Image19 (17)

Pod lupą

zasilacz, to znaczy napięcie wyjściowe mniej zmienia się pod wpływem prądu obciążenia. Jeśli nie analizowałeś tego wcześniej samodzielnie, przygotowałem Ci rysunek 22, który będzie dobrą pomocą przy wstępnym doborze transformatora. Mianowicie „złożyłem” na jednym rysunku charakterystyki wszystkich badanych zasilaczy. Na rysunku 22a są złożone tak, że pomimo różnych mocy. ich wartości Un, In się pokrywają. Widać wyraźnie, że małe trans!ormatory bez. obciążenia dają napięcie wyjściowe dużo wyższe niż l,4l*Un, ale potem pod obciążeniem napięcie to szybko spada. Zależność „sztywności ’ od mocy transformatora jeszcze lepiej widać na rysunku 22b, gdzie przcskalowałcm charakterystyki w osi pionowej tak, że wartość 100% to napięcie bez obciążenia.

Moc i ciepło

Rysunki 2... 10 oraz 22 sugerują, iż z wielu zasilaczy udaje się uzyskać na wyjściu moc dużo większą od mocy nominalnej transformatora, a prąd stały pobierany z zasilacza może być nawet dwa razy większy od prądu nominalnego transformatora.

Jest to prawdą, ale nie do końca. Również w transformatorach kluczowym czynnikiem ograniczającym jest temperatura Po pierwsze, chodzi o odporność lakieru izolacyjnego drutów uzwojeń. Izolacja drutu może mieć różną wytrzymałość, na przykład 130°C, I50T albo 180°C. Przekroczenie dopuszczalnej temperatury spowoduje uszkodzenie lakieru i przebicia między zwojami, co doprowadzi do nieodwracalnego uszkodzenia uzwojeń. Warto wiedzieć, że wiele małych transformatorów celowo ma „miękką” charakterystykę (duża rezystancja uzwojeń wykonanych cienkim drutem). Są na tyle „miękkie”, że nawet po zwarciu płynący prąd nie nagrzewa uzwojeń powyżej temperatury dopuszczalnej dla danego drutu - są to tak zw^łane transformatory zwarciobezpiecznc. Nie ma jednak zwarciobezpiecznych transformatorów- dużej mocy - zwłaszcza w „toroi-dach” prądy zwarciowe są bardzo duże.

Kolejnym ograniczeniem jest maksymalna temperatura rdzenia. Rdzeń się wprawdzie nie stopi, ale powyżej określonej temperatury traci on właściwości magnetyczne. Nie musi to być temperatura punktu Curie, gdy ferro-magnetyk traci swoje właściwości. Już w niższej temperaturze właściwości rdzenia mogą pogorszyć się na tyle znacząco, że spowoduje to wzrost strat i dodatkowe podgrzewanie rdzenia.

Zazwyczaj nie jest znana dopuszczalna temperatura transformatora, a ściślej oddzielne maksymalne temperatury jego uzwojeń i jego rdzenia. W niektórych transformatorach tnp. toroidalnych) nie sposob zmierzyć temperatury rdzenia. Natomiast temperaturę uzwojeń można dość łatwo i dokładnie zmierzyć, porównując rezystancję uzwojenia zimnego i gorącego, wiedząc, iż współczynnik cieplny miedzi wynosi około 0,43%/°C.

Producenci w typowych katalogach nie podają wszystkich danych dotyczących drutu, rdzenia i temperatur, więc w amatorskiej praktyce takich pomiarów się nie wykonuje.

Choć więc z transformatora można „wycisnąć” moc większą od nominalnej, nie można tego robić w sposób ciągły, a jedynie okresowo, żeby go nie przegrzać Na przykład we wzmacniaczach mocy audio z reguły stosuje się „sztywne” transformatory toroidalne, które potrafią zapewnić w szczytach wysterowania moc wyjściowy wzmacniacza większą od mocy nominalnej transformatora (i to po uwzględnieniu sprawności wzmacniacza audio). Natomiast przy długotrwałej nieprzerwanej pracy moc ciągła (tzw. sinusoidalna) wzmacniacza oczywiście jest znacznie mniejsza od mocy nominalnej transformatora.

Dokładnych recept nie ma, ponieważ w grę wchodzi szereg czynników, w tym charakter muzyki, wahania napięcia sieci, itd. Duża rolę odgrywa także spodziewana maksymalna temperatura otoczenia - jeśli transformator będzie dobrze chłodzony, można zen „wydusić” większą moc także w trybie ciągłym. Właśnie dlatego w niektórych konstrukcjach wbudowany wentylator chłodzi nie

tylko radiator, ale też transformator zasilający. Temperatura w najgorętszym punkcie uzwojenia może przekroczyć 100°C, więc nawet na zewnątrz transformator może być bardzo gorący. Z uwagi na liczne czynniki, przeprowadzenie szczegółowej analizy jest jednak niemożliwe. W wielkim uproszczeniu, biorąc pod uwagę niekorzystne impulsy prądu pracy, jako bezpieczną „regułę spod dużego palca”, można przyjąć, że z zasilacza nie powinno się uzyskiwać mocy większej niż 70.. .90% mocy użytego w nim transformatora. W praktyce hobbyści sprawdzają po prostu, na ile grzeje się transformator w najgorszych warunkach pracy. Często okazuje się, iż z zasilacza można uzyskać więcej, niż wynosi moc nominalna transformatora, o transformator jest co najwyżej mocno ciepły i można go podczas pracy dotknąć ręką bez obawy poparzenia.

Zasilacz stabilizowany

Omówione problemy z transformatorem najostrzej dają o sobie znać w zasilaczu stabilizowanym laboratoryjnym lub warsztatowym, który nawet przy obniżeniu napięcia sieci o 15% czy 20% i przy obciążeniu maksymalnym prądem In ma zagwarantować na swym wyjściu dobrze wystabilizowane napięcie maksymalne Un, czyli dostarczyć jakieś mocy Pn.

W zasilaczu stabilizowanym należy uwzględnić dwie dodatkowe kwestie:

-    zapas napięcia wymagany przez stabilizator.

-    zapas związany z możliwością obniżenia napięcia sieci.

Pierwszą kwestię ilustruje rysunek 23. Gdy prąd obciążenia jest równy zeru. napięcie niestabilizowane na kondensatorze C jest najwyższe i nie zawiera tętnień. Kondensator!-y) filtrujący musi mieć odpowiednio duże napięcie nominalne, żeby przy tak znacznym napięciu nie uległ przebiciu. Po pełnym obc.ązeniu, wskutek omówionych wcześniej czynników, napięcie na kondensatorze filtru znacznie spada i pojawiają się w nim tętnienia. Pokazuje to zielona linia na wykresie czasowym. Co istotne, każdy stabilizator do prawidłowej pracy wymaga, żeby napięcie między jego

24

Mai 2006

Elektronika dla Wszystkich