Нещодавно для експериментів знадобилося напруга 220 В з розв'язкою від фази. Порився в «тумбочці» - готового рішення немає. Є залізо від ТС-180. Можна намотати трансформатор 1: 1. І вже було зібрався робити, коли на очі попалися валяються без діла джерела безперебійного живлення Back-UPS CS-500 (модель BK500EI) (рис.1). А адже в них стоять досить потужні трансформатори в перетворювачі - чому б не спробувати на одному знизити напругу, а іншим знову підвищити? Вийде необхідна розв'язка ...
Трансформатори в перетворювачах зроблені досить добротно - пластини проварені в двох місцях, обмотки залиті чимось схожим на епоксидний клей, але більш прозорим. Мережева обмотка намотана зверху. Товщина дроту по ізоляції 0,5 мм. Вхідні провідники (білий і чорний) роблять два витка через ферритові кільце (рис.2).
Вторинних обмоток дві (рис.3). Одна з них, Потужнострумові, має відвід від середини і намотана дротом діаметром 1,6 мм (по ізоляції). Це висновки червоного, чорного і білого кольорів. Інша вторинна обмотка виконана проводом діаметром по ізоляції 0,5 мм. Її висновки коричневого і синього кольору.
При перевірці струму холостого ходу трансформаторів виявилося, що вони трохи різні. У одного ток близько 55 мА, в іншого - 42 мА. Вихідні напруги теж відрізнялися, приблизно на 0,15-0,2 В.
Потім вирішив перевірити, як поводиться такий перетворювач як фільтр гармонік напруги і всілякого сміття, присутнього в ньому. До вхідних і вихідних ланцюгів були підключені резисторні подільники R1R2 і R3R4 (рис.5), сигнал з яких подавався в звукову карту комп'ютера і оброблявся програмою SpectraPLUS.
Спектральна характеристика, знята в смузі частот 10 Гц - 23 кГц, показана на малюнку 6. Тут і далі по тексту верхній графік (лівий канал) - вхідний напруга мережі, нижній (правий канал) - вихідна. «Палка», що стоїть в обох каналах на частоті 17,7 кГц - це внутрішня проблема комп'ютера, ця перешкода присутній завжди, змінюється тільки її рівень. Великий рівень і кількість гармонік напруги обумовлений спотвореної формою синусоїди - обрізані верхівки полуволн. Ну, а в цілому видно, що особливої різниці в АЧХ між вхідним і вихідним сигналом немає. Це говорить про достатню, в даному випадку, навіть надлишкової, широкополосности трансформаторів в звуковому діапазоні. Більш високочастотні сигнали, наведені на мережеві проводи, напевно так само проходять зі входу на вихід, але вже не за рахунок трансформації, а через ємнісні зв'язок між первинною і вторинною обмотками. Феритові кільця на висновках первинних обмоток починають ефективно працювати, швидше за все, з частот 5-10 МГц.
Спробував поставити паралельно низьковольтних обмоток плівкові поліпропіленові конденсатори С1 і С2 ємністю по 150 нФ (рис.7) і оцінити їх вплив.
На нижньому графіку малюнка 8 видно деякі зміни на частотах вище 10 кГц. Але цього занадто мало для того, щоб називатися «фільтром». Може бути, високі частоти він і «тисне», але все низькочастотні поки пропускає.
Поставив в високовольтні ланцюги стандартні комп'ютерний мережеві LC фільтри, а в низьковольтні ланцюги - дроселі L2 і L3 (рис.9 (резистори дільників в схемі тут і далі не показані, але вони завжди стоять на вході і виході схем)). На нижньому графіку малюнка 10 став помітний більш крутий спад на частотах вище 1,5 кГц.
Але також помітно невелике збільшення рівнів гармонік на частотах з 650 Гц по 1550 Гц. Можливо, що це пов'язано з протіканням сильних струмів через дроселі L2 і L3, намотаних на феритових кільцях, взятих з комп'ютерних блоків живлення (рис.11). Кільця мають розмір 27х14х11 і пофарбовані в жовтий колір. Обмотка складається з 20 витків емальованого дроту діаметром 1,5 мм.
Але в цілому, характеристики схеми влаштовували, вона була зібрана і благополучно виконала своє завдання.
А недавно вирішив зібрати такий же розв'язують фільтр, але з акцентом на фільтрацію, і живити через нього старенький програвач компакт-дисків. Подумав, що раз вже ПКД зовсім «дрімучий», то фільтр перешкодити йому не зможе.
Схема піддалася невеликій переробці (рис.12). Виявилося, що весь «акцент на фільтрацію» полягав у тому, що було досить прибрати дроселі, намотані на комп'ютерних феритових кільцях, а на їх місце поставити один стандартний Д-165У. Судячи по довіднику [1], такий же дросель, але без літери «У», намотаний на залозі ШЛМ25х25, має індуктивність 1,2 мГн при струмі підмагнічування 18 А. Опір обмотки 0, 0212 Ом. Ємності конденсаторів С5 і С6 були набрані з великої кількості всіляких МБГ, К73-11, К73-16 і К77-1. Конденсатор С5 спільно з L2 виконує функцію фільтрації перешкод, створюваних блоком живлення навантаження. Поліпропіленові конденсатори C4 і C7 серії PPN залишені в схемі, тому що мають малу індуктивність і повинні добре гасити високочастотні перешкоди.
Вхідні і вихідні LC фільтри (рис.13) використовувалися такі ж, як і в схемі на малюнку 9. У разі роботи розв'язує фільтра в трьохпровідний мережі, точки з'єднання конденсаторів С1С3 і С8С10 можна підключити до «землі» (до кожного фільтру - окремий провід ).
Треба сказати, що ємності конденсаторів С5 і С6 в 30-40 мкФ вже вистачає для нормальної фільтрації, але у мене було кілька зайвих низьковольтних конденсаторів і місце для них в корпусі, що дозволило не економити і отримати на виході АЧХ, показану на малюнку 14. різниця при застосуванням конденсаторів ємністю 30 мкФ невелика - близько 2-3 dB на ділянці частот від 500 Гц до 2 кГц (скріншот, на жаль, не зберігся).
Всі наведені вище спектри були зняті з підключеної як навантаження лампою розжарювання потужністю 60 Вт. Видно, що на частоті 550 Гц гармоніка пригнічена майже на 10 dB, на частотах з 1050 Гц до 5 кГц - приблизно на 20 dB. Вище за частотою рівні гармонік в мережі настільки малі, що їх можна не брати до уваги. Але це не означає, що фільтр там не працює.
Тепер про АЧХ при підключенні до фільтру CD програвача «Вега-122С». Судячи з інформації на задній стінці, споживана їм потужність дорівнює 15 Вт. Блок живлення трансформаторний. Напруга, що видається фільтром при підключеному ПКД, виходить близько 214-216 вольт в залежності від режиму роботи.
Так як ця перевірка проводилася в інший день, спочатку подивимося стану мережі без підключеного фільтру і навантаження (рис.15). Видно деякі відмінності в порівнянні з малюнком 14.
Далі, на малюнку 16. показаний графік при включеному безпосередньо в мережу ПКД в режимі «Відтворення». При тому, що мережа 220 В має низький внутрішній опір, все одно помітно невелике збільшення рівнів гармонік в районі 2-3 кГц. Звідки вони беруться, буде показано нижче.
На малюнку 17 показаний скріншот при підключенні ПКД через фільтр.
Видно, що рівні гармонік на графіку напруги наблизилися до стану мережі без підключеного ПКД (рис.15). Поява ж у вихідній напрузі парних гармонік і підвищення рівня непарних пов'язано з роботою доданих випрямлячів в блоці живлення ПКД і збільшенням внутрішнього опору джерела живлення для ПКД. Ті самі, що з'явилися на малюнку 16 гармоніки, пов'язані з моментами підзарядки електролітичних конденсаторів під час відкривання і закривання діодів випрямляча.
Кілька зменшити деякі гармоніки на виході фільтра можна зміною ємності конденсатора С9 (нумерація по малюнку 12), але, так як він підключений паралельно високовольтної обмотці Tr2 і первинної обмотці трансформатора навантаження, то утворює спільно з ними контур і на деяких гармониках може входити в резонанс. При перевищенні конденсатором С9 ємності 5-10 мкФ резонанс можливий навіть на основній частоті 50 Гц, що, відповідно, викличе сильне збільшення вихідної напруги. Тому при використанні С9 ємністю більше 0,1-0,2 мкФ і зміні навантаження фільтра може знадобитися перевірка вихідної напруги і коригування в разі перевищення норми.
Для розуміння процесів, що проходять в трансформаторному блоці живлення і викликають появу перешкод, була зібрана схема по малюнку 18. Трансформатор застосовувався такий же, що і в вищеописаних фільтрах. Напруга на конденсаторі С1 і, відповідно, на резисторі навантаження Rнагр було близько 20 В (виміряно мультиметром ВР-11А). Опір Rнагр - 100 Ом (резистор марки ПЕВ-10). Виходить, що постійний струм, поточний через нього, дорівнює 200 мА. Резистор R1 - це датчик струму підзаряду конденсатора. Падіння напруги з нього подавалося в звукову карту комп'ютера. Вхід карти закритий по постійному струму, тобто сигнал проходить через конденсатор, тому повільні процеси відображаються з помилками і осі графіків зміщуються щодо нульової позначки, але в даному випадку це не критично.
Після включення блоку живлення в мережу і встановлення на конденсаторі С1 напруги 20 В через датчик струму R1 проходять імпульси, форма яких показана на малюнку 19. Вони виникають під час відкривання діодів моста. Діоди починають відкриватися і пропускати через себе струм тільки тоді, коли рівень напівхвилі, що йде з трансформатора Tr1, перевищить на 1,5 В (приблизно) рівень потенціалу, присутнього на конденсатора С1. Конденсатор починає заряджатися і через R1 починає текти струм. На малюнку це передній (лівий), більш пологий фронт імпульсу. Крутий же спад імпульсу струму (правий) обумовлений тим, що діоди закрилися (і ніякої струм через R1 НЕ тече) після того, як рівень напівхвилі, що пройшла точку екстремуму, став менш напруги, накопиченого конденсатором С1 плюс 1,5 В (приблизно). Далі за часом, до того моменту як знову почнеться підзарядка, конденсатор віддає накопичену енергію в навантаження. Згадувані 1,5 В - це напруга падіння на двох діодах, що стоять в протилежних плечах моста. В основному воно залежить від марки діодів і від протікає через них струму. Тому і пишу «приблизно».
Отже, на малюнку 19 видно імпульси амплітудою близько 110 мВ. Це говорить про те, що через R1 протікає струм 1,1 А. За першим правилом Кірхгофа виходить, що 200 мА доводиться на резистор навантаження Rнагр, а 900 мА - на підзарядку конденсатора.
На малюнку 20 показані падіння напруги на R1 при Rнагр = 300 Ом. Тут сумарний струм близько 500 мА, тобто на резистор навантаження припадає 67 мА і на конденсатор 433 мА.
Наведені приклади розрахунку справедливі у випадку, коли між доданими мостом і фільтрує (накопичувальним) конденсатором присутній яка-небудь ланцюг з опором саме 0,1 Ом (наприклад, тонкі дроти). Якщо ж це опір менше, то струм заряджання конденсатора, відповідно, стає більше. А це означає, що присутні потужні і досить короткі імпульси струму в усіх ланцюгах аж до конденсатора С1 включно (у вторинній обмотці трансформатора, у всіх проводах, що підходять до діодів, в самих діодів), мають широкий спектр продуктів спотворень, оновлюються з періодичністю 100 Гц . Цими продуктами і відрізняється нижня АЧХ від верхньої на малюнку 17. Також частина сміття, присутнього в мережі 220 В, проходить з вторинної обмотки трансформатора безпосередньо на конденсатор С1 в ті моменти, коли діоди відкриті.
Наведу два спектра, сигнали для яких зняті з резистора навантаження, тобто вхід звукової карти просто підключений до висновків Rнагр (рис.18). Перший спектр, на малюнку 21 - блок живлення зібраний один в один за схемою, без доробок. Всі з'єднувальні дроти - з багатожильного дроти від комп'ютерних БП з діаметром по міді близько 1 мм і довжиною від 50 до 150 мм. Резистор навантаження підключений до С1. Другий, на малюнку 22 - цей же блок живлення, але виконаний з дотриманням деяких правил, тобто зі снабберамі і з додатковими демпфірувальними конденсаторами по входу і виходу діодного моста, провідники до моста і після нього проходять через ферритові кільця (4 кільця по 10 витків). Ці провідники мають максимально можливий діаметр (близько 2,5 мм) і мінімальну довжину. Замість одного конденсатора С1 «ROE Elko rauh IIA DIN 41250» ємністю 68000 мкФ 25 В коштує 10 штук дешевих китайських «Jamicon» По 6800 мкФ 25 В (з'єднаних в паралель мідними шинами 200х8х0,5 мм) і кожен зашунтірован плівковим К73-11а 1 мкФ і слюдяним КСВ 10 нФ з максимально короткими висновками. Резистор навантаження 100 Ом підключений в самому кінці батареї конденсаторів. Датчик струму R1 присутній в обох схемах, діодний міст - PBL 405. І, схоже, що він попався з неоднаковими діодами - судячи по малюнку 19. при великих токах одна полуволна вийдуть меншої амплітуди. Напевно, при його заміні на «швидкі» або «ультрашвидкі» поодинокі діоди можна було б отримати кращі свідчення. Але все одно результат у другому варіанті, як то кажуть, видно неозброєним оком - навіть п'ятдесяти і стогерцовие пульсації зменшилися. Підвищений загальний рівень графіка на малюнку 21 говорить про те, що в першому варіанті виконання присутній широкосмуговий шум, швидше за все, пов'язаний з конденсатором «ROE». Він хоч і має ESR менше 0,05 Ом і ємність більше 50000 мкФ (більше пристрій не вимірює), але все ж він дуже старий і рідко використовувався.
Увага! Під час конструювання мережевого фільтра, а, тим більше при експериментах з ним, слід дотримуватися обережності і правила техніки безпеки при роботі з високими напругами!
література:
1. Сидоров І.М. Мукосеев В.В. Хрістінін А.А. «Малогабаритні трансформатори та дроселі», Довідник, Москва, «Радіо і зв'язок», 1985 р.
список радіоелементів
Олег, я не зовсім зрозумів про які раз'ёмчікі Ви говорите. Якщо про прорізах на хустках LC фільтрів по малюнку №13 - то я ці плати «видер» з комп'ютерних БП. В принципі, це просто два паза в текстоліті з розмірами під стандартне силове Трьохконтактний гніздо. Плата надаватися на гніздо і припаюється.
Якщо ж мова йде про контакти на висновках трансформаторів (рис.2) - то це стандартні роз'єми. Ножові, здається, називаються.
Сам пробував "відв'язатися" від мережі за допомогою транс від ДБЖ (на 650 ват), коли робив "тепла підлога" в ванній. Але на жаль - трансформатори грілися навіть при "холостому ході", мабуть не розраховані вони на тривалу роботу. У підсумку поставив безрідний транс з залізниці приблизно на 300 ват. Чи не гріється навіть навантажений і теплою підлогою і освітленням. І головне перестало "бити струмом".
Сергій, трансформатори, звичайно, гріються, але зовсім не критично. Термометра, щоб точно виміряти їх температуру, немає, але, перебуваючи в закритому корпусі з отворами на задній стінці, при роботі на ПКД на протязі декількох годин вони нагріваються до такої ж міри, як і більшість інших трансформаторів в інших пристроях.
Може бути, у застосовуваних Вами були великі струми холостого ходу?
На швидку руку спорудив два «тянітолкая» без конденсаторів з трансформаторів з маркуванням 430-2029 А від ДБЖ BK500I і 430-2028В.6 від ДБЖ BK300МI. Кожен навантажив на лампочки 40W. Трансформатори пропрацювали всю ніч і нагрілися до температури близько 60-70 градусів, але один з трансформаторів 430-2029 А нагрівся трохи сильніше.
Вхідний сигнал звичайно спотворений, ось тільки обмеження зверху може бути викликано як раз входом сердечника в насичення. Тобто осцілограмма не відображає дійсного стану речей.
Якщо є можливість - все-таки спробуйте включити додаткові обмотки.
Що стосується ККД трансформатора - то він швидше за виросте ніж знизиться, тому що втрати на нагрів додаткових обмоток зовсім незначні в порівнянні. з втратами при входженні сердечника в насичення. Якщо напруга на виході і зменшиться, то на частки відсотка, а ось рівень перешкод можливо знизиться має велике значення.
На старих радянських трансформаторах, напевно, теж можна зробити такий фільтр?
І, ще питання - при підключенні двох навантажень, як вони один на одного впливають?