Modyfikacje zasilacza WN! 4KV od wzmacniacza mocy SP5GJN
Naprawiłem uszkodzone trafo WN! na skutek kondensacji pary wodnej, (dwa zwoje zwarte, przestrzelony lakier na krzyżujących się drutach).
W dopiero co nagrzanym pomieszczeniu na działce, wentylator zasilacza zaciągnął dopiero co ogrzane do ok. 20°C, wilgotne powietrze. Nadal zimne trafo miało temperaturę ok. 2°C i nastąpiła kondensacja wilgoci na powierzchni trafa zakończona „strzałem” i uszkodzeniem trafa. Transformator uległ uszkodzeniu w 3 sekundy po włączeniu.
Szczęśliwie awaria dotyczyła pierwszej zewnętrznej warstwy uzwojenia wtórnego WN! więc była łatwa do naprawy. Po naprawie uszkodzonego uzwojenia, trafo zaimpregnowałem lakierem elektroizolacyjnym do transformatorów celem zabezpieczenia przed penetracją wilgoci oraz możliwości przebicia w przyszłości.
Automatyczne załączanie wentylatora
Wstawiłem szeregowo z wentylatorem włącznik bimetaliczny 40°C/25°C, tak aby wentylator nie obracał się gdy nie ma takiej potrzeby. Ta modyfikacja ma na celu ograniczenie zużycia łożysk wentylatorów oraz ograniczenie gromadzenia się kurzu wewnątrz obudowy zasilacza WN! Przeciwdziała kondensacji pary wodnej na jeszcze zimnym transformatorze WN! z ogrzanego lecz wilgotnego powietrza w niedawno nagrzanym pomieszczeniu.
Wentylator może załączyć się, dopiero gdy temperatura wewnątrz obudowy zasilacza wzrośnie do 40°C. Przy temperaturze 40°C wewnątrz obudowy zasilacza nie nastąpi już kondensacja pary wodnej na trafie, i nie dojdzie do przebicia trafa WN!
Wentylator wyłączy się gdy temperatura wnętrza zasilacza spadnie do 25°C. To zabezpieczenie ma znaczenie gdy włączamy zasilacz wzmacniacza w zimnym pomieszczeniu, w którym już włączyliśmy ogrzewanie. W przypadku małej kubatury takiego pomieszczenia, temperatura powietrza może szybko wzrosnąć o 20°C a trafo WN! ze względu na swoją dużą masę (wagę) 12 kg nadal będzie mieć powiedzmy 7°C. Powietrze dostające się do wnętrza zasilacza za pomocą pracującego wentylatora, spowodowało by kondensację pary wodnej na transformatorze WN! a w konsekwencji przebicie transformatora.
Takie warunki klimatyczne występują jesienią oraz zimą np. na działce czy w nieogrzewanym na co dzień pomieszczeniu. A więc jeżeli pomieszczenie ogrzewamy jedynie na czas pracy radiostacji, np. buda R-140 itp.
Zjawisko to występuje po włączeniu ogrzewania w niedużym pomieszczeniu, powietrze szybko się nagrzewa, ciężki transformator zasilacza jest nadal zimny. Kondensacja pary wodnej na zimnym transformatorze, jest w takim przypadku nieunikniona, a wilgoć + wysokie napięcie oznacza kłopoty.
Ograniczenie emisji ciepła przedłuży życie kondensatorów elektrolitycznych
Zamieniłem rezystory szeregowe z wentylatorem na kondensator 470 nF /1000V w celu zlikwidowania grzania rezystorów oraz zlikwidowania niepotrzebnych strat mocy. Zmiana ta spowodowała zmniejszenie wydzielania ciepła, ponieważ kondensator się nie nagrzewa a rezystory grzały się. Dodatkowo oszczędziłem pewną ilość energii elektrycznej, może nie dużą, ale zawsze lepiej zyskać niż stracić, no i ograniczyłem emisję ciepła. Taki zabieg jest możliwy pod warunkiem, że wentylator jest zasilany napięciem zmiennym 230V.
Jeżeli niezawodne rezystory, to tylko MŁT
Wymieniłem wszystkie rezystory na metalizowane MŁT 2W, ponieważ oryginalnie zastosowane rezystory węglowe ulegały uszkodzeniom. Wyeliminowałem PRK do dokładnego kalibrowania woltomierza 5KV. Zastąpiłem PRK rezystorem stałym MŁT 2W o identycznej wartości jak wartość ustawiona na PRK czyli 78 KΩ. Taką wartość uzyskałem łącząc szeregowo dwa rezystory 39KΩ MŁT 1W.
Podróbki nie lubią wysokiego napięcia
Wymieniłem diody BYT255 na BY2000 w prostowniku podwajacza napięcia. Diody BY255 to bardzo popularne diody i często bywają podrabiane, więc niewiadome są ich faktyczne parametry. Napięcie przebicia które powinno wynosić 1300V co przy 5 sztukach daje 6.5KV więc teoretycznie powinno wystarczyć. Napięcie wyjściowe zasilacza to 4KV, a jednak dwie były zwarte czyli przebiły. BY2000 mają napięcie przebicia nie mniejsze niż 2000V, przy 5 szt. połączonych szeregowo, otrzymujemy 10KV a więc jest bezpieczny zapas. BY2000 jest diodą mało popularną a więc mniej podatną na podrabianie.
Kondensatory elektrolityczne powinny być wysokiej klasy, zazwyczaj można je rozpoznać po tym że są ciężkie
Wymieniłem wszystkie kondensatory elektrolityczne na nowe 470µF/450V dobrej firmy. Po zmierzeniu, ich wspólna pojemność to 47µF/4500V zamiast 41µF na starych, zdecydowanie spadł również ESR. Równolegle do każdego kondensatora elektrolitycznego i blidera dolutowałem kondensatory ceramiczne 10nF/3KV dla ochrony elektrolitów przed w.cz. Do każdego kondensatora dolutowałem diodę 1N4007 w kierunku zaporowym, w celu zabezpieczenia przed przypadkowym pojawieniem się odwrotnej polaryzacji np. w trakcie awarii zasilacza.
Ochrona przed zniszczeniem
Wstawiłem szeregowo z wyjściem WN! zasilacza, na napięciu anodowym 4 KV, rezystor drutowy pokryty szkliwem 15 Ω/10W ograniczający prąd udaru w przypadku tzw. „strzału”. Rezystor ubrałem w koszulkę termokurczliwą bez zaciskania termicznego, na luźno w celu ograniczenia rozprysków odłamków szkliwa po „wystrzale” czyli wyładowaniu udarowym. We wzmacniaczach lampowych zasilanych bardzo wysokimi napięciami, z różnych powodów czasami dochodzi do wyładowania udarowego, tzw. „strzału”. Takiego zdarzenia nie da się przeoczyć, huk jest tak potężny że wiadomo z czym mamy do czynienia. Aby ograniczyć destrukcyjne działanie wyładowania udarowego, należy zastosować rezystor drutowy 15 Ω/10W, włączony szeregowo z napięciem wyjściowym zasilacza WN!
Szybki a zarazem bezpieczny „miękki” start zasilacza
Wstawiłem żarnik halogenowy 230V 400W w układ miękkiego startu zasilacza, zamiast termistorów żarzeniowych, które stosunkowo często ulegały uszkodzeniom. Ten żarnik będzie lepszy od każdego rezystora, praktycznie niezniszczalny ze względu na odkładające się napięcie, nieprzekraczające 150V na żarniku halogenowym. Rezystancja żarnika na zimno to 9 Ω, czas startu zasilacza to tylko 2 sek.
Szybki a zarazem całkowicie bezpieczny start, zarówno dla żarników jak i pozostałych komponentów a także domowej instalacji elektrycznej.
W celu zabezpieczenia przed pęknięciem kwarcowej rurki na skutek udaru mechanicznego, np. w trakcie transportu, żarnik halogenowy obcisnąłem koszulką termokurczliwą. W ten sposób żarnik halogenowy zaczął pełnić funkcję rezystora dużej mocy, ale o zmiennej rezystancji, zależnej od temperatury drutu wolframowego.
Jaki żarnik wybrać ?
Lepsze było by połączenie szeregowe dwóch żarników halogenowych o mocy 1000W. Napięcie nie przekroczyłoby 80V na jeden żarnik, oraz jeszcze grubszy drut wolframowy, czyli odporniejszy na wstrząsy. Łączna rezystancja na zimno tak połączonych żarników, to tylko 7 Ω a więc jeszcze szybszy start, 1.5 sek.
W żarnikach 1500W jest jeszcze grubszy drut wolframowy oraz rezystancja na zimno dwóch połączonych szeregowo żarników to tylko 4.8 Ω. Bardzo szybki start (1 sek.) oraz całkowicie bezpieczny, lecz żarniki 1500W są drogie i gabarytowo długie. Żarnik halogenowy na 230V~, nawet dużej mocy, połączony w szereg z dużym, toroidalnym transformatorem, nie spowoduje zadziałania bezpieczników domowej instalacji elektrycznej. W pierwszej fazie, przez żarnik popłynie stosunkowo duży prąd, który nasyci rdzeń transformatora dużej mocy, oraz częściowo naładuje kondensatory elektrolityczne. W trakcie tej fazy, trwającej ok.1 sek. żarnik błyśnie dość mocno, jednak nie pełną jasnością, chwilowo wydzieli się duża moc. Z powodu krótkiego czasu trwania tej fazy, ilość wydzielonego ciepła jest za mała, żeby zagrażała koszulce termokurczliwej obkurczonej na żarniku.
Optymalne rozwiązanie
Tym sposobem uzyskałem, niemal niezniszczalny rezystor, o ogromnej mocy chwilowej. Ponieważ rezystor w układzie opóźniającym działa tylko przez chwilę, to żarnik halogenowy wydaje się idealnym wyborem. Trwałość żarnika halogenowego będzie ogromna, napięcie na żarniku nie przekracza 150V~ i świeci przez 1 sek. po włączeniu zasilacza. W ten sposób uzyskałem bardzo szybki start (1sek.) oraz całkowicie bezpieczny dla rezystora opóźniającego (żarnika) jak i domowej instalacji elektrycznej. Najgorzej na tym cierpią styki włącznika sieciowego gdyż w krótkiej chwili załączają prąd o wartości dochodzącej do 17A.
Włącznik sieciowy użyty w zasilaczu jest specyfikowany na 16A prądu ciągłego więc raczej długo wytrzyma. Jeżeli kiedyś jego styki ulegną zużyciu przez wypalenie to się wymieni ten włącznik, ponieważ jest tani, standardowy i łatwo dostępny. Mam takie nieodparte wrażenie, że nigdy nie dojdzie do takiej sytuacji, ponieważ wzmacniacz będzie włączany nie częściej niż raz dziennie. Ustalając maksymalną żywotność wzmacniacza na 20 lat, daje to ok. 7300 włączeń i tyle samo wyłączeń. Gdyby jednak zaistniała potrzeba wymiany włącznika, to operacja ta jest tania i banalnie prosta, nie trzeba nawet odkręcać obudowy zasilacza. Włącznik zasilania jest wciśnięty w obudowę na wcisk, a wymienia się go przez wyciągnięcie do siebie, prosto, łatwo i przyjemnie.
W przypadku stosowania klasycznych rezystorów drutowych, oblanych zielonym szkliwem, koledzy zazwyczaj stosują wartości około 30 Ω i 30W. Czas załączenia zasilacza z rezystorem 30 Ω to około 10 sek. czyli dużo wolniej startuje.
Czy ma sens drastyczne zmniejszanie czasu załączania wzmacniacza ?
Drastyczne skracanie czasu załączania zasilacza ma sens, tylko gdy używamy wzmacniacza na lampach o żarzeniu bezpośrednim, najczęściej szklanych. Najczęściej spotykane lampy o bezpośrednim żarzeniu to QB3/300, 3-500Z, Q04/11, QB4-1100, Q450, T510, GU81, GK-71, GU5B, QBL5/3500 itp. Cechą charakterystyczną lamp bezpośrednio żarzonych jest niemal natychmiastowa gotowość do pracy, są to czasy od 1 do 3 sekund. Sygnałem gotowości do pracy wzmacniacza wykonanego na lampach szklanych o żarzeniu bezpośrednim, jest pełna i niezmieniająca się jasność świecenia lamp.
Lampy dużej mocy pośrednio żarzone, najczęściej ceramiczne, potrzebują aż 180 sekund wygrzewania do osiągnięcia gotowości do pracy czyli 3 minut. Czasami te 180 sekund to o wiele za długo aby zdążyć „zrobić” cennego, długo wyczekiwanego DX’a. Wzmacniacz na szklanych lampach o żarzeniu bezpośrednim jest niezbędny dla DX’mana. Do szybkiego „ustrzelenia” DX’a niezbędny jest szybko startujący wzmacniacz. Jeżeli wzmacniacz lampowy ma być wykorzystywany w zawodach, czas gotowości do pracy nie ma znaczenia, ponieważ włączamy wzmacniacz odpowiednio wcześniej. Wzmacniacz do pracy w zawodach może startować długo, natomiast powinien być dostosowany do długotrwałej pracy przy pełnym obciążeniu. W zawodach najlepiej spisują się wzmacniacze na lampach ceramicznych, pośrednio żarzonych, np. GU74B czy GU43B lub GU78, GU84. Lampy ceramiczne chłodzone intensywnym strumieniem powietrza, znacznie lepiej znoszą długotrwałe, ciężkie obciążenie intensywną pracą w zawodach.
Nowoczesne, dobrze zaprojektowane wzmacniacze tranzystorowe łączą zalety obydwóch rozwiązań, są natychmiast gotowe do pracy, nie przeszkadza im długotrwała, intensywna praca.