2015-12-02
Науково-дослідний сайт В'ячеслава Горчіліна
Всі статті
Параметричний метод керування трансформатором з підвищеним ККД

Що буде, якщо в резонансній ланцюга стрибком змінювати індуктивність котушки? Або, як буде передаватися енергія, якщо швидко насичувати її серцевину? Може безиндуктивная котушка працювати трансформатором? На ці питання допоможе відповісти пропонований нижче експеримент.

Для його здійснення автор застосував генератор управління двома трансформаторами (GG) і підключив за наведеною нижче схемою. Якихось певних особливостей вона не має за виключенням трансформатора TV1. В якості індуктора він містить безиндуктивную обмотку, яка складається з двох зустрічно включених однакових котушок — L1 і L2. Заради справедливості треба зауважити, що навіть зустрічно включені котушки все ж мають загальну індуктивність, але вона менше індуктивності кажой з них. Крім того, в звичайному режимі трансформатора такий індуктор не передає електричну енергію на вторинні обмотки.
Подключение параметрического трансформатора

Другою особливістю схеми є обмотка L3 на яку ми будемо подавати короткі імпульси через ключ VT1. По своїй енергетиці ці імпульси щодо малопотужні і можуть забезпечити лише 5-10% потужності навантаження. У початковому стані L1 і L2 не впливають на L3, тому з неї допомогою ми будемо виробляти параметричне зміна індуктивності TV1, а саму обмотку назвемо керуючої (колекторної). З L4 будемо знімати потужність і через діодний міст VD2 подавати в навантаження HL1-HL4.

Параметричний трансформатор

Ви можете придумати свій власний TV1 згідно описаної нижче методики. Каркас, на який буде намотуватися котушки, ділиться навпіл. За годинниковою стрілкою, до середини L1 намотується, змінюється напрямок на «проти годинникової стрілки», і до кінця каркаса мотається L2. Таким чином отримуємо два зустрічно намотані котушки. L3 і L4 намотуються на одній і на іншій половинці каркаса поверх, відповідно, L1 і L2. Напрямок — не принципово. Якщо довжина намотування L1 + L2, приміром, 12 см, то довжина намотування котушок L3 і L4 — по 6 див. В якості сердечника застосовуємо ферит або трансформаторну сталь.

У автора дані вийшли наступні. Каркас — під феритовий стрижень діаметром 10 мм. Довжина намотування L1 + L2 — 12 см, діаметр дроту всіх котушок однаковий — 0.6 мм.

Навантаження

В якості навантаження в схемі можна застосовувати лампочки розжарювання на 12V, 5..10W (дві-три, з'єднані послідовно). Хороші результати показали і десятиваттные світлодіодні матриці GBZ-10W розраховані на живлення 12V кожна. Їх потрібно з'єднати 4 штуки послідовно, як на схемі.

Загальний підхід такий: чим вище навантаження, тим більше повинна бути ємність C, і тим більше — напруга живлення.

Особливості генератора
У генераторі GG перемикач SA1 знаходиться в нижньому положенні, що дозволяє підлаштовувати його задає частоту в широких межах. Конденсатор C2 — 68 pF, C4 — 1500 pF. SA2 встановлений в крайнє ліве по схемі положення, що дозволяє вибрати найвищий робочий діапазон частот, SA5 — у верхнє положення.

Транзистори для вихідних ключів можуть бути будь-якими потужними швидкодіючими MOSFET-ами, наприклад, IRF3205 або IRFP460. Максимальна напруга стік-витік повинно бути у них не менше 55V.

Діод VD1 — Шотткі, з максимальним зворотним напругою не менше 100V; приклад — MBR10100.

Налаштування схеми

Цей етап є самим цікавим: нам необхідно буде «зловити» момент, коли при тієї ж вихідної потужності, вхідна стане менше на 35-40%. Але спочатку потрібно визначити резонансну частоту контуру CL1L2 (вище на схемі). Для цього, відключивши поки ключ VT1 потрібно домогтися максимуму амплітуди на L1L2. Пік буде дуже різким, але нам це зараз і не важливо, т. к. загальна резонансая крива потім стане куди більш пологою.

Щоб отримати щодо короткий імпульс на керуючій котушці підключіть VT1, а в генераторі GG замкніть четвертий зверху контакт перемикача SA4. Комбінацією контактів перемикача SA3, який зрушує фазу сигналу на VT1 щодо VT2-VT3, ми повинні будемо отримати пік цього імпульсу на верхівці синусоїди в L1L2. Нам потрібно добитися максимального світіння свтодиодов HL1-HL4, причому на другому максимумі. Перший, на більш низькій частоті, належить контуру CL1L2, а ми повинні налаштуватися трохи вище. При цьому яскравість лампочок не зміниться, а от потужність споживання схеми знизиться на 35-40%.

Ще одним індикатором поділу першого і другого резонансного максимуму при налаштуванні частоти може служити поява різкого высокочастнотного писку: при обертанні повзунка R2 в бік нижчою від нього частоти отримуємо перший максимум, в бік більшої частоти — необхідний нам другий максимум.

Управління

Після вищеописаної налаштування можна перемикач SA5 перевести в нижнє положення, що дозволить плавно змінювати яскравість світлодіодів резистором R7. Він змінює шпаруватість імпульсів в пачці, що дозволяє регулювати параметри керуючої обмотки. До речі, на цю обмотку подаються відносно малопотужні імпульси, які керують куди більш потужною навантаженням, що може бути цікаво, як у теоретичному, так і в практичному плані.

Ще один варіант включення трансформатора

Вдалим з точки зору ККД і ефективності управління навантаженням виявився і нижченаведений варіант включення параметричного трансформатора TV1. Це включення відрізняється тим, що тут котушки L1L2 стали знімною обмоткою, а L4 — індукторного.

Подключение параметрического трансформатора (второй вариант)

Горчилин В'ячеслав, 2015 р.
* Передрук статті можлива за умови встановлення посилання на цей сайт та додержанням авторських прав

« Назад
2009-2018 © Vyacheslav Gorchilin