Инвертор на нестандартном силовом трансформаторе

При конструировании радиотехнических устройств не находят применение сетевые трансформаторы с нестандартным напряжением обмоток.
Статья предлагает использовать нестандартные трансформаторы для питания нагрузки через инверторы с выходным напряжением в соответствии с потребностью. При этом используется почти вся мощность сетевого трансформатора. Инвертор используется для питания электронной аппаратуры и зарядки аккумуляторов.

У радиолюбителей зачастую не находят применения трансформаторы от списанной радиоаппаратуры разного назначения с выходным напряжением в 250-270 вольт и с накальной обмоткой на 6,3 Вольта.
Перемотать такие трансформаторы на желаемое напряжение нагрузки не удаётся по причинам: проржавленное железо, покрытие железа и обмотки краской или лаком, проваренные стыки.

С повышенным вторичным напряжением изготовлялись сетевые трансформаторы для ламповой аппаратуры прошлого века и первичным напряжением 110-127-220 вольт.
Иногда встречаются трансформаторы линейного напряжения 380/220 Вольт. Сети 380 Вольт в доме нет, а использовать такой трансформатор можно - обмотку 380В (а не 220 Вольт) включают в сеть 220 вольт, тогда на вторичной обмотке напряжение будет пониженным в 1,73 раза, то есть 170 вольт.
Использовать такие трансформаторы на питание полупроводниковой аппаратуры напряжением 12-24 вольта возможно по предлагаемой схеме.

Перед включением таких трансформаторов вначале следует проверить обмотки на обрыв. Если они исправны, определить по номерам отводов сетевые и вторичные, по возможности найти в справочниках паспортные данные. На первичную обмотку подаётся сетевое напряжении (через предохранитель в 1-2 Ампера), на вторичных измеряется выходное переменное напряжение. Если оно выше чем напряжение сети, такую обмотку (повышающую) можно использовать в сетевом включении, тогда на обмотке первично принятой за сетевую, напряжение будет пониженным, а трансформатор, при использовании, не будет перегреваться током холостого хода.

Другой метод - подать на обмотку с низким сопротивлением (используемым для питания накала ламп), переменное напряжение с блока питания или отдельного трансформатора напряжением 6,3 -12 Вольт, измерение напряжений на оставшихся обмотках укажет на обмотку с самым высоким напряжением, она и будет использоваться как сетевая.
Для определения мощности вторичной обмотки трансформатора её нагружают накальной лампой 220 Вольт 40-60 ватт, если переменное напряжение вторичной обмотки снизилось не более чем на 1/20 от исходного, такой трансформатор можно смело использовать в инверторе с нестандартным напряжением питания. Преимущество такого преобразователя очевидно - гальваническое разделение питания от электросети, хотя технику безопасности соблюдать просто необходимо, источник тока содержит напряжение свыше 36 вольт.

Схема инвертора, ввиду пониженного напряжения питания, не требует использования транзисторов повышенного напряжения, что выгодно в цене.
Конденсаторы фильтра питания, достаточно низковольтны, всего на 200 вольт и могут использоваться от сгоревших блоков питания устаревших компьютеров и мониторов.
Высокочастотный трансформатор инвертора принят от инвертора питания монитора, собранные на ферритовом сердечнике..
На вторичной стороне выводы обмоток выведены, как правило, жгутом в два и более одножильных проводов, так как ток вторичных обмоток выше чем первичной, а одножильный провод повышенного диаметра в таких обмотках не используется, по причине распределения высокочастотного тока по поверхности провода, а не внутри, как при переменном токе низкой частоты.

Вторичные обмотки используемых трансформаторов имеют большое количество отводов, что удобно для набора желаемого напряжения. В принципиальной схеме статьи дополнительные отводы условно не показаны.
Определить обмотки по внутреннему сопротивлению постоянному току вряд ли удастся, они как правило все низкоомные и представляют высокое индуктивное сопротивление только на используемых в блоках питания частотах в 23 - 100 кГц.

Потребность в использовании таких частот преобразования понятна - чем выше частота, тем ниже массогабариты высокочастотного трансформатора. С повышением рабочей частоты мощность трансформатора растёт, и трансформатор в несколько киловатт (при частоте 100 кГц ) поместится в руке, а на частоте 50 герц при той же мощности его не сдвинуть с места.

Принципиальная схема (Рис.1) представляет собой обратноходовой импульсный инвертор с обратным включением выпрямительного диода VD6 в цепи нагрузки.
В схеме инвертора происходит тройное преобразование тока, напряжение сети - в постоянный ток питания инвертора. Инвертор на ключевом транзисторе VT2 преобразует постоянный ток во вторичное высокочастотное напряжение, которое выпрямляется в постоянный ток нагрузки. Сетевое напряжение после понижения в сетевом трансформаторе T2 выпрямляется диодным мостом VD2. Сглаживание пульсаций происходит оксидным конденсатором C6 на напряжение 250-300 вольт. Далее выпрямленное напряжение поступает на коллектор транзистора VT2 - регулируемого стабилизатора напряжения питания инвертора. Уровень стабилизации питания инвертора зависит от параметров стабилитрона VD5.

Выходное напряжение можно установить резистором R11 в пределах 150-180 вольт исходя из параметров силового трансформатора T1. Напряжение базы транзистора VT2 стабилизатора может шунтироваться параллельным стабилизатором DA1 включенным в аналоговом режиме - для стабилизации выходного напряжения инвертора при изменении мощности в нагрузке.

Характеристика устройства:
Напряжение сети 180-230 Вольт
Мощность нагрузки до 150 ватт
Вторичное напряжение 6-24 Вольта
Ток нагрузки средний 6 Ампер.
Вес устройства 340 гр, без силового трансформатора Т1.
КПД 82%

Структура принципиальной схемы
В схему инвертора входят:
1.Сетевой трансформатор Т2.
2.Выпрямитель постоянного тока VD2 со стабилизатором напряжения инвертора VT2 и фильтром C4,C6.
3.Цепь обратной связи стабилизации напряжения нагрузки.
4.Высокочастотный генератор инвертора с регулятором частоты R1.
5.Ключевой усилитель инвертора VT2 с цепями защиты от перегрузки.
6.Цепи защиты ключевого транзистора от импульсных помех преобразования тока.
7.Выпрямитель вторичного напряжения.
8.Цепи индикации работы устройства.

Характеристика инвертора:
Инвертор позволяет с низкими потерями передать энергию электросети в нагрузку, с преобразованием её в любое вторичное напряжение и ток. Защита преобразователя от критических токов переключения выполнена цепью отрицательной обратной связи с эмиттерной нагрузки R10 ключевого транзистора VT2 на вход 1 DA1. Напряжение питания инвертора понижено с общепринятым почти в два раза, что благоприятно влияет на устойчивость и безаварийность работы инвертора.

В режиме накопления энергии в трансформаторе преобразователя транзисторный ключ VT2 замкнут, при передаче мощности в нагрузку транзисторный ключ разомкнут.
Силовой ключ инвертора не связан гальванически с сетью, как в классических схемах, что позволяет проводить безопасную регулировку и контроль работы элементов во время наладки схемы.
Изменение частоты генератора в ручном режиме позволяет изменять уровень напряжения на нагрузке.

Описание работы элементов схемы:
Транзисторный ключ инвертора выполнен на биполярном мощном транзисторе. Импульс положительной полярности через резистор R7 с генератора поступает на вход ключевого транзистора VT2 - транзистор открывается и в первичной цепи трансформатора Т3 создаётся импульс тока, который насыщает энергией трансформатор.
По окончанию действия положительного импульса ключевой транзистор закрывается и энергия накопленная в трансформаторе передаётся на вторичную обмотку, выпрямляется и фильтруется вторичными цепями.
Режим работы ключевого транзистора зависит от напряжения смещения с цепи коллектора VT1 через резисторы R6R9 на базу транзистора.

Амплитуда импульса тока в первичной обмотке трансформатора T3 ограничена цепью обратной связи с нагрузки эмиттера VT2 на управляющий электрод параллельного стабилизатора 1 DA1.Транзистор закрывается несколько раньше, чем заканчивается период положительного импульса, это устраняет возможное перенасыщение высокочастотного трансформатора Т2.

Цепь, состоящая из выпрямителя на диоде VD3 и нагрузки R13C7 позволяет утилизировать обратный ток первичной обмотки трансформатора Т2, созданный при переключении импульсного тока.
От повреждений импульсами обратного хода напряжения трансформатора Т2, ключевой транзистор VT1 защищён параллельным переключающим диодом VD4, включенным в обратном направлении.

Питание цепей инвертора стабилизировано транзистором VT3 на уровне 130-150 вольт.
Необходимое значение устанавливается подстроечным резистором R12.
Колебания сетевого напряжения практически не влияют на работу инвертора.
Светодиод HL1 зелёного свечения указывает на наличие напряжения питания цепей инвертора.

Повышение выходного напряжения на конденсаторе фильтра С8, при отсутствии нагрузки, приводит, через резисторы R15 R17, к модификации напряжения стабилизации таймера параллельного стабилизатора DA2. Это понижает напряжение на базе транзистора стабилизатора VT2,транзистор закрывается со снижением напряжения питания инвертора. Напряжение на нагрузке понизится - произойдёт стабилизация.

Цепи питания нагрузки не отличаются от классических вариантов. Дроссель L1 несколько удлиняет выходной положительный импульс, что снижает уровень выбросов напряжения во вторичной цепи при переключении ключевого транзистора VT2.. Светодиод HL 2 указывает на наличие напряжения в цепи нагрузки.

Радиокомпоненты: в схеме применены радиодетали заводского исполнения, в основном от устаревших источников питания компьютеров.
Высоковольтный транзистор VT2 должен отвечать следующим требованиям: напряжение эмиттер –коллектор не менее 400 вольт при токе свыше 4 ампер при частоте более 15 МГц. Транзистор крепится на алюминиевый радиатор размерами 65*40мм через прокладку, на этот радиатор устанавливается также транзистор VT3 стабилизатора.
На фотографии радиатор условно не показан. Трансформатор T1 - из наличия с выполнением рекомендаций выше.

Высокочастотный трансформатор T3 использован от компьютерных блоков питания типа R320, A-450X-1T1 или мониторов - KG9242K,9025,9701,9121T,CS-9250,4127. Ввиду сложной, по изготовлению, конструкции выполнить трансформатор Т3 возможно на ферритовом кольце диаметром 36-42 мм. Первичная обмотка состоит из 36 витков диаметром 0,62 мм типа ПЭЛ, вторичная - 18витков 3* 0,62 ПЭЛ. Феррит предварительно по риске раскалывают на две половинки, обматывают стеклолентой и по окончанию намотки склеивают клеем БФ-6.

Не исключено применение ферритовых дросселей на подобных, по размерам кольцах с уже намотанной одной из обмоток.
Схема выполнена печатным монтажом на стеклотекстолите размерами 115*65 мм. Трансформатор T2, мощностью 80-150 ватт установлен в корпусе отдельно.

Наладка: Предварительно отключив от конденсатора C8 цепи инвертора, и подключив, временно, накальную лампочку 220Вольт 40-60 ватт, устанавливают на ней регулятором R12 напряжение на уровне 130-150 вольт.

Подключив схему инвертора, наблюдают свечение светодиодов HL1, HL2, если это происходит, подключить нагрузку - лампочку от автомобиля 12 вольт 50 свечей. Резисторами R1R8 установить максимальную яркость при напряжении на нагрузке в 13,2 Вольта. Отключение нагрузки может повлиять на выходное напряжение преобразователя - стабилизировать уровень возможно изменением сопротивления резистором R17.

Литература: Методические разработки творческой лаборатории «Автоматика и телемеханика» ИРК ПО. г. Иркутск. 2009г. 70стр.

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}

Теги:

• Инвертор
• Sprint-Layout