Блок живлення з трансформаторів СВЧ-печей <

Чи знаєте ви, що напруга на електричному стільці 2 kV? А напруги, що даються описаними нижче блоками харчування, рази в півтора вище ... Сучасне життя створює ілюзію що все можна виправити. На жаль, нет.Тут не комп'ютерна гра, де в запасі кілька життів. Один невірний рух - і пояснювати, чого ви хотіли, але не так вийшло, будете вже архангелу Гавриїлу. Або хто там приймає новоприбулих на те світло, не пам'ятаю ... Будьте уважні, зібрані і не забувайте сім (а при нагоді і 8) разів відміряти і перевіряти.

Наши партнеры ArtmMisto

Ідея використовувати для блоку живлення (БП) потужного Лапова PA силових трансформаторів від побутових СВЧ-печей (СВЧТ) давно має ходіння серед радіоаматорів.

З першого погляду вона здається досить привабливою. Адже СВЧТ віддає потужність 1 ... 1,5 kW (при потужності грубок 650 ... 900 W, відповідно) і має змінну напругу на вторинній обмотці 1800 ... 2300 V (в залежності від типу магнетрона).

Якщо до цього додати малі габарити і невисоку вартість СВЧТ (із згорілих печей їх можна купити за ціною брухту, бо надійність СВЧТ висока і в вийшла з ладу печі СВЧТ практично завжди буде справний), хороша якість виготовлення і заливки, то здається що СВЧТ добре підійде для PA з вихідною потужністю 600 ... 900W (при одному СВЧТ) або 1,2 ... 1,8 kW при парі СВЧТ.

Такий погляд підтримується рідкісними описами успішно працюють РА з блоком живлення на СВЧТ (наприклад, РА VK4YE ).

Описаний ж тих, хто спробував, але нічого путнього не получілпочті немає. Але це не означає, що випадки невдач рідкісні. Ні в якому разі. Просто в такому випадку хвалитися нічим і статтю писати теж ніби як нема про що. Наприклад, той же VK4YE в одному з форумів відзначав, що з чотирьох таких БП два у нього згоріли в перший же день, третій - через пару місяців, і лише четвертий працює 6 років.

Щоб рухатися далі розберемося спершу, як влаштований СВЧТ.

Кардинальне відмінність між СВЧТ і трансформатором БП PA, полягає в тому, що перший з них працює на максимальній потужності, але не більше 30 хвилин (за цей час будь-яку курку можна засушити до стану підошви) і потім вимикається. У РА же трансформатор зобов'язаний працювати годинами і цілодобово. Не завжди на повній потужності (в режимі прийому, наприклад), але завжди довго.

Таким чином, СВЧТ спочатку спроектований, щоб при мінімальних габаритах і ціною віддавати максимальну потужність, але (на жаль!) ​​Лише недовго.

Тому залізо СВЧТ працює в насиченні. Це означає дуже високий струм холостого ходу первинної обмотки. Характерно 2 ... 4 А. Це занадто багато для тривалої роботи в черговому режимі. При такому струмі трансформатор через 40..60 хвилин буде неприпустимо перегріватися навіть при відсутності навантаження.

Якщо якимось чином (додавання витків мережевий обмотки або зниженням напруги на ній) знизити цей струм до прийнятних величин (для звичайних трансформаторів вважається 1 mA на кожен ват вихідної потужності, тобто в нашому випадку до 1 А приблизно), то разом зі зменшенням магнітного потоку в осерді впаде і потужність трансформатора.

Початково, магнітний потік в сердечнику СВЧТ і зроблений настільки великим (із заходом далеко в область насичення сердечника), щоб при малих габаритах передати більшу потужність. Зменшення ж цього потоку (домоткой мережевий обмотки або зниженням напруги на ній) відповідно знизить і габаритну потужність. У кілька разів.

Виглядати це буде так, що трансформатор "не тримає" навантаження і напруга на вторинній обмотці "просідає" майже вдвічі вже при навантаженні в 300 ... 400 Вт.

Але врешті-решт і 300..400 Вт з одного трансформатора це непогано. Чи можемо ми використовувати СВЧТ зі зниженим струмом холостого ходу (з домотать мережевий обмоткою або зі зниженим напругою на ній) в тривалому режимі очікування? Виявляється, теж немає.

У гонитві за економічністю і технологічністю пластини СВЧТ скріплені разом зварюванням. Тобто електрично вони з'єднані між собою, відриваючи пряму дорогу для вихрових струмів. У звичайному трансформаторі сердечник виконується з набору пластин, ізольованих (шаром оксиду) один від одного. Робиться це як раз для того, щоб розірвати ланцюг протікання вихрових струмів, і тим самим помітно знизити втрати в осерді та його нагрів. А в СВЧТ ці пластини дбайливо з'єднані зварюванням між собою, та ще в кількох місцях.

Тому звичайна норма (1 mA на 1 W вихідної потужності) холостого струму первинної обмотки для зварених сердечників СВЧТ не годиться. Навіть при токах холостого ходу 400..500 мА сердечник СВЧТ через 40 ... 60 хвилин розжарюється до 700 ... 800.

В принципі, любителями описані випадки, коли шляхом повного розбирання сердечника СВЧТ (видаленням зварювання), поділу пластин і покриття їх лаком і подальшого складання СВЧТ (на стягають гвинтах) вдалося отримати прийнятний нагрів сердечника при струмі холостого ходу 1 А. Але трудомісткість такої переробки настільки висока, що я не ризикнув би її рекомендувати (хіба що в самому крайньому випадком - коли трансформатор взяти більше ніде, інакше як від СВЧ печі).

Тому повернемося до наших звичайним (звареним, що не переробленим СВЧТ).

Прийнятний нагрів (40..450 на холостому ходу через годину) сердечника СВЧТ досягається лише при холостих токах менше 200 mA. Але для цього потрібно знижувати на первинній обмотці напруга практично вдвічі. Здається привабливим включити два однакових СВЧТ первинними обмотками послідовно (тоді на кожній буде по 110 V).

Необхідний холостий струм і нагрів сердечника при цьому дійсно досягаються. Але ціною значного падіння потужності (сильна "осідання" напруги вторинної обмотки, навіть при відносно невеликій потужності). Тому на практиці такий варіант не годиться.

Мала "осідання" вихідної напруги в СВЧТ досягається тільки при паспортному (або близькому до нього) напрузі первинної обмотки.

Висновок 1: СВЧТ необхідно використовувати при номінальному (220 V) напрузі первинної обмотки. Його помітне зниження різко погіршує здатність навантаження вторинної обмотки.

Висновок 2, що випливає з висновку 1: сердечник СВЧТ буде грітися. Сильно грітися, навіть на холостому ходу. І з цим обов'язково треба щось робити.

Що саме? Можливі лише два варіанти.

1. Включити СВЧТ в мережу постійно і гарненько обдувати його. Наприклад, уклавши в повітропровід і окремим вентилятором. Звичайно СВЧТ гріється. Але при хорошому охолодженні можна утримати його температуру в розумних межах. Зазвичай СВЧТ залитий чимось на зразок епоксидки, каркаси просякнуті нею ж. Тому горіти і плавитися в СВЧТ особливо нічому, і навіть при температурі 50 ... 600 він може довго працювати.

Крім постійного шуму вентилятора, цей варіант має ще й той недолік, що 100 ... 150 W з мережі споживаються постійно і витрачаються на нагрів сердечника СВЧТ. Мало того, що цю потужність, що розсіюється в тепло в осерді, треба відводити обдувом, так ще за неї доведеться і платити. За місяць роботи такого СВЧТ навіть тільки в черговому режимі "нагорить" 100 кВт · год. А якщо в БП два СВЧТ (що часто потрібно), то все 200 кВт · год.

2. Другий варіант не годиться любителям довго CQ-лять і робити 500 QSO на добу. У цьому варіанті СВЧТ включений в мережу не постійно, а через нормально розімкнуті контакти потужного реле, керованого педаллю "RX / TX". Якщо відношення часу прийому до часу передачі перевищує 3 (типово для середньої роботи), то СВЧТ встигає прийнятно охолодитися під час прийому і не вимагає додаткового обдування.

Найбільшим недоліком цього рішення є неможливість QSK, тобто швидкого перемикання на передачу. Адже при включенні на передачу подається мережу на СВЧТ і відбувається заряд конденсатора фільтра харчування. Це вимагає часу - до десятих часток секунди. Крім того, кидки струму при зарядці конденсатора можуть бути великі, а застосування будь-якого роду стартових, токоограничивающих ланцюгів подовжує час включення на передачу.

В принципі, ускладнивши управління, можна зробити і QSK. Але лише в межах тих 30 хвилин, які може без перегріву працювати СВЧТ. Потім потрібно обов'язкова пауза на охолодження (з повним відключенням СВЧТ від мережі).

Інших варіантів немає. Наявні ж два досить незручні. Якщо ці незручності для вашого випадку занадто великі, то викиньте з голови ідею застосування СВЧТ в РА і займіться пошуками звичайних трансформаторів.

Якщо ж якийсь з вищеописаних двох варіантів вас влаштовує, можна приступати до вибору схеми. Він, відверто кажучи, невеликий. І залежить не від вашого бажання, а від конструкції каркаса високовольтної обмотки СВЧТ.

Якщо ізоляція каркаса тонка (зазвичай це тонкий картон, просочений епоксидкой), то вибору немає. Схема може бути тільки такий, як показано на рис. 1:

Мал. 1

Справа в тому, що в "рідному" включенні СВЧТ один з висновків високовольтної обмотки (внутрішній) сидить прямо на корпусі (часто це зроблено прямо на СВЧТ). Тому там немає ніякого сенсу дуже вже якісно ізолювати перший шар цієї обмотки від сердечника - все одно напруга там низька.

Якщо ж ми спробуємо навантажити вторинну обмотку СВЧТ на діодний міст, то ситуація зміниться кардинально. Тепер високе (повне вихідна) напруга щодо корпусу по черзі буде надаватися на обох висновках вторинної обмотки. У тому числі - і на внутрішньому. Тому, якщо якість ізоляції початку обмотки від сердечника викликає сумніви (чи витримає вона 2,5 ... 3,3 кВ?), То схема випрямляча може бути тільки такий, як показано на рис. 1 - внутрішні висновки обох високовольтних обмоток з'єднані з корпусом. Звичайно, обидва СВЧТ повинні бути однаковими.

Якщо ж каркас високовольтної обмотки виконаний з товстого і якісного діелектрика, то можна ризикнути і використовувати звичайну мостову схему випрямляча (рис. 2). Якщо потужності одного СВЧТ не вистачає, можна включити паралельно два однакових СВЧТ (рис. 3).

Мал. 2. Рис. 3.

Така схема більш краща з точки зору отримання максимальної потужності, ніж схема рис. 1.

Справа в тому, що схема рис. 1 хоча і є двонапівперіодною, але має одну неприємну особливість. На відміну від такої двонапівперіодною схеми, в якій вихідна обмотка (з відведенням від середини) намотана на одному сердечнику, в схемі малюнка 1 "половинки" вторинної обмотки намотані на різних сердечниках. Тому є чимало подмагничивание кожного з сердечників постійним струмом.

У звичайній схемі (з декількома обмотками з відведенням на одному сердечнику) цього не відбувається - подмагничивание в різні напівперіоди має різні знаки і тому взаємно компенсується. У схемі ж рис. 1, на жаль, подмагничивание сердечників є (в кожен напівперіод - свого, і компенсації не відбувається, тому що сердечників два), і воно знижує (рази в півтора) максимальну потужність.

Таким чином, схема рис. 2 дає потужність, рівну потужності застосовуваного СВЧТ (вихідна потужність тієї грубки, де стояв СВЧТ, помножена на 1,4..1,6). Схема рис 1 - в півтора рази більше. Схема рис. 3 - в два рази більше.

Ну що, тепер-то можна приступати до виготовлення БП? Ще рано. Спершу треба переробити СВЧТ.

По-перше, непогано б видалити накальную обмотку магнетрона (кілька витків товстим проводом в хорошій ізоляції поверх високовольтної обмотки). Власне наявність цієї обмотки нічому не заважає і її можна залишити (обрізавши до мінімуму її висновки). Але аж надто там хороший провід: високовольтний і не боїться високої температури. Такий дуже стане в нагоді при розведенні анодних ланцюгів РА, тому постарайтеся все-таки змотати накальную обмотку. Але особливо не старайтеся. Якщо не дуже виходить і є ризик пошкодити високовольтну обмотку, то краще залишити все як є.

По-друге, з застосовуваних СВЧТ треба вибити магнітні шунти. Їх два в кожному СВЧТ. Магнітні шунти - це пачки металевих пластин, вставлених у вікна сердечника між мережевий і високовольтної обмотками. Шунти показані жовтим кольором на рис. 4.

Мал. 4.

Початкове призначення шунтів - замкнути на себе частину магнітного потоку і тим обмежити максимальний струм вторинної обмотки. Зроблено це для того, щоб при не допустити "розгін" магнетрона на велику потужність, і перевантаження СВЧТ.

Але в РА від КЗ захищає анодний запобіжник (адже він же є у вас?). А обмеження струму вторинної обмотки нам абсолютно ні до чого: і потужність знижує і "просідання" під навантаженням підвищує. Тому магнітні шунти мають бути видалені.

Це зробити непросто (вони зазвичай щільно вставлені і добре залиті), але дуже бажано. У самому крайньому випадку шунти можна і залишити, але це відсотків на 20..30 знизить віддається потужність і підвищить "просідання" напруги під повним навантаженням.

Вибити шунти найпростіше відповідним за розміром прямокутним сталевим бруском, поклавши СВЧТ на розведені губки лещат. Складність ще й у тому, що залізо шунтів м'яке, і при сильних ударах торець шунтів розклепують, і якщо не повністю заклинюється у вікні, то йде дуже туго.Можно також спробувати, впершись в губки лещат згаданий брусок і протилежну стінку сердечника СВЧТ, видавити шунти зводячи губки лещат. Або хоча б зрушити їх з місця, а вже далі вибивати.

Загалом, процедура видалення шунтів настільки ж непроста, як і необхідна.

Ось тепер ви можете приступати до виготовлення БП. На завершення ще кілька нюансів.

1. Навіть якщо ви застосовує схему рис. 1, то все одно бажано на СВЧТ відірвати від землі внутрішній висновок високовольтної обмотки, і закріпити його на додатковому опорному ізоляторі (якість останнього може бути невисоким). Крапку з'єднання високовольтних обмоток на рис. 1 краще з'єднатися не прямо з корпусом, а через резистор 0,5 ... 1 Ом. І по падінню напруги на цьому резисторі вимірювати струм навантаження, тобто анодний струм.

2. Якщо одержуване після випрямлення напруга занадто велика для використовуваної лампи, то можна знизити його на 10 ... 15%. Для цього треба відповідно домотать мережеву обмотку, використовуючи місце, де раніше були магнітні шунти. Зазвичай в СВЧТ 1,5 витка на вольт, тому треба домативать 30 ... 40 витків. Це непросто, але цілком можливо. Треба подбати про гарну ізоляції, здатної витримувати високу температуру, бо в будь-якому випадку в СВЧТ досить жарко.

3. Правильність фазировки в схемах 1 і 3 зручно перевіряти, тимчасово подавши на первинні обмотки СВЧТ 5 ... 6 V змінної напруги від окремого трансформатора. Але навіть в цьому випадку будьте обережні: на високовольтній обмотці буде близько 60 V, а в схемі рис. 1 - близько 120 V (між висновками, що йдуть на діоди). Це звичайно не 2 ... 3 kV, але міцно смикнути (а при невдалому збігу обставин навіть і вбити) цілком може.

4. Про діодах. У схемах малюнків 2 і 3 зворотна напруга на діодах дорівнює вихідному, а в схемі рис.1 - вдвічі перевищує його.

Діоди (вірніше збірки) можна застосовувати від СВЧ печей. По напрузі вони мають великий, запас (його вистачає навіть для схеми рис. 1), чого на жаль, не скажеш про струмі. Тому краще зробити збірку зі звичайних випрямних діодів, зашунтировав кожен вирівнюючими конденсаторами (0,01 ... 0,033 мкФ) і резисторами (300 ... 600 кОм 2 W). Але це досить клопітно: на кожен діод по резистору з конденсатором. Адже діодів треба багато і виходить досить великий блок.

Найкращим рішенням є застосування високовольтних випрямних діодів, які при невеликому перевищенні допустимої зворотної напруги переходять в режим стабилитрона.

При послідовному включенні декількох таких діодів немає необхідності в вирівнюють резисторах і конденсаторах. Якщо в силу якихось причин на ланцюжку діодів на одному з них надмірно підвищиться зворотна напруга, то він перейде в режим стабилитрона і скине зайву напругу на інші діоди ланцюжка.

Я б рекомендував діоди 1N5408 . Їх допустимий зворотна напруга 1 kV, при напрузі 1,2 kV вони переходять в режим стабилитрона. Струм 3 A (піковий 200). І при всьому тому, роздрібна ціна їх - 15 ... 20 центів. З огляду на економію на вирівнюють резисторах і конденсаторах - майже задарма.

4. Конденсатор фільтра. Якщо у вас набір електролітичних конденсаторів, то навіщо ви читали цю статтю? Навіщо вам силовий трансформатор? Докупити ще таких же конденсаторів і зробіть безтрансформаторний РА . Якщо застосовуються електролітичні конденсатори, то силовий трансформатор - абсолютно непотрібна деталь.

Він потрібен, якщо застосовується один високовольтний плівковий конденсатор, який (на відміну від електролітичних) може працювати без заміни багато десятиліть. Але зате до нього потрібен підвищує силовий трансформатор.

Ємність конденсатора фільтра вибирається виходячи із струму навантаження IН і допустимої амплітуди пульсацій випрямленої напруги ЕПУЛЬС, за такою формулою:

С = 5IН / ЕПУЛЬС,

де:

С - в мкФ,

IН - в mA,

ЕПУЛЬС - в V.

Прийнято вважати, що для РА із загальною сіткою ЕПУЛЬС може бути до 10% від анодного напруги, а для схем із загальним катодом - до 5%.

Слід також врахувати, що на величину ЕПУЛЬС знижується вихідна напруга випрямляча під навантаженням. Причому це падіння йде додатково до зниження вихідної напруги через втрати на обмотках і діодах, а також з-за обмеження потужності сердечником трансформатора.

Приклад. Схема рис. 1. СВЧТ (від грубок з потужністю 800 W) ма ють 2 kV змінного напруги. На холостому ходу віхідна напряжение буде 2,8 kV (просто в 1,4 рази больше). Максимальний струм НАВАНТАЖЕННЯ 0,8 А. Ми можемо допустіті максимально амплітуду пульсацій 100 V. За наведення формулою отрімуємо, что конденсатор повинен буті НЕ менше 40 мкФ. Падіння напруги джерела під повним навантаженням складеться з:

- ЕПУЛЬС, яка, як ми порахували-задали складе 100 V.

- Падіння на активному опорі вторинних обмоток і діодів (в кожному плечі використана ланцюжок з 8 діодів 1N5408) - близько 100 V.

- Падіння напруги через втрати в осерді 100 V.

Тобто під струмом 0,8 А загальне падіння напруга буде 300 V, вихідна напруга буде складати 2,5 kV з пульсаціями 100 V.

При налагодженні БП не забувайте розряджати конденсатори. Хоча б так . Забійне напруга на плівкових конденсаторах без ланцюгів розряду може зберігатися кілька діб.