Инвертор без транзисторов за 5 мин (с 12 на 220 в, плюс сирена как бонус). Теория и эксперимент (часть 1 из 2)

  Дождались наконец-то, именно так, вам не послышалось - инвертор без транзисторов, а еще без двойных, симметричных обмоток трансформатора!





  Инверторы, как приборы трансформации постоянного напряжения, нет не вошли, а просто навалились в современную жизнь. Без них не обходится например, солнечная энергетика, автомобилисты без инверторов не смогут лишний раз посмотреть телевизор на 220 в и тд.



  Напомню, инвертор - устройство, которое превращает низкое (или высокое) напряжение (преимущественно постоянное) в высокое (или низкое, преимущественно переменное), то есть это устройство трансформации именно постоянного напряжения в любуе другое, как правило, с минимальными потерями мощности.

  Преобразователи только переменных напряжений называют - трансформаторами. Просматривая много схем инветоров можно заметить, что у всех есть транзисторы. Причем транзисторы преимущественно еще те, самие дорогие, полевые, которые боятся лишних разрядов, статического электричества, коротких замыканий, их еще надо мазать специальной теплопроводящей пастой (или клеем) и ставить на них не маленький радиатор, или вентилятор.





  А та еще морока - разбирать и наматывать на трансформатор двойную симметрическую обмотку в противоположные стороны, тупо - напряжно.
  Какой же принцип работы инвертора без транзистора и что я здесь придумал, а?

Начнем с классики:

  Вспомните, что повышает напряжение в инверторе, да - трансформатор. Но трансформатор может работать только с переменным током, так как только переменный ток трансформируется внутри инвертора.



  А чтобы получить этот переменный ток - именно применяют транзисторные генераторы, преимущественно низкой частоты.
  Здесь правда, с одним "но" - не обязательно использовать переменный ток, трансформировать можно и постоянный, но прерывистым ток (импульсный, ток типа: "есть - нету - есть"):

  Чтобы понять как работает постоянный, но прерывистый ток с трансформатором, подключите первичную обмотку трансформатора (там где меньше витков) к аккумулятору (12 в), а вторичную (там где больше витков) к вольтметру.

Теперь прерывая питания вручную одним проводом, наблюдаем появление высокого напряжения на вторичной обмотке (там где больше витков) ее фиксирует вольтметр.

  Интересно, высокое напряжение на выходе вторичной обмотки трансформатора тоже будет постоянным (очень малое изменение полярности), но прерывистое ("плюс" и "минус" на выходе не меняется, а идет постоянное напряжение с прерыванием, что задается частотой ручного прерывания контакта):



  Конечно держать аккумулятор в руках и постоянно прерывать контакты, это не дело. Все должно быть автоматическим. Здесь наверное надо вернуться к транзисторам, а нет.



   В качестве коммутатора у нас будет выступать реле, но реле не обычное, а очень обычное, хотя качество должно быть высоким.
Реле бывают разные:





  Дело в том, что каждое реле содержит железный стержень, обмотку на нем и контакты, которые замыкаются или размыкаются в зависимости от того есть ли напряжение на реле.






  Если на реле нет напряжения, замыкается один контакт (например, "нет"), при включении напряжения контакт меняется (например, на "да").
  Скорость реакции контакта реле зависит от многих факторов:

- величины тока на катушке (сопротивление катушки);
- величины напряжения;
- степень сжатия пружины;
- величины зазора между железным сердечником реле и поверхностью подвижного контакта;
- длины плеча контакта (чем короче плечо, тем больше скорость срабатывания реле);
- скорости розмагничивания сердечника при пропадании напряжения;
- плотности среды, в которой находится подвижная часть реле (например, в вакууме нет трения воздуха);
- температуры и тд.
  
  Сведения о факторах влияния на скорость срабатывания реле и регулирования его, необходимые для следующего шага.
  А именно, разборки схемы работы реле в режиме "непрерывного переключения":



При таком подключении реле, буквально "срывается с катушек" это можно не только увидеть, но и услышать. Почему так происходит, частично описано выше.

  Короче говоря, здесь дело в пружине реле, когда подается напряжение на реле, оно срабатывает, тем самым размыкает свою цепь, пружина возвращает контакт снова на свое место и цикл продолжается сначала. За 1 с в зависимости от добротности пружины (но не только пружины) может быть 100 и более замыканий и размыканий.

  Такую особенность реле я заметил почти случайно во время своих экспериментов.
  Соответственно, добавив в схему трансформатор, получаем генератор и инвертор напряжения:



  Переносим схему в экспериментальную плоскость, для этого нужно:






 Инструменты и приборы:

- мультиметр (меряем напряжение, лучше использовать стрелочный вольтметр, так как цифровые иногда не могут зафиксировать прерывистое напряжение);
- аккумулятор (на 12 в);
- паяльник;
- реле (на 12 в);
- трансформатор (с 12 на 220 в, 10 Вт);
- лампа (220 в, 1 Вт);
- головной телефон (на 50 Ом).





 Расходные материалы:




- провода;
- "крокодилы" (4 шт.);
- припой;
- канифоль.



Этап 1.
  Подключаем реле к аккумулятору по схеме, сразу услышим работу реле:




Этап 2.
  Присоединяем трансформатор к реле и фиксируем высокое напряжение а выходе (здесь иногда лучше использовать стрелочный вольтметр):



Этап 3.
  На выходе трансформатора устанавливаем лампу на 220 в, малой мощности, она светит (а при 12 в не светит):



Этап 4.
  Если вместо лампы подключить головной телефон (работает как с, так и без трансформатора), то оттуда будет выдаваться звук, чем-то похож на сирену:



  Итак, схема работает, выдавая приятное жужжание. В отличие от инвертора на транзисторах, моя схема инвертора на реле содержит меньше деталей. КПД точно не мерил, ну приблизительно 65 % (с учетом КПД трансформатора).

  В следующей статье - продолжение данной, я рассмотрю более практические, усовершенствованные и мощные схемы инвертора без транзисторов.

Видео: