Усилитель мощности OM3501A

Усилитель  OM3501A работает у меня с лета 2019 года. Усилитель очень солидно сделан. Большой корпус, компоненты высокого качества и встроенные защиты от нештатных ситуаций. Система защиты усилителя защищает лампу ГУ-78Б а если лампа вышла из строя то защищает усилитель от последствий аварии. Усилитель полностью автоматический по этому нет необходимости следить за настройкой и переключением антенн. Управляется усилитель через местную компьютерную сеть или через интернет по этому он не занимает места на столе, у меня он стоит под столом. Более подробно можно почитать на сайте производителя, Словацкой фирмы OM Power. 

Модификация накала лампы ГУ-78Б

При эксплуатации усилителя необходимо следить за напряжением сети питания. Во время передачи часто имеет место просадка сети питания. При значительных изменениях сети на дисплее усилителя выскакивает сообщение "Heating voltage error". Это плохая новость – начинается процесс разрушения катода и сокращение срока службы лампы ГУ-78Б. При чрезмерно пониженном напряжении накала уменьшается эмиссия катода и падает выходная мощность усилителя.  Модификация заключается в применении стабилизированного источника питания накала лампы. Я применил готовый стабилизированный блок питания Mean Well RSP-150-27. Блок питания имеет встроенную защиту от короткого замыкания путем ограничения максимального тока до 135% и одновременно выполняет функцию мягкого включения накала лампы. При холодной нити накала ее сопротивление в 8-10 раз ниже и импульс тока во время включения напряжения накала сокращает срок службы лампы. Не следует применять блок питания который после срабатывания защиты требует повторного включения, защита сработает от пускового тока накала. Встроенная плавная подстройка выходного напряжения позволяет эффективно управлять напряжением накала с целью продления срока службы лампы. Новый блок питания накала лампы смонтирован под передней панелью и подключен параллельно силовому трансформатору TR1. Для защиты цепей накала используется имеющийся предохранитель на 10А. В связи с переходом питания накала с переменного напряжения на постоянное потребовалось изменение номинала резистора R14 на плате INPUT BOARD. Резистор 47 кОм заменен на 37,4 кОм. Это необходимо чтобы процессор усилителя правильно показывал напряжение накала на дисплее усилителя а так-же для правильной работы системы информации и защиты.

Установка блока питания накала лампы Mean Well RSP-150-27

Подбор резистора R14

Управление напряжением накала лампы ГУ-78Б

С целью продления срока службы применена методика понижения напряжения питания нити накала лампы ГУ-78Б. Методика позаимствована из паспорта киловатной генераторной лампы с оксидным катодом косвенного накала 8791v1. Если лампа новая то необходимо провести “обкатку” в течении первых 200 часов при номинальном напряжении накала 27В для начального формирования катода. В течении этого времени эмиссия катода увеличивается. Желательно провести жестьчение лампы если она не использовалась более 3-х месяцев. После этого можно приступить к понижению накала.

1.    Устанавливаем напряжение накала 27В.

2.    Проверяем ток покоя. Устанавливаем мощность усилителя при которой  он будет использоваться. Выходную мощность измеряем  на несущей через 30 секунд после нажатия.

3.    Шагами в 1% уменьшаем напряжение накала до тех пор пока заданную мощность действиями пункта 2 достичь невозможно. За тем увеличиваем напряжение накала на 1%.

Напряжение накала будет в пределах 23,5 до 27В в зависимости от заданной мощности усилителя. Для ускорения процесса можно начать с 95% напряжения накала, если при 94% нужная мощность достижима то продолжаем пошаговое понижение.

                   Если лампа новая и заданную мощность выберем 95% от максимальной то достаточно будет 90% напряжения накала. В процессе эксплуатации при появлении признаков падения заданной мощности повышаем напряжение накала. Желательно такую проверку делать периодически, например через каждых 1000 часов наработки. После такой установки напряжения накала нежелательно превышать заданную мощность так как появится отравление катода лампы остаточными газами. Условием начала отравления катода является равенство скоростей процесса отравления катода остаточными газами и скорости его активирования. Если вакуум у лампы хороший то это нестрашно, при плохом вакууме возможно необратимое отравление катода! При таком управлении напряжением накала срок службы лампы увеличивается в разы. Какой огромный запас эмиссии катода пропадает при излишнем накале видно на рисунке ниже. К тому активный материал катода барий испаряясь и оседая на других электродах лампы нарушает ее работу и может быть причиной прострелов. Если Вы увлекаетесь  DX когда усилитель в дежурном режиме “сушит” катод лампы в ожидании  DX-а или работаете повседневно на мощности ниже максимальной то эта методика в самый раз. Стабилизированный блок питания окупится уже при первой лампе так как стоит он 10-15% стоимости новой лампы.

Контроль температуры в системе охлаждения лампы ГУ-78Б

Датчик температуры лампы установлен в середине медной полоски один конец которой находится над анодом лампы а другой прикреплен к корпусу усилителя. По этому датчик мерит среднюю температуру между анодом и корпусом усилителя. При температуре воздуха выходящего из лампы 160°C и корпуса усилителя 22°C датчик покажет приблизительно 90°C. К тому медная полоска медленно нагревается и остывает что делает систему измерения инертной. Применен точный цифровой датчик DS18B20 который работает в пределах от -55°C до + 125°C. Такая система показывает не верно но вполне годится для управления включением дополнительного вентилятора охлаждения. Дополнительный вентилятор включается когда дисплей усилителя показывает 60°C, на самом деле температура воздуха выходящего из лампы приблизительно 95°C. Я проверил это с помощью промышленного цифрового термометра с быстродействующим датчиком типа PT100 который измеряет до +400°C. В режиме SSB  температура выходящего воздуха достигает 90°C,  в FT8 120°C, в RTTY 170°C уже через минуту работы. Поскольку температура лампы на 40°C выше температуры выходящего воздуха то получается что мы превышаем допущенный производителем предел 200°C.

Проверка системы охлаждения лампы

Для охлаждения лампы ГУ-78Б в усилителе используется центробежная турбина еbm-papst model D2E097-CH85-48 и дополнительный вентилятор SUNON model DPA200A 2123XBL.GN. Производительность турбины 180 м3 в час в свободном пространстве. Радиатор охлаждения лампы создает потери давления воздуха из за чего падает производительность турбины. При потерях давления воздуха 10 мм водяного столба (100 Паскалей) производительность турбины падает до 140 м3 в час. Дополнительный вентилятор SUNON имеет производительность 165 м3 в час при потерях давления 85 Паскалей и позволяет частично компенсировать потери давления доводя общую производительность системы охлаждения до 165 м3 в час. Вентилятор понижает температуру лампы на 15-17°С и повышает шум системы охлаждения в двое. Для достижения полной мощности рассеивания на аноде необходима производительность системы охлаждения 320 м3 в час при потерях давления 55 мм водяного столба (550 Паскалей). Поскольку лампа в радиолюбительском усилителе работает с перерывами то можно считать что система охлаждения достаточная при условии что будем следить за температурой лампы. Превышение температуры выше 200°C недопустимо даже кратковременно, лампа начнет терять вакуум.

В инструкции по эксплуатации есть предупреждение

Если процесс настройки продолжается более 1 минуты необходимо сделать перерыв для исключения температурной перегрузки УМ.

 

 

Модификация системы охлаждения

                   Для лучшего охлаждения лампы имеющиеся центробежная турбина заменена на более мощную ebm-papst model D2E097-BK80-02. Производительность новой турбины более 180 м3 при потери давления 18,8 мм водяного столба (188 Паскалей). После замены турбины дополнительный вентилятор демонтирован и усилитель стал заметно тише. До модернизации турбина имела постоянную скорость а автоматика подключала дополнительный вентилятор в зависимости от температуры. Теперь используя встроенную автоматику имеем три скорости вращения турбины. Первая скорость в режиме ожидания - шум турбины 32 дБ, ее практически не слышно, температура выходящего воздуха 36°C. Вторая скорость включается при переходе на передачу на 5 минут после  каждого нажатия ПТТ - шум турбины 39 дБ, слышно шипение воздуха, температура выходящего воздуха до 95°C. Третья скорость включается встроенной автоматикой после превышения температуры 60°C по "показометру" усилителя, фактически при 95-100°C - шум турбины 47 дБ, меньше бывшего дополнительного вентилятора но ощутим. В реальных условиях при работе в режиме FT8 (50/50) третья скорость редко включается. Шум турбины измерен смартфоном на расстоянии 1 метр от передней панели усилителя.

На диаграмме ДАННЫЕ ДЛЯ ВЫБОРА УСЛОВИЙ ОХЛАЖДЕНИЯ  красной чертой отмеченa производительность новой турбины. При одинаковой мощности рассеяния на аноде температура лампы на 25-30°C ниже по сравнению со штатной турбиной.

Для реализации выше описанного алгоритма сделано реле времени на триггерной микросхеме NE555 с временем задержки 5 минут. Реле времени одновременно повышает напряжение накала на 1% в режиме передачи. Скорость вращения турбины понижается включением последовательно с ней галогенных лампочек накаливания напряжением 230В которые горят в пол накала. Точно подобрать желаемую скорость вращения турбины можно подбирая мощность ланпочек в пределах 25-40 Вт.

 

Новая турбина системы охлаждения

Ток покоя лампы ГУ-78Б

В усилителе предусмотрена автоматическая установка тока покоя выходной лампы на уровне 500 мА но есть возможность и ручной установки. В паспорте на лампу рекомендованный ток покоя 850 мА. Была проведена проверка уровня интермодуляционных искажений 3-го порядка IMD3. Для этого использовался векторный измеритель сигнала SMΩRF от MicroHam который имеет встроенный двух тональный генератор и трансивер Yaesu FTdx101D с уровнем IMD3 ниже -41.7 dBc. Использовались два датчика уровня сигнала на входе и выходе усилителя. Результаты измерений приведены в таблице.

Ток покоя мА

500

600

700

800

900

OM3501A  IMD3 dBc

-27.5

-29.8

-33.8

-38.9

-36.9

Усиление dB

15.9

16.4

16.8

17.1

17.6

 Мощность рассеиваемая анодом от допустимой %

60%

72%

84%

96%

104%







                     Выводы: При улучшении качества сигнала значительно увеличивается потребляемая мощность. При телеграфе или FT8 ток покоя 500 мА будет достаточным, для SSB желательно 750-800 мА. Усилитель позволяет подобрать ток покоя но удобней выло-бы иметь переключение вида работы.

Home