузки), а также на выходе выпрямителей есть пульсации, а у гальванических элементов просадки под нагрузкой. Получается, что сам по себе «постоянный ток», так как сказано в «определении» используется далеко не везде. Когда говорят «блок питания постоянного тока» часто подразумевают постоянное напряжение.
Здесь нужно выделить еще несколько понятий:
1.Однонаправленный ток — протекает в одном направлении, может быть произвольным по величине.
2.Выпрямленное напряжение (или ток) – постоянно по знаку, но может изменяться по величине. Если не используются фильтры, то пульсирует с удвоенной частотой переменного напряжение, которое выпрямляли. Так на выходе выпрямителя сетевого напряжения частота пульсаций будет 50×2=100 Гц.
3.Стабилизированное напряжение (или ток) — постоянно по знаку и величине.
В англоязычной технике и литературе переменный ток обозначается как AC (alternative current), а постоянный — DC (direct current).
Переменный ток и его свойства
Переменный ток циклически меняет направление и силу, характеризуется следующими параметрами:
- частота. Число циклов (периодов) в секунду. Например, частота тока в сети составляет 50 Гц;
- амплитуда. Максимальное отклонение напряжения и силы тока от нуля. Так, сетевое напряжение 50 раз в секунду меняет значение от -311 В до 311 В;
- действующее значение. Это напряжение или сила эквивалентного постоянного тока, то есть такого, который вызывает в проводнике такое же тепловыделение, как и данный переменный. К действующему значению прибегают с целью упрощения расчетов: работать с постоянно изменяющимися величинами крайне неудобно. Например, если в формуле записать действительное значение переменного сетевого напряжения, изменяющегося от -311 В до 311 В по синусоидальному закону, получится уравнение с тригонометрическими функциями либо комплексными числами. Гораздо проще оперировать постоянным действующим значением в 220 В;
- форма. Сетевой ток, производимый механическими генераторами, имеет синусоидальную форму. На выходе инвертора она может быть остроугольной, ступенчатой и т. д.
Переменный ток уступает постоянному в следующем:
- он менее качественный. Так, сварной шов получается более прочным и надежным, если сварка осуществлялась постоянным током. Качественнее работает и электроника;
- при частоте в 50 Гц — более опасен. Нарушения в организме вызывает уже при силе в 50 мА, тогда как постоянный — при силе в 300 мА. Однако, с повышением частоты переменный ток становится уже не таким опасным. Так, выдающийся изобретатель Никола Тесла на публичных опытах пропускал через себя переменный ток большого напряжения (светилась зажатая в руке лампа), предварительно подняв его частоту до нескольких мегагерц;
- сопротивление проводников переменному току выше, чем постоянному. Разъяснение этому будет дано ниже.
Но есть у переменного тока и полезная особенность: создаваемое им магнитное поле также является переменным, а значит, оно способно наводить в проводниках ЭДС (закон электромагнитной индукции).
Переменный ток делает возможным работу таких устройств:
- трансформаторы. За счет повышения напряжения значительно сокращаются потери в линиях электропередач;
- индукционные нагреватели;
- дроссельные фильтры. Дроссель — катушка. Создаваемое ею переменное магнитное поле противодействует переменному току, то есть дроссель выступает в качестве сопротивления. От индуктивности катушки зависит частота тока, которому она сильнее всего противодействует. Эта особенность позволяет глушить дросселем высокочастотные помехи в сети.
Наличием переменного магнитного поля объясняется и упомянутое выше увеличение сопротивления проводника. В нем полем также наводится ЭДС, противодействующая данному переменному току. Эта ЭДС выше в центре проводника, где сконцентрированы силовые линии поля, соответственно, носители заряда вытесняются наружу (поверхностный или скин-эффект).
В итоге вместо всего сечения проводника ток пропускает только некоторая его часть, отчего и возрастает сопротивление. Еще отличие переменного тока от постоянного — способность протекать по цепи с последовательно включенным конденсатором. Для постоянного тока разрыв между обкладками непреодолим, тогда как переменный протекает почти свободно, заряжая обкладки то с одним, то с другим знаком.
Полупроводниковые диоды и выпрямители
В современных электронных устройствах для выпрямления используются полупроводниковые диоды.
Диодом в широком смысле называется любое устройство, у которого есть два вывода. Однако если говорить более конкретно, то полупроводниковый диод — это устройство, в котором сформирован лишь один p-n-переход.
Основной особенностью полупроводниковых диодов является то, что они проводят ток в одном направлении, а если проложить обратное напряжение (т.н. «обратное смещение»), то ток не проводится до тех пор, пока не наступает тепловой или электрический пробой p-n-перехода с последующим выходом из строя элемента (за исключением стабилитронов, например). Различают множество видов диодов: выпрямительные, импульсные, детекторные, ограничительные и другие, но сегодня нас интересуют именно выпрямительные диоды.
Диоды еще называют «полупроводниковый неуправляемый вентиль», неуправляемый он, потому что вы не можете дать команду чтобы начал или прекратил протекать электрический ток.
Итак, выпрямительный диод – это устройство, которое пропускает ток в одном направлении. Это явление используется для преобразования переменного тока в постоянный, а также для изолирования цепей постоянного тока, например, когда нужно подать несколько сигналов, не зависящих друг от друга, от разных источников.
На схеме диод обозначается в виде стрелки, направление которой указывает куда будет протекать ток. В старых схемах чаще встречается обозначение в вид стрелки в кружочке.
Способы получения электричества
Электроток производят с помощью таких устройств:
. Состоят из двух частей: неподвижного статора и вращающегося внутри него ротора. Статор — постоянный или электрический магнит, ротор содержит обмотку из провода. При вращении ротора пересекающий его обмотку магнитный поток все время меняется, что приводит, согласно закону электромагнитной индукции, к возникновению ЭДС. Ротор приводится во вращение внешней силой: двигателем (автомобиль), потоком воды (гидроэлектростанция), давлением пара (атомные и тепловые электростанции), ветром и т.д. Ток на выходе генератора будет переменным. Для получения постоянного требуется дополнительное механическое устройство — коллектор;
механические генераторы- гальванические элементы (ГЭ) и аккумуляторы. Превращают в электричество химическую энергию за счет окислительно-восстановительной реакции. Простейший ГЭ: медная и цинковая пластины, погруженные, соответственно, в растворы сернокислой меди и сульфата цинка, изолированные друг от друга пористой перегородкой (элемент Якоби-Даниэля). В результате окисления каждый атом цинка на цинковой пластине (анод) отдает 2 электрона, переходящие по электрической цепи на медную пластину (катод) и восстанавливающие на нем положительно заряженные ионы меди. ГЭ называют первичными химическими источниками тока (ХИТ). Аккумуляторы — вторичные ХИТ. Принцип работы схож, но химическую энергию им сначала нужно сообщить, подключив систему к источнику тока. Заряжать и разряжать аккумулятор можно многократно, тогда как ГЭ используется только один раз;
- фотоэлементы. Действие основано на способности полупроводников генерировать ток при облучении светом. В этом можно убедиться, срезав верхнюю часть корпуса транзистора и поместив его под солнечные лучи: на выводах прибора мультиметр покажет напряжение;
- термоэлементы. Действие основано на эффекте Зеебека: в замкнутой цепи из двух проводов, выполненных из разных металлов, при нагревании одной из двух зон контакта между ними возникает ЭДС. Такие цепи называют термопарами и в основном применяют в качестве термодатчиков. К примеру, для измерения температур от +0 0 С до +100 0 С применяют пару медь – константан, в диапазоне +100 0 С – +600 0 С — серебро и константан.
Читать также: Бадья для бетона рюмка
Как это работает?
Кратко рассмотрим, когда диод проводит ток, а когда не проводит, если вам интересно узнать, почему это происходит, рекомендую прочесть одну из лучших книг об электронике «Транзистор? Это же просто…» Е. Айсберга, не обращайте внимания, что она 1964 года — это вечная классика и фундаментальные основы, которые автор преподнес в необычной и лёгкой форме.
Как отмечалось выше, диод состоит из двух областей, p и n — их называют анодом (p-область) и катодом (n-область). Между n- и p-областью находится запирающий слой — так называемый потенциальный барьер.
В прямом смещении p-n-перехода, когда к аноду подключают полюс, а к катоду минус
источника питания то этот запирающий слой сужается и через него начинает протекать ток. Но просто подать напряжение недостаточно, важно чтобы его величины было достаточно, для открытия кремниевых диодов нужно 0.7-0.8 вольт, а для германиевых — 0.3-0.4 вольта.
На реальных диодах катод обычно помечается полосой или кольцом.
Особенности диода отлично иллюстрирует вольт-амперная характеристика, сокращенно её называют «ВАХ».
На рисунке выше Красным цветом выделены участки и виды пробоев (лавинный, туннельный и тепловой) на обратной ветви. В правой верхней части вы видите прямую ветвь ВАХ, т.е. зависимость тока от напряжения в прямом смещении.
Из неё вы должны понять то, что ток через диод при малом напряжении почти не протекает, но когда оно достигает определенной величины начинает протекать, при этом сила тока не имеет линейной зависимости от приложенного напряжения (при малом увеличении напряжения происходит сильное приращение тока), и ограничивается только сопротивлением нагрузки. При обратном смещении ток практически не протекает (очень незначительный) и так происходит до тех пор, пока не наступит пробой. Различают 3 вида пробоя:
Схемы выпрямителей
В однофазных цепях используется одна из трёх схем выпрямления переменного тока, они носят такие названия:
Однополупериодный выпрямитель состоит из диода, последовательно включенного с нагрузкой. Здесь в нагрузку Rн поступает, как ни странно, один полупериод от питающего напряжения, вторые полпериода или обратная полуволна синусоиды через диод не проходит. Схема хороша тем, что нужен только один диод, но у неё ряд недостатков: напряжение на нагрузке снижается в 2 раза и высокий коэффициент пульсаций. Для их сглаживания нужен конденсатор неоправданно большой ёмкости, что повышает и габариты, и конечную стоимость изделия.
Двухполупериодный выпрямитель или диодный мост состоит уже из четырёх диодов. Здесь они работают «по диагонали», то есть одну полуволну проводят левый верхний и правый нижний диод, а обратную – левый нижний и правый верхний диоды (положения указаны условно, относительно приведенной схемы). Напряжение в нагрузке равно напряжению на входе моста, но оно уже не переменное, а выпрямленное пульсирующее. Чтобы сгладить пульсации параллельно нагрузки устанавливают конденсатор (один или несколько, соединенных параллельно). При этом используются электролитические конденсаторы, из-за их большой ёмкости при относительно небольших размерах.
Второй вариант двухполупериодного выпрямителя — это выпрямитель со средней точкой. Здесь к средней точке трансформатора присоединяется один вывод нагрузки, а ко второму выводу нагрузки присоединяются катоды двух диодов. Напряжение на концах вторичной обмотки относительно средней точки находится в противофазе (условно на диаграмме они обозначены как Uвходное1 и Uвходное2).
Так как напряжения сдвинуты друг относительно друга на половину периода и диоды пропускают лишь по одной его полуволне, то на нагрузку попадает выпрямленное двухполупериодное напряжение Uвыходное, как в предыдущем варианте. Вы можете видеть что в первые полпериода через диод VD2 протекает ток, во вторую половину — диод закрывается и начинает протекать ток через диод VD1.
Как из постоянного сделать переменный?
Устройство, преобразующее постоянный ток в переменный, называют инвертором. Существует несколько видов этих аппаратов.
Инвертор с электродвигателем
Вал двигателя постоянного тока подсоединяется к скользящему контактному узлу, состоящему из двух частей:
- вращающейся: состоит из нескольких кольцевых и сегментных пластин, упакованных в форме цилиндра;
- неподвижной: графитовые щетки в щеткодержателях.
Одна пара щеток подключена к источнику постоянного тока, другая — к цепи переменного тока. Первая пара контактирует с кольцевыми пластинами, другая — с сегментными.
Часть последних электрически соединена с положительным кольцом, другая — с отрицательным. При вращении двигателя щетки цепи переменного тока по очереди контактируют с сегментными пластинами, в результате чего направление тока постоянно меняется. Более качественный переменный ток дает связка «двигатель постоянного тока – механический генератор», но у этого инвертора ниже КПД.
Релейный инвертор
Тут же пружина отбрасывает сердечник в исходное положение, так что к упомянутому контакту подключается катод. Такие колебания повторяются многократно, пока на катушку соленоида подается постоянный ток.
Электронный инвертор
С появлением и постепенным удешевлением полупроводников электромеханические инверторы перекочевали в разряд устаревших.
В их электронном аналоге ток перенаправляется ключевыми транзисторами, управляемыми микросхемой. Именно такие инверторы применяются в инверторных сварочных аппаратах, импульсных блоках питания, ИБП и др.
При использовании особых быстро переключающихся транзисторов такой инвертор способен создать из постоянного тока переменный с частотой в десятки кГц. Это позволяет уменьшить габариты трансформатора и потери в нем (сварочные аппараты, импульсные блоки питания). Существует несколько видов электронных инверторов. Они описываются в последнем разделе.
Выбор инвертора (преобразователя напряжения)
Инвертором называют устройство, преобразующее постоянный ток в переменный, меняя при этом величину напряжения.
Инверторы, преобразующие 12 В или 24 В в 220 В, становятся все востребованнее – ведь сфер применения этим приборам много:
И это еще не все ситуации, когда инвертор облегчит вам жизнь.
Если вы уже задумались о покупке такого прибора, то следует разобраться – какие виды преобразователей напряжения бывают, и как подобрать оптимальный вариант под ваши нужды, не переплачивая лишних денег.
Первое, с чем нужно определиться – зачем вам нужен инвертор?
Самые простые, миниатюрные и маломощные инверторы, подключаемые в машинах к прикуривателю, организуют «обычную розетку» для подключения прибора небольшой мощности – зарядки телефона или ноутбука, подзарядки фонарика. При этом не нужно будет возить с собой ворох проводов, для питания каждого из устройств от прикуривателя. Вы просто будете подключать родной провод в организованную розетку.
Через автомобильный прикуриватель не стоит подключать инвертор с нагрузкой выше 150 Вт – можно вывести из строя всю электропроводку автомобиля и нарваться на дорогостоящий ремонт. Потребителей выше 150 Вт следует подключать только напрямую к аккумулятору, через клеммы.
К таким преобразователям можно подключить уже более мощные приборы. Для уменьшения потерь КПД и надежности, подключение мощных инверторов к клеммам аккумулятора следует проводить не «крокодильчиками», которыми иногда комплектуется прибор, а медными клеммами, под винт. Сечение и длину проводов подключения выбирайте исходя из расчета потерь тока, а не по нагреву.
Следующее, на что стоит обратить внимание – форма тока, которую выдает инвертор. Это важный момент, так как он определяет, какое оборудование вы сможете подключить к инвертору. Есть два вида:
Но это не значит, что инвертор с модифицированным синусом использовать не рекомендуется. Он не окажет негативного влияния на качество работы ламп освещения, нагревательных приборов, оборудования с импульсными блоками питания (ноутбуки, телефоны), большинство телевизоров, электроинструмент с коллекторными двигателями (лобзики, дрели). Однако для обеспечения работы электроинструмента от инвертора лучше докупить устройство плавного пуска – чтобы пусковые токи не выходили за пределы допустимого.
При выборе инвертора обязательно нужно продумать, что вы хотите к нему подключать, и уже после этого решать – готовы вы платить за устройство с чистым синусом, или оптимальной покупкой для вас будет менее дорогое устройство с модифицированной синусоидой.
Все преобразователи напряжения обладают двумя характеристиками по мощности –постоянная мощность и пиковая мощность прибора. Нужно различать эти два параметра.
Постоянная мощность говорит о том, с какой нагрузкой сможет справляться инвертор в длительном режиме работы. В зависимости от потребностей, можно подобрать устройство как невысокой мощности от 60 до 1000 Вт, так и серьёзный агрегат с мощностью от 1000 Вт и выше, позволяющий организовать мини-электростанцию на выезде.
Постоянную мощность необходимо выбирать таким образом, чтобы оставался запас, хотя бы 20 % – ни одно устройство не будет работать хорошо на пределе своих возможностей, поэтому не экономьте на этом моменте. Также не следует забывать о возможностях аккумулятора, ведь его емкость ограничена.
Пиковая мощность определяет предельную кратковременную нагрузку – от 150 до 10000 Вт. К примеру, пусковой ток холодильника, подключаемого к инвертору, как правило, в несколько раз выше номинальной мощности – это следует учитывать. Если вы не рассчитаете мощность инвертора для покрытия пускового тока, то прибор-потребитель не сможет начать работать.
Если инвертор будет работать от аккумулятора не снятого, а работающего от генератора машины, помните, что ток нагрузки инвертора не должен превышать выдаваемого тока генератора.
На деле подбор подходящей мощности не так уж и сложен, рассмотрим пример.
Подключаемая нагрузка: холодильник (15 Вт), зарядка ноутбука (80 Вт), зарядка телефона (60 Вт). Здесь, конечно, следует учесть пусковой ток холодильника, превышающий номинальный в 3-4 раза. Получится, что в момент включения холодильник потребит (в худшем случае) до 60 Вт. В итоге имеем, что для означенной нагрузки нам хватит инвертора в 300 Вт.
Конечно, не все инверторы работают с высоким КПД, при расчете мощности следует плюсовать к нагрузке еще возможные потери в кабеле, в зажимах и прочее – но вцелом видно, что для обеспечения минимально необходимых нужд сильно мощный инвертор не нужен. В большинстве случаев для комфортного туризма хватит прибора мощностью до 600 – 700 Вт, то есть с суммарным током нагрузки около 50 А, что гораздо меньше тока стандартного генератора на современных машинах.
Другой расклад получается, если вы захотите использовать инвертор для подключения электроинструмента – лобзиков, дрелей и др. Здесь уже целесообразно использование мощных инверторов – от 1 кВт и выше.
Преобразователи напряжения бывают различного уровня входного напряжения. Устройства до 2,5-3 кВт как правило работают от входного напряжения 12 В. Более мощные устройства, рассчитанные на выдачу нескольких киловатт, выпускаются на более высокие уровни напряжения – 24 и 48 В. Поэтому, выбирая инвертор, обратите внимание не только на мощность, но и на параметры входного напряжения:
Практически все инверторы оборудованы теми или иными видами защит, которые следят за параметрами работы, и помогают избежать критических ситуаций, действуя на отключение или звуковой сигнал:
Для подключения нагрузки у преобразователей напряжения могут быть предусмотрены различные выходы:
Устройство с необходимыми вам типами и количеством выходов выбирайте исходя из того, какое оборудование нужно подключить. Выходы постоянного тока с уровнем напряжения 12 – 28 В понадобятся для подключения специального автооборудования: магнитол, ТВ-приемников, подогрева сидений, автохолодильников). USB-порты пригодятся для подзарядки мобильных устройств. Выходы в виде розеток потребуются для «универсального» подключения электроприборов. При этом типы розеток могут быть различны:
Также встречаются преобразователи напряжения, не рассчитанные на подключение потребителя 220 В, и преобразующие 24 В в 12 В и 12 В в 24 В – у таких устройств розеток нет.
Инверторы выпускаются в корпусах из различных материалов:
С точки зрения пассивного охлаждения лучше всего инверторы в алюминиевом корпусе – он обеспечивает максимальный отвод тепла. Но для инверторов с активным охлаждением (вентилятором в корпусе), где проблема отвода тепла решена, лучшим вариантом будет корпус из стали – как более прочный. Комбинированные корпуса из алюминия+пластик или стали+пластик тоже хороший вариант, а вот корпус из одного пластика допустим только для маломощного прибора.
Устанавливать любой инвертор в машине необходимо так, чтобы обеспечивалось его охлаждение, то есть он не должен быть закрыт. Засунуть работающий инвертор в бардачок или в кейс – не лучший вариант.
В недорогом ценовом сегменте до 1400 рублей вы найдете инверторы небольшой мощности – до 200 Вт, с модифицированной синусоидой, рассчитанные на подключение к прикуривателю и питание мелких приборов.
В среднем ценовом сегменте от 1400 до 5000 рублей уже встретятся приборы помощнее – до 800 Вт, рассчитанные по большей части на подключение к аккумулятору, но все с той же модифицированной синусоидой.
В дорогом ценовом сегменте от 5000 и выше можно найти приборы как с чистым синусом, так и с модифицированным, но высокой мощности – до 5000 Вт.
Можно подвести итог: при выборе инвертора, не гонитесь за высокой мощностью прибора, т.к. все остальное оборудование может не вывезти такую нагрузку. Лучше обратите внимание на качество сборки, комплектующие и материалы. Стоить хороший качественный прибор даже средней мощности не будет дешево. Для некоторых видов оборудования подойдет инвертор только с чистым синусом на выходе. Не поленитесь рассчитать нагрузку перед подключением – и у вас не будет неприятных сюрпризов в последствии.
Видео по теме
О том, как из постоянного тока сделать переменный и наоборот, в видео:
У каждой разновидности тока есть и преимущества, и недостатки. Потому инверторы и выпрямители применяются достаточно часто. В статье приведены только основные схемы преобразователей, всего же их довольно много.
В. Д. Панченко, г.Киев
Отключение электроэнергии в наших домах, увы, становится традицией. Неужели ребенку придется делать уроки при свече? Или как раз интересный фильм по телевизору, вот бы досмотреть. Все это поправимо, если у вас есть автомобильный аккумулятор. К нему можно собрать устройство, называемое преобразователем постоянного напряжения в переменное (ипи по западной терминологии DC-AC преобразователь).
На рис.1 и 2 показаны две основные схемы таких преобразователей. В схеме на рис.1 используются четыре мощных транзистора VT1…VT4, работающих в ключевом режиме. В одном полупериоде напряжения 50 Гц открыты транзисторы VT1 и VT4. Ток от аккумулятора GB1 протекает через транзистор VT1, первичную обмотку трансформатора T1 (слева направо по схеме) и транзистор VT4. Во втором полупериоде открыты транзисторы VT2 и VT3, ток от аккумулятора GB1 идет через транзистор VT3, первичную обмотку трансформатора TV1 (справа налево по схеме) и транзистор VT2. В результате ток в обмотке трансформатора TV1 получается переменным, и во вторичной обмотке напряжение повышается до 220 6. При использовании 12-вопьтового аккумулятора коэффициент К= 220/12=18,3.
Генератор импульсов с частотой 50 Гц можно построить на транзисторах, логических микросхемах и любой другой элементной базе На рис.1 показан генератор импульсов на интегральном таймере КР1006ВИ1 (микросхема DA1). С выхода DA1 импульсы частотой 50 Гц проходят через два инвертора на транзисторах VT7, VT8. От первого из них импульсы поступают через усилитель тока VT5 на пару VT2, VT3, со второго – через усилитель тока VT6 на пару VT1, VT4. Если в качестве VT1…VT4 использовать транзисторы с высоким коэффициентом передачи тока (“супербета”), например, типа КТ827Б или мощные полевые транзисторы, например, КП912А, то усилители тока VT5, VT6 можно не ставить.
Читать также: Рейтинг колунов для колки дров
В схеме на рис.2 используются только два мощных транзистора VT1 и VT2, но зато первичная обмотка трансформатора имеет вдвое больше витков и среднюю точку. Генератор импульсов в этой схеме тот же самый, базы транзисторов VT1 и VT2 подключаются к точкам А и Б схемы генератора импульсов на рис.1.
Время работы преобразователя определяется емкостью аккумулятора и мощностью нагрузки. Если допустить разряд аккумулятора на 80 % (такой разряд допускают свинцовые аккумуляторы), то выражение для времени работы преобразователя имеет вид:
Т(ч) = (0,7WU)/P, где W – емкость аккумулятора, Ач; U – номинальное напряжение аккумулятора, В; Р – мощность нагрузки, Вт. В этом выражении учтен также КПД преобразователя, составляющий 0,85…0,9. Тогда, например, при использовании автомобильного аккумулятора емкостью 55 Ач с номинальным напряжением 12 В при нагрузке на лампочку накаливания мощностью 40 Вт время работы
составит 10…12 ч, а при нагрузке на телевизионный приемник мощностью 150 Вт 2,5—3ч.
Приведем данные трансформатора Т1 для двух случаев: для максимальной нагрузки 40 Вт и для максимальной нагрузки 150 Вт.
В таблице: S – площадь сечения магнитопровода; W1, W2 – количество витков первичной и вторичной обмоток; D1, D2 – диаметры проводов первичной и вторичной обмоток.
Можно использовать готовый силовой трансформатор, сетевую обмотку его не трогать, а домотать первичную обмотку. В этом случае после намотки нужно включить в сеть сетевую обмотку и убедиться, что напряжение на первичной обмотке равно 12 В.
Если использовать в качестве мощных транзисторов VT1…VT4 в схеме на рис.1 или VT1, VT2 в схеме на рис.2 КТ819А, то следует помнить следующее. Максимальный рабочий ток этих транзисторов 15 А, поэтому если рассчитывать на мощность преобразователя свыше 150 Вт, то необходимо ставить либо транзисторы с максимальным током свыше 15 А (например, КТ879А), либо включать параллельно по два транзистора. При максимальном рабочем токе 15 А мощность рассеяния на каждом транзисторе составит примерно 5 Вт, тогда как без радиатора максимальная рассеиваемая мощность – 3 Вт. Поэтому на этих транзисторах необходимо ставить небольшие радиаторы в виде металлической пластины площадью 15-20 см.
Выходное напряжение преобразователя имеет форму разнополярных импульсов амплитудой 220 В. Такое напряжение вполне подходит для питания различной радиоаппаратуры, не говоря уже об электрических лампочках. Однако однофазные электромоторы с напряжением такой формы работают плохо. Поэтому включать в такой преобразователь пылесос или магнитофон не стоит. Выход из положения можно найти, намотав на трансформаторе Т1 дополнительную обмотку и нагрузив ее на конденсатор Ср (на рис.2 показан пунктиром). Этот
конденсатор выбран такой величины, чтобы образовался контур, настроенный на частоту 50 Гц. При мощности преобразователя 150 Вт емкость такого конденсатора можно вычислить по формуле С = 0,25 / U2, где U -напряжение, образующееся на дополнительной обмотке, например, при U = 100 В, С = 25 мкФ. При этом конденсатор должен работать на переменном напряжении (можно использовать металлобумажные конденсаторы К42У или подобные) и иметь рабочее напряжение не меньше 2U. Такой контур забирает на себя часть мощности преобразователя. Эта часть мощности зависит от добротности конденсатора. Так, для металлобумажных конденсаторов тангенс угла диэлектрических потерь составляет 0,02…0,05, поэтому КПД преобразователя снижается примерно на 2…5%.
Во избежание выхода из строя аккумуляторной батареи преобразователь не мешает оборудовать сигнализатором разряда. Простая схема такого сигнализатора показана на рис.3. Транзистор VT1 является пороговым элементом. Пока напряжение аккумуляторной батареи в норме транзистор VT1 открыт и напряжение на его коллекторе ниже порогового напряжения микросхемы DD1.1, поэтому генератор сигнала звуковой частоты на этой микросхеме не работает. Когда напряжение батареи опускается до критического значения, транзистор VT1 запирается (точка запирания устанавливается переменным резистором R2), начинает работать генератор на микросхеме DD1 и акустический элемент НА1 начинает “пищать”. Вместо пьезоэлемента можно применить динамический громкоговоритель малой мощности.
После использования преобразователя аккумулятор необходимо зарядить. Для зарядного устройства можно использовать тот же трансформатор Т1, но количества витков в первичной обмотке недостаточно, так как она рассчитана на 12 В, а нужно, по крайней мере, 17 В. Поэтому при изготовлении трансформатора следует предусмотреть дополнительную обмотку для зарядного устройства. Естественно, при зарядке аккумулятора схему преобразователя необходимо отключить.
Как получить 12 Вольт?
В современных бытовых сетях огромное количество приборов и устройств питаются от пониженного напряжения. Как правило, это слаботочные приборы, в цепи питания которых используется 12 Вольт: газовые нагреватели, ручной электроинструмент, переносные и стационарные светильники, детские игрушки и многое другое.
Из-за широкого применения обыватели пытаются организовать питание для таких приборов самостоятельно, поэтому в данной статье мы рассмотрим, как получить 12 Вольт различными способами.
Получаем 12 Вольт из 220
Наиболее доступным источником питания с практически неограниченным ресурсом мощности является бытовая сеть переменного напряжения 220 Вольт. Все что нужно для получения 12 Вольт – понизить, а при необходимости, и преобразовать имеющуюся электрическую величину в постоянную.
Для этого можно использовать один из нескольких способов:
Теперь рассмотрим каждый из способов более детально.
Способ без трансформатора
В случае отсутствия трансформатора, который мог бы понизить напряжение сети до 12 Вольт, обойтись можно и обычным резистором. Дело в том, что падение напряжения на резисторе, подключенном последовательно нагрузке в 208 Вольт обеспечит 12 Вольт на нужном устройстве, при условии, что в сети 220 Вольт.
ЗАГЛУШАЮЩИЙ ТЕПЛОПРИЕМНИК
Перед тем как мы разберем эту тему, расскажем о правилах которые требуется выполнять:
- Питательный блок предназначен для работы только с одним прибором.
- Каждый из внешних элементов должен быть закрыт изоляцией. Не трогайте электронную схему блока, если к ней не подсоединена нагрузка или к нему не подключен стабилизатор для понижения постоянного тока.
Эта последовательность не может привести к смерти, но гарантировано неприятное действие электричества.
Значение уменьшающего охладителя выясняется по уравнению:
Ц (микрофарад)=3200 x I(нагрузки)/ корень из(U вход кв.-U выход кв.) или Ц (мкФ)=3200 x I(нагрузки)/ корень из U вход
Другими способами получать бесполезно, из-за снижения интенсивности с 220 до 12 В, резистором, выделяется очень много тепла, а выполнять обмотку дросселя для получения нужных Вольт не имеет смысла, потому что это очень затратно и трудновыполнимо.
12 Вольт из 24 или другого повышенного постоянного напряжения
Помимо этого существуют ситуации, когда вместо сетевого напряжения 220 Вольт у вас имеется постоянное напряжение большего номинала, к примеру, 24 Вольт. Подобная ситуация может возникнуть, когда автомобилисты хотят заменить автомобильный аккумулятор более мощным от грузовика или автобуса.
Для этой цели может использоваться стабилизирующий элемент на базе того же транзистора, от которого подключается светодиодная лента.
Пример схемы 12В из 24В
Это довольно простая схема, в которой величина выходного тока будет ограничена характеристиками транзистора. Недостатком этого варианта является небольшое снижение напряжения в случае превышения максимального тока для преобразователя. Поэтому в случае недопустимого результата, вместо транзистора можно использовать различные стабилизаторы – линейные или импульсные. Стабилизатор – это более сложное устройство, но схема подключения практически ничем не будет отличаться, так как они продаются единым блоком.
12 Вольт из 5 или другого пониженного постоянного напряжения
Также не будем исключать обратную ситуацию, когда из более низкого уровня напряжения вы можете его повысить, чтобы получить 12 Вольт. Этот пример доступен при наличии 5В в блоке питания персонального компьютера, зарядке для мобильного телефона и от всевозможных переходников и адаптеров под стандартную сеть.
Для повышения постоянных 5 Вольт до уровня 12 Вольт зачастую применяются преобразователи напряжения. В качестве примера мы рассмотрим схему с применением преобразователя на базе микросхемы LM2577. Ее преимущества заключаются в использовании минимального числа компонентов для сборки, также существует несколько моделей со стабильным напряжением на выходе и регулируемый вариант. Единственным существенным недостатком является номинальный электрический ток в 0,8 А.
Пример схемы 12В из 5В
На рисунке выше приведен простой пример, как получить 12 Вольт с помощью микросхемы LM2577. От входных клемм через конденсатор C1 на ввод 5 и 3 микросхемы подается 5 Вольт. Величина на выходе с выводов 4 и 2 микросхемы регулируется соотношением резисторов R2 и R3. Следует отметить, что с практической стороны устройство получается маломощное, поэтому никаких систем принудительного охлаждения или дополнительных радиаторов для нее устанавливать не требуется.
Несколько слов об инверторах, или как из постоянного тока сделать переменный
Преобразование одного вида тока в другой требуется довольно часто. Способ превращения переменного в постоянный прост: применяется диодный мост и сглаживающий конденсатор.
А вот как из постоянного тока сделать переменный, знают не все. Между тем, в сфере электротехники такое преобразование, как будет показано далее, также выполняется довольно часто.
