Powered by Yandex.Translation
2015-12-02
Персональный сайт Вячеслава Горчилина
Все статьи
Параметрический метод управления трансформатором с повышенным КПД

Что будет, если в резонансной цепи скачком изменять индуктивность катушки? Или, как будет передаваться энергия, если быстро насыщать её сердечник? Может ли безиндуктивная катушка работать трансформатором? На эти вопросы поможет ответить предлагаемый ниже эксперимент.

Для его осуществления автор применил генератор управления двумя трансформаторами (GG) и подключил по нижеприведенной схеме. Каких-то определённых особенностей она не имеет за исключением трансформатора TV1. В качестве индуктора он содержит безиндуктивную обмотку, состоящую из двух встречно включённых одинаковых катушек — L1 и L2. Ради справедливости нужно заметить, что даже встречно включённые катушки всё же имеют общую индуктивность, но она меньше индуктивности кажой из них. Кроме того, в обычном режиме трансформатора такой индуктор не передаёт электрическую энергию на вторичные обмотки.
Подключение параметрического трансформатора

Второй особенностью схемы является обмотка L3 на которую мы будем подавать короткие импульсы через ключ VT1. По своей энергетике эти импульсы относительно маломощные и могут обеспечить только 5-10% мощности нагрузки. В начальном состоянии L1 и L2 не влияют на L3, поэтому с неё помощью мы будем производить параметрическое изменение индуктивности TV1, а саму обмотку назовём управляющей (коллекторной). С L4 будем снимать мощность и через диодный мост VD2 подавать в нагрузку HL1-HL4.

Параметрический трансформатор

Вы можете придумать свой собственный TV1 согласно описанной ниже методике. Каркас, на который будут наматываться катушки, делится пополам. По часовой стрелке, до середины наматывается L1, меняется направление на «против часовой», и до конца каркаса мотается L2. Таким образом получаем две встречно намотанные катушки. L3 и L4 наматываются на одной и на другой половинке каркаса поверх, соответственно, L1 и L2. Направление — не принципиально. Если длина намотки L1 + L2, к примеру, 12 см, то длина намотки катушек L3 и L4 — по 6 см. В качестве сердечника применяем феррит либо трансформаторную сталь.

У автора данные получились следующие. Каркас — под ферритовый стержень диаметром 10 мм. Длина намотки L1 + L2 — 12 см, диаметр провода всех катушек одинаковый — 0.6 мм.

Нагрузка

В качестве нагрузки в схеме можно применять лампочки накаливания на 12V, 5..10W (две-три, соединённые последовательно). Хорошие результаты показали и десятиваттные светодиодные матрицы GBZ-10W рассчитанные на 12V питания каждая. Их нужно соеденить 4 штуки последовательно, как на схеме.

Общий подход такой: чем выше нагрузка, тем больше должна быть ёмкость C, и тем больше — напряжение питания.

Особенности генератора
В генераторе GG переключатель SA1 находится в нижнем положении, что позволяет подстраивать его задающую частоту в широких пределах. Конденсатор C2 — 68 pF, C4 — 1500 pF. SA2 установлен в крайнее левое по схеме положение, что позволяет выбрать наивысший рабочий диапазон частот, SA5 — в верхнее положение.

Транзисторы для выходных ключей могут быть любыми мощными быстродействующими MOSFET-ами, например, IRF3205 или IRFP460. Максимальное напряжение сток-исток должно быть у них не менее 55V.

Диод VD1 — Шоттки, с максимальным обратным напряжением не менее 100V; пример — MBR10100.

Настройка схемы

Этот этап является самым интересным: нам необходимо будет «поймать» момент, когда при той же выходной мощности, входная станет меньше на 35-40%. Но сначала нужно определить резонансную частоту контура CL1L2 (выше на схеме). Для этого, отключив пока ключ VT1 нужно добиться максимума амплитуды на L1L2. Пик будет очень резким, но нам это сейчас и не важно, т.к. общая резонансая кривая потом станет куда более пологой.

Чтобы получить отностительно короткий импульс на управляющей катушке подключите VT1, а в генераторе GG замкните четвертый сверху контакт переключателя SA4. Комбинацией контактов переключателя SA3, который сдвигает фазу сигнала на VT1 относительно VT2-VT3, мы должны будем получить пик этого импульса на верхушке синусоиды в L1L2. Нам нужно добиться максимального свечения свтодиодов HL1-HL4, причём на втором максимуме. Первый, на более низкой частоте, принадлежит контуру CL1L2, а мы должны настроиться чуть выше. При этом яркость лампочек не изменится, а вот мощность потребления схемы снизится на 35-40%.

Ещё одним индикатором разделения первого и второго резонансного максимума при настройке частоты может служить появление резкого высокочастнотного писка: при вращении ползунка R2 в сторону более низкой от него частоты получаем первый максимум, в сторону большей частоты — необходимый нам второй максимум.

Управление

После вышеописанной настройки можно переключатель SA5 перевести в нижнее положение, что позволит плавно менять яркость светодиодов резистором R7. Он изменяет скважность импульсов в пачке, что позволяет регулировать параметры управляющей обмотки. К слову, на эту обмотку подаются относительно маломощные импульсы, которые управляют куда более мощной нагрузкой, что может быть интересно как в теоретическом, так и в практическом плане.

Ещё один вариант включения трансформатора

Удачным с точки зрения КПД и эффективности управления нагрузкой оказался и нижеприведенный вариант включения параметрического трансформатора TV1. Это включение отличается тем, что здесь катушки L1L2 стали съёмной обмоткой, а L4 — индукторной.

Подключение параметрического трансформатора (второй вариант)

Горчилин Вячеслав, 2015 г.
* Перепечатка статьи возможна с условием установки ссылки на этот сайт и соблюдением авторских прав

« Назад
2009-2017 © Vyacheslav Gorchilin