Dc ac преобразователь с синусоидальным выходным напряжением

Содержание

Инвертор DC/AC преобразует постоянный ток в переменный. При этом может изменяться величина электрического напряжения. Устройство представляет собой отдельный прибор или является частью системы источников бесперебойного питания для различной аппаратуры. Может иметь контроллер заряда.

Для чего нужен инвертор DC/AC

Преобразователи AC/DC используются постольку, поскольку маломощные генераторы постоянного тока не могут эффективно питать современные приборы.

Развитие технологий требует применения усовершенствованных способов защиты данных и аппаратуры при внезапном отключении электричества.

К примеру, если ПК сталкивается с отключением сети, инвертор DC/AC и резервный аккумулятор образуют источник бесперебойного питания. Это позволяет безопасным образом закончить работу устройства.

DC – это постоянный ток, AC – переменный. Инвертор также служит промежуточным элементом в цепи преобразователей энергии. В этом случае прибор работает на высокой частоте в десятки и сотни килогерц.

Как работает инвертор DC AC

Переменное напряжение в инверторе образуется за счет частых подключений источника постоянного напряжения к противоположным клеммам нагрузки. Направление движения тока в результате чередуется.

Принцип работы станет понятнее, если представить, что к резистору попеременно то минусом, то плюсом подключается батарейка. Чередование должно осуществляться с высокой скоростью.

Существуют импульсные преобразователи следующих типов:

Механические. Преобразование постоянного тока в переменный происходит за счет частого переключения контактов.
Полупроводниковые. Отличаются более высокой эффективностью.
Цифровые. Используются на телекоммуникационной аппаратуре.

Инвертор генерирует осциллирующие (колебательные) импульсы. Форма выходного напряжения устройства DC/AC бывает:

Используется в высокоточных и сложных приборах, восприимчивых к качеству напряжения. Синусоида получается благодаря широтно-импульсной модуляции. Инверторы с такой формой напряжения являются очень дорогими.

Квазисинусоидной, или ступенчатой.

Это более дешевый вид импульсного преобразователя напряжения. Подходит для установки на нагревательные и осветительные приборы бытового назначения.

Импульсной, или прямоугольной.

Из-за особенностей такой синусоиды, смена полярностей происходит резко. Для обычного пользователя это означает, что использование дешевого преобразователя напряжения может привести к нежелательной поломке таких чувствительных устройств как холодильник или стиральная машина. Опасности также подвержена дорогостоящая видеоаппаратура, аудиотехника.

Что стоит учитывать, определяя эффективность преобразователя питания:

КПД;
допустимый Power Factor (PF), или коэффициент мощности;
качество напряжения на выходе;
допустимый пик-коэффициент, или Crest Factor;
перегрузочную способность устройства.

В каких режимах может работать инвертор DC/AC:

Перегрузка. В этом случае преобразователь способен до 30 минут отдавать такую мощность, которая до полутора раз превышает номинальную.
Длительная работа. Функционирование осуществляется при номинальной мощности инвертора.
Режим пусковой. Устройство отдает повышенную мощность на несколько миллисекунд. Это запускает электродвигатели.

Инвертор DC/AC не рассчитан на постоянное функционирование в режиме пиковой мощности на протяжении длительного промежутка времени.

Инвертирующая схема

Классификация DC/AC по исполнению схемы:

Предназначены для питания устройств мощностью до 500 Вольт-Ампер (В·А). Имеют относительно простую схему. Нулевой вывод трансформатора дает 2 напряжения с противоположной фазой и одинаковым значением.

Мостовые инверторы напряжения.

Схемы без трансформатора используются в устройствах, работающих с мощностью выше 500 ВА, или на высоковольтных установках.

Включают в себя мостовую схему с трансформаторами. Эта особенность комбинированных инверторов позволяет выпускать преобразователи, обладающие обширным диапазоном мощностей. Они могут колебаться от единиц и до десятков кВА.

Приведем схемы указанных преобразователей напряжения:

Инвертор DC AC — разновидности

Какие существуют классы AC/DC преобразователей в зависимости от принципа их действия:

Называются также «ведомыми». Преобразуют электроэнергию, отдавая ее в сеть переменного тока. Этот принцип действия представляет собой полную противоположность выпрямителя (так зовется прибор, преобразующий переменный ток AC в DC).

Занимаются преобразованием электротока с регулируемой или неизменной частотой. Работают на нагрузку, не имеющую связи с сетью переменного тока.

Какими бывают автономные преобразователи напряжения AC/DC:

Форма выходного напряжения таких инверторов зависит от порядка коммутации силовых ключей. На входе имеет конденсатор с большой емкостью. Форма тока на выходе задается характером нагрузки. В большинстве источников бесперебойного питания AC/DC используются инверторы АИН.

В этом случае характером нагрузки определяется именно форма выходного электрического напряжения, а не тока. На советских аэродромах использовался стационарный преобразователь АПЧС-63У1.

Резонансные инверторы чаще всего применяются для получения высокочастотного напряжения (от 0,5 до 10 кГц). Обычно работают на нагрузке в 1 фазу. Часто эксплуатируются в области электротермии, на установках индукционного нагрева.

В зависимости от конструкции:

Однофазный инвертор DC/AC. Может иметь на выходе так называемый «чистый синус» или сигнал упрощенной формы.
Двухфазный. Часто используются на сварочных аппаратах.
Трехфазные инверторы чаще всего нужны для подачи соответствующего тока на электродвигатели. Высокомощные устройства этого типа устанавливаются в тяговых преобразователях.
Многофазные.

Чем отличается инвертор DC AC от конвертора

Инвертор напряжения преобразует переменный ток (AC) в постоянный (DC), и наоборот. Устанавливается на промышленной технике, активно используется при работе с бытовыми приборами. Предназначен для подачи на устройства бесперебойного изолированного питания.

Инвертор DC AC используется также в сварочных аппаратах. Применение преобразователя позволяет уменьшить размеры и вес подобных приборов. Это способствует облегчению транспортировки и повышает удобство при эксплуатации данных устройств.

Существуют также приборы другого класса, предназначенные для понижения или повышения электрического напряжения переменного тока. Они называются «конвертеры» AC/AC.

Существуют и конвертеры DC/DC. Они преобразуют постоянное напряжение. Виды тока при этом не меняются. Будучи частью одной системы, они делают это таким образом, чтобы каждый отдельный аккумулятор получал именно то напряжение, которое ему нужно.

Где приобрести

Купить инвертор DC AC и оптроны можно в интернет-магазине «ТМ Электроникс». В каталоге представлен широкий выбор преобразователей.

Можно запросить звонок на сайте. Вам перезвонит менеджер и поможет сориентироваться в выборе продукции. Чтобы оформить заказ на сайте компании самостоятельно, добавьте товар в корзину и заполните форму.

Преимущества сотрудничества с «ТМ Электроникс»:

Товар распространяется по всей России. Доставим заказанный инвертор и любые сопутствующие электронные компоненты к терминалу транспортной компании или по указанному при оформлении покупки адресу. Курьер обязательно сообщит о своем приезде, если вы укажете свои контактные данные.

В наличии полупроводники, оптоэлектроника, трансформаторы, переключатели, кабели, компьютерные аксессуары и другие электронные комплектующие.

Вся продукция сертифицирована. Полное соответствие существующим в сфере радиоэлектроники ГОСТам.

Качественный и надежный сервис, соответствующий европейским стандартам обслуживания.
Мы заказываем устройства и электронные компоненты к ним напрямую у производителя.

Это позволяет не завышать стоимость продукции и продавать технику по максимально выгодной для покупателя цене.

Техническая поддержка на русском языке.

Это обеспечивает покупателю удобство использования нашего сервиса на всех этапах сотрудничества.

Поиск электронных компонентов под индивидуальные нужды каждого клиента. Осуществляется инженерная поддержка. Занимаемся подбором элементной базы.

Удобная оплата без комиссии. Купить инвертор можно онлайн, через электронный кошелек или по банковской карте.

Многолетний опыт позволяет нам предлагать покупателю только самый качественный товар. В TME продаются электронные компоненты от лучших зарубежных поставщиков.

Для посылок стандартных размеров предоставляем услугу бесплатной доставки. Условия пересылки крупногабаритных грузов рассчитываются отдельно. Возможен самовывоз из пунктов выдачи.

Читайте больше полезных и интересных статей в интернет-журнале PClegko.

Вот очень простой инвертор чистой синусоиды на основе микроконтроллера PIC16F628A.

Для тех, кому интересно: Да, я и сама разработала концепт схемы, схему и компоненты, но мне пришлось нанять программиста для написания кода, так как я понятия не имею, как программировать, я даже заплатила ему деньги за эту работу, т.к. сейчас никто не работает бесплатно, и, наверное, если бы он видел эту статью, он бы смеялся над тем, что тут я отдала всё бесплатно :-/.

Главное, используемое для создания синусоиды:
Наиболее тяжелую работу в этой схеме делает чип 16F628A, он делит полуволны на небольшие сегменты, генерирующие ШИМ-импульсы для создания каждой полуволны, как показано на рис, затем созданные колебания усиливаются 4 транзисторами Q1, Q2, Q3 и Q4, где они набирают мощность для управления силовыми транзисторами. Нет ничего проще, чем это!

Есть 2 варианта программирования 16F628A:
1 – Большинство магазинов по продаже электронных компонентов сделают это для вас за дополнительные 3$. Вы берете программу, в нашем случае файл "Inverter.HEX", записанную на диске, в магазин и они вручают вам уже запрограммированный 16F628A.
2 – Если вы радиолюбитель, я предлагаю вам купить свой собственный программатор (Я купила свой за 22$) и экспериментировать с ним, потому что количество приложений, создаваемых на микроконтроллере безгранично. Я купила самый дешевый/простой USB, DIY K128. Он пришел вместе с компакт-диском с программным обеспечением MicroBurn "старые версии известны как MicroPro" и драйвером для вашего компьютера, после установки драйверов и проведения операций, он запрограммировал 16F628A IC за 10 секунд!

По ссылке можно посмотреть, как выглядит программатор .

Фильтр:
2,2 мкФ конденсатор, который является фильтром, очень важная часть этого проекта, без него вы никогда не получите синусоиду.
Я приложила 2 снимка экрана осциллографа (с фильтром и без фильтра), поэтому вы можете увидеть разницу и важность этого конденсатора.

Другие примечания:
– К статье прилагается файл фильма "IMG_0690.MOV". Если возникнут какие-либо проблемы, и нужно будет увидеть форму волны на контактах 11 и 12 16F628A.
– PIC16F628A чувствителен к статике, если вы сидите на пластиковом стуле, никогда не касайтесь контактов микросхемы.
– Вы можете сделать более мощную версию этого инвертора до 5000W.Чтобы узнать, что необходимо сделать на этапе усиления, смотрите это в другой статье.

Для совершенства этого инвертора нужно добавить ещё несколько опций, что бы он мог:
– Обнаружение низкого уровня заряда батареи постоянного напряжения для включения зуммера и автоматической остановки колебаний в некоторый момент.
– Обнаружение перегрева для запуска вентилятора.
– Индикатор уровня заряда батареи на 3 светодиода (Высокий-Средний-Низкий).

Цена: $7.45

Перейти в магазин

Инве́ртор (DC/AC converter) — устройство для преобразования постоянного тока в переменный с изменением величины частоты и/или напряжения. Обычно представляет собой генератор периодического напряжения, по форме приближённого к синусоиде, или дискретного сигнала.

В моём случае инвертор – модуль, который преобразовывает напряжение 12В постоянного тока в переменное напряжение 220В (20кГц!).
Смотрим на страницу магазина.

Не всё правда. Поэтому читаем обзор и делаем выводы.
Модуль пришёл в запаянном антистатическом пакете.

Без повреждений.

Никаких инструкций не было.
Размером небольшой.

Силовые транзисторы (IRF3205) без радиатора. Немного удивило (150Вт однако).

Никаких предохранителей не предусмотрено. Других защит тоже не имеет.
Предусмотрена защита «от дурака» только при питании микросхемы генератора SG3525A . Напряжение поступает через диод.

На сайте магазина не всё указано про подключение. Имеются нюансы. Кое-что не совсем точно. Я указал на картинке напряжения в пересчёте на 220В на выходе. При другом выходном напряжении (в зависимости от нагрузки и напряжения источника) меняются пропорционально.

Для подключения генератора необходимо перемкнуть контакты на плате. Иначе напряжение питания на него не поступит. Очень удобно включать/отключать преобразователь.
«Потроха» изучил.
Теперь стОит поглядеть на синусоиду.
Собрал простенькую схему.

В качестве источника 12В БП Wanptek KPS3010D. Обзор делал.
Сначала глянул «синусоиду» без нагрузки. Как и ожидалось, на выходе не синусоида. При 13В на выходе БП сигнал на выходе преобразователя представляет собой меандр частотой 20кГц! и напряжением 229,4В (True RMS).

Лампу накаливания запитать можно, но ни в коем случае не надо даже пытаться запитать электродвигатели. Они не выдержат такую частоту :)
При включении на блоке засветился светодиод.

Схему решил опробовать сначала на малой нагрузке (лампа накаливания 25Вт).

Картинка немного изменилась. Но на выходе не синусоида, а всего лишь её ступенчатая аппроксимация. В большинстве бытовых источниках бесперебойного питания форма выходного сигнала схожая. Правильная синусоида стОит намного дороже. А тут ещё и частота…
Под нагрузкой (25Вт) действующее значение напряжения снизилось до 220,3В. Амплитудное значение напряжения около 240В.
Протестировал с разными входными напряжениями.
Напряжение БП→Ток→Напряжение на выходе преобразователя.
11,5В→1,91А→195,3В
12,0В→1,95А→202,5В
12,5В→2,00А→212,1В
13,0В→2,04А →220,6В
13,5В→2,08А →229,5В
14,0В→2,12А →237,2В
14,5В→2,16А →245,9В
Нет никакого намека на стабилизацию. Чем выше входное напряжение, тем выше напряжение на выходе.
Нагрузку увеличил. На выход подключил лампочку на 100Вт.

Напряжение на выходе преобразователя просело. Но он продолжал исправно трудиться. Ток на выходе БП увеличился почти до 7А.

КПД преобразователя очень высокий. Транзисторы холодные. Меня сначала удивило то, что они без радиатора. После тестирования успокоился. Они даже при 100Вт нагрузки остаются еле тёплыми.
При напряжении на выходе БП 13В и нагрузке в 100Вт напряжение на выходе преобразователя упало до 209,7В.

Под нагрузкой напряжение проседает. Но эта нестабильность не так сильно выражена, как при изменении входного напряжения.
Хотел запитать «плоский» телевизор от преобразователя. В современных телевизорах сетевое напряжение выпрямляется, а затем уже преобразуется. Не сработало. Ноутбук тоже не стал «хавать» халяву. Видно, большие пусковые токи при подключении. БП перешёл в режим стабилизации по току, и напряжение упало.
А вот зарядка от телефона проглотила нестандартное питание.

Вот такой вот необычный преобразователь, который тоже имеет право на жизнь.
Основное всё есть.

Определю его в подходящую коробочку и брошу в машину. Авось пригодится подключить паяльник или лампочку.
Кажется, всё рассмотрел и всё измерил. Пора заканчивать.
Удачи всем!