При самостоятельном изготовлении маломощных радиоэлектронных устройств с питанием от сети радиолюбители часто сталкиваются с такой ситуацией, когда сетевой трансформатор оказывается единственным заметно нагревающимся элементом устройства, рассеивающим в виде тепла мощность, иногда в несколько раз превышающую полезную. Все дело в том, что трансформаторы промышленного изготовления, имеющие подходящие габариты и напряжение, иногда выполнены так "экономно", что даже ток холостого хода вызывает их повышенный нагрев.
Особенно часто этот недостаток имеют трансформаторы, изготовленные в Юго-Восточной Азии [1]. Они более подходят для стран, где используется сетевое напряжение 220 В с частотой 60 Гц, но для нормальной работы в сети с частотой 50 Гц число витков сетевой обмотки оказывается недостаточным.
На рис.1 показана зависимость тока холостого хода от сетевого напряжения некоторых трансформаторов. Кривая 1 соответствует трансформаторам от универсальных адаптеров "SANWALL" и "BELLSONIC" мощностью 5 Вт, с максимальным током нагрузки 300 мА, выходным напряжением 3...12 В, имеющим магнитопроводы сечением 1,4 см2. Для сравнения, кривые 2 и 3 - трансформаторы отечественного производства ТП-133 и ТП-321, у которых площадь поперечного сечения магнитопроводов 2 и 1,6 см2 соответственно.
Учитывая, что сетевое напряжение, особенно в городах, может длительное время превышать 235 В, а увеличение напряжения выше номинального вызывает непропорционально большое увеличение тока холостого хода, к использованию таких трансформаторов, особенно в устройствах, предназначенных для длительной работы без присмотра (таймеры, терморегуляторы, антенные усилители и т. п.), следует подходить весьма осторожно.
Выход в этой ситуации есть. Необходимо включить активное или реактивное балластное сопротивление в цепь первичной обмотки сетевого трансформатора для уменьшения на ней напряжения на 20...30 В. Ток холостого хода и нагрев трансформатора заметно уменьшатся. Конечно, при этом снижаются вторичное напряжение и мощность трансформатора. Однако, если мощность, потребляемая устройством, намного меньше габаритной мощности трансформатора, то это вполне допустимо.
Обычно в таких целях используют резисторы или конденсаторы [2]. Основной недостаток резистивного балласта - его нагрев, что ограничивает область применения подобного метода. Причем напряжения на первичной обмотке малонагруженного трансформатора и на резисторе имеют разные фазы (сдвиг фаз может доходить до 70...80 град.), поэтому напряжение на резисторе обычно выше ожидаемого. Например, при напряжении в сети 220 В и на первичной обмотке не-нагруженного трансформатора 195 В напряжение на резисторе может доходить до 45 В. Когда нагрузка трансформатора увеличивается до значений, близких к номинальному, сдвиг фаз уменьшается почти до нуля.
Ёмкостный балласт практически не выделяет тепла, но как показывает практика, конденсаторы наиболее целесообразно применять, когда напряжение на обмотках трансформатора нужно уменьшить более чем на 25.. .30 %. В любом случае, если используются конденсаторы, необходимо убедиться, что при изменении нагрузки и питающего напряжения в цепи первичной обмотки не возникает резонансных явлений, когда напряжение на трансформаторе может резко увеличиться [3]. В случае использования индуктивного балласта подобных явлений не возникает, поскольку фазы напряжений практически одинаковы, тепло выделяется только на активном сопротивлении обмотки балласта, которое в несколько раз меньше, чем у эквивалентного балластного резистора.
В качестве индуктивных балластов удобно применять электромагнитные реле постоянного тока на рабочее напряжение более 20 В, например, РСМ, РЭС6, РЭС9, РЭС22 и т. д. Чтобы уменьшить их габариты, реле можно разобрать и использовать только катушку с магнитопроводом. Для устранения дребезга якорь реле следует зафиксировать в притянутом состоянии подгибанием или с помощью заостренной спички и клея. При выборе реле необходимо учитывать максимальный ток в первичной цепи трансформатора, который не должен превышать номинального рабочего тока реле.
Кривая 4 на рис. 1 показывает изменение тока холостого хода трансформатора (зависимость 1 на рис. 1) с индуктивным балластом (реле РСМ-2 на напряжение 24 В с сопротивлением обмотки 750 Ом, номинальный рабочий ток 35 мА). На рис.2 показаны нагрузочные характеристики того же трансформатора (напряжение на выходе выпрямителя с фильтром): кривая 1 - без балласта; 2 - с индуктивным балластом (реле РСМ-2); 3 - с эквивалентным (для тока нагрузки 20 мА) резистивным балластом - резистором сопротивлением 3 кОм и мощностью 4 Вт.
Большая нагрузочная способность трансформатора с индуктивным балластом по сравнению с эквивалентным резистивным объясняется, видимо, уменьшением индуктивности балласта из-за насыщения магнитопровода при увеличении протекающего тока. Это заметно по характерному изменению кривизны зависимости 2 по отношению к графикам 1 и 3 при токе нагрузки 150...200 мА.
