Секционная намотка выходных трансформаторы с магнитопроводом шл: Проектируем выходной трансформатор для лампового усилителя — Усилители на лампах — Звуковоспроизведение

Содержание

Проектируем выходной трансформатор для лампового усилителя — Усилители на лампах — Звуковоспроизведение

Часть вторая.

Далее рассчитываем ТВЗ применительно к железу.
Обычно, для лампы 300В берут сердечник от ОСМ 400 ватт. В крайнем случает от ОСМ 250 ватт.
Ввиду того, что мной выбрано Ra достаточно большое и = 5990 Ом, амплитуда тока в связи с этим уменьшилась. Выходная мощность тоже упала.
Попытаюсь использовать имеющиеся у меня стандартный сердечник ШЛ 25 х 50. из электротехнической стали 3408, толщина ленты 0,3 мм.
Такой сердечник согласно справочных данных имеет габаритную мощность при индукции В = 1,6 Тесла, 230 Ватт.
Данный сердечник имеет внушительное окно, что позволит вместить не мало провода.

Для того, что бы продолжать расчёт, необходимо определить пригодность имеющегося железа для данного трансформатора.
Для этого необходимо знать его габаритные размеры и электрические параметры, начальную магнитную проницаемость Мю 0 или индукцию насыщения сердечника.
Чтобы это узнать, необходимо будет провести небольшую лабораторную работу и собрать небольшую схему.

На каркас трансформатора намотать пробные 100 витков. Постепенно увеличивая напряжение с ЛАТРа, отследить по осциллографу тот момент, когда синусоиду начнёт «ломать». Затем допустимое значение индукции рассчитывают по формуле:

где U1 — показания прибора, В; S — площадь сечения магнитопровода, см2 (чистого железа). Однако, не все смогут воспользоваться этим способом, ввиду отсутствия необходимых приборов. Поэтому будем рассчитывать более доступным, но уже приблизительным способом.
Зная, что железо из шихтованных пластин, «Ш» — образное, насыщается при 1,2 Т (Тесла =12000 Г (Гауссов)), а ленточных ШЛ, ПЛ при 1,6 Т = 16000 Г, для ТВЗ однотактных усилителей, примем значение максимальной индукции в сердечнике равное половине максимальной индукции насыщения.
Т.е. от 0,6 Т для Ш железа до 0,8 для ШЛ, ПЛ железа. Итак, имеется сердечник ШЛ 25 х 50 из электротехнической стали 3408, с толщиной ленты 0,3 мм.

-Площадь сечения рабочего керна — Qж = 2,5 * 5 * 0,95 = 11,875 cm2 0,95 — Кст – коэффициент заполнения сердечника сталью. Так обещает завод производитель. -Длина средней магнитной силовой линии lж = 21,3 см — взято из справочника. но можно рассчитать по формуле:

— Средняя длина витка lв = 21,00 см. Зависит от размеров каркаса и зазоров между элементами каркаса и сердечника. но можно рассчитать по формуле:

Тогда, индуктивность первичной обмотки по магнитопроводу будет равна

Где Мю 0, при неизвестном железе автор советует от 400 — до 600, возьму по минимуму 400.
Зазор в сердечнике… при токе 100ма возьму lз = 0,02cm, что будет соответствовать 0,1 мм под каждую подкову. А после всех расчётов зазор подкорректирую.
Исходя из того, что минимально допустимая индуктивность у меня 12 Гн, считаю количество витков W первичной обмотки: W1 = 2448 витков, вторичной, W2 = 2448 / (Ктр = 27,36) =89,47 витков. = 89.
Учитывая то, что средняя длина витка намотки 21 см, а максимально допустимое активное сопротивление 149,75 Ом получаем общую длину провода первичной обмотки 2448 витков * 0,21 м = 514,1 метра.
Тогда:

149,75 Ом : 514,1м = 0,291 Ом/метр.
По этому параметру, согласно таблице определяем диаметр провода. Это между 0,265 и 0,28.
Выбираем больший = 0,28 по меди и для ПЭТВ 0,33 по лаку.
Там же по таблице смотрим, что провод диаметром 0,28, при плотности тока 2 А/мм? соответствует току 124 мА. Ток покоя лампы равен 91,78 мА. Подходит.

Вторичная обмотка: W2 = 89 витков * 0,21 метр = 18,7 метра.
0,21 Ом : 18,7 м = 0,011 Ом/метр.
Соответствует проводу диаметром 1,45 мм по меди 1,56 по лаку. Сечение 1,651 мм?.
Данные по вторичной обмотке в последующем могут быть преобразованы при конструктивном расчёте.
В зависимости от желаемого секционирования, провод может быть применён значительно меньше по диаметру (сечению), но суммарное сечение всех обмоток должно остаться не меньше. 1,651 мм?.

Конструктивный расчёт. (Или, как разместить всё это на каркасе сердечника).

Хочу предупредить, что я делаю намотку очень плотной. Изоляцию между слоями не делаю. Между секциями применяю очень тонкую, 25 микрон пропиленовую изоляцию в несколько слоёв.
После намотки катушку пропитываю в лаке МЛ-92 с последующей сушкой.
Итак, габариты намотки по каркасу 59 х 23 мм. Это значит, что провода первичной обмотки, диаметром 0,28 по меди, 0,33 по лаку уместится 59 : 0,33 = 178 витков, реально
175 витков.
2448 : 175 = 13,988, округляем = 14 слоёв.
Высота намотки = 14 * 0,33 (по лаку) = 4,62 мм без учёта изоляции и вспучивания.

Для укладки вторичной обмотки выберем такой вариант, уложим все витки вторички в одном слое.
59 : 89 = 0,66 мм – мах. Диаметр провода по лаку. Реально столько витков не уложить.
Реально уложится провод диаметром 0,56 мм по меди, 0,62 по лаку.
Провод 0,56 имеет сечение 0,247 кв. мм . А нам необходимо минимальное сечение 1,651 кв.мм. Значит 1,651 : 0,247 = 6,68, округляем = 7 слоёв в параллель.
Высота намотки = 7 * 0,62 = 4,34 мм.
Общая высота намотки = 4,62 + 4, 34 = 8,96 мм. * 1,2 – 1,3 коэффициент вспучивания, зависит от того, кто как мотает = 10,76 – 11,65 мм + толщина изоляции, смотря кто сколько её кладёт.
Вот если это всё уместится на вашем трансформаторе, то можно сказать, что получился удачным, с минимальными необходимыми требованиями.
Если же про расчёте на каркасе остаётся много места, как получилось у меня. То, смело увеличивайте количество витков о одновременным увеличением диаметра провода, так, что бы активные сопротивления обмоток не превысили заданных значений. Меньшие их значения приведут только к улучшению параметров ТВЗ.

Что получилось у меня.
W1 — 3384 витка, провод 0,355 по меди, 0,385 по лаку, r1 = 128 Ом, 24 слоя, (3 — 6 — 6 — 6 — 3). Все последовательно.
W2 — 123 витка, провод 0,425 по меди, 0,47 по лаку, r2 = 0,16 Ом. 20 слоёв, по 5 слоёв между первичкой. Все параллельно. На нагрузку 8 Ом.
Итого 9 слоёв.
Изоляция только между слоями, пропилен 25 микрон, по 3 слоя. Пропитка в лаке МЛ92, с последующей сушкой.
Индуктивность первички могу посчитать пропорционально…
3384 / 2448 = 1,38 1,382 = 1,9. Ранее рассчитанные 12 Гн * 1,9 = 22,8 Гн.
За секционированием не следует сильно гнаться. В данном случае хорошие результаты получаются при общем количестве секций равном 7.
И последнее, уточняем немагнитный зазор.

8 * 3384 * 92 * 10-7 = 0,25мм.
Так как магнитный поток прерывается дважды, толщина прокладки будет вдвое меньше и = 0,125мм под каждую подкову.
Теперь, зная длину провода, можно рассчитать его вес, заодно и стоимость.
Спасибо за внимание. На этом расчёт закончен.
Хочу обратить внимание, что для пентодов, тетродов — расчёт производится точно так же, с учётом их характеристик.
Сопротивление нагрузки Ra выбирается оптимальное, по ВАХ и наименьшим нелинейным искажениям.
Если напряжение на аноде не соответствует паспортным значениям, то необходимо их сначала преобразовать под соответствующие напряжения. Задача довольно хлопотная.

И ещё, можно так же рассчитать индуктивность рассеяния Ls и вычислить частоту среза по ВЧ. Но это потом, при необходимости.

Не судите строго, может быть о чём-то забыл упомянуть.

Один маленький интересный совет.
Если есть возможность, то для уменьшения активного сопротивления обмоток, при том же количестве витков, следует выбирать сердечник квадратного сечения.
Для примера:
Сердечник 16 кв см.
Если стороны рабочего керна равны между собой и равны 4 и 4 см, то длина витка (не считая каркаса) = 16 см.
Изменим размеры сторон. 2 и 8 см = 16 кв.см. Периметр = длине витка =20 см.
4 лишних см. х 2500 витков = 100 лишних метров провода(это только по периметру сердечника).
Для провода 0,3 по меди это 24,8 Ом лишних.
 

 

Как намотать выходной трансформатор для 6п3с

ВЫХОДНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ НА ВСЕ СЛУЧАИ ЖИЗНИ.

Предыдущая версия статьи писалась ( вернее, КОМПИЛИРОВАЛАСЬ ) в жуткой спешке.

Впоследствии многими участниками форума были замечены разного рода несуразицы, как-то: несоответствие Ктр приведённому Ra , числа витков первички и вторички были неточны и пр.

Подняв все свои архивы (не расчётные, а намоточные – есть у меня такие), я всё уточнил, причесал, привёл в божеский вид.

Выкладываю ВТОРУЮ ВЕРСИЮ статьи, исправленную.

Теперь, как вы видите, она и называется по-другому J

Речь в этой статье пойдёт о том, как приготовить простые (несложные), но «приятные» трансформаторы из распространённого подручного (иногда и подножного) железа и проводов доступных марок и диаметров.

Мне постоянно задают вопросы о намотке трансформаторов.

Чтобы как-то упростить ситуацию с ответами, которых от меня ждут иногда подолгу, я решил собрать из своих старых рабочих тетрадок все (ну или почти все) трансформаторные рецепты в одну кучу и выложить это в виде небольшой статейки.

Сначала, однако, разберёмся, какое железо является распространённым.

Я в своё время начинал с ТС180 (ТС200, ТС250-2М), ТСШ170, ОСМ-0,16 (ОСМ-0,25; ОСМ-0,4).

Как показывает практика, ситуация с годами не изменилась (да и как она могла измениться, когда мы вынуждены «пережёвывать» остатки былой роскоши нашей советской промышленности), поэтому начинающие лампостроители используют вышеперечисленное железо в 99% случаев.

Ещё конечно надо дать рецепт перемотки трансформаторов от Прибоя, которые при неплохом железе имели довольно бездарно намотанные катушки, могущие втиснуть в себя в полтора раза больше меди, чем на них намотано в оригинале.

Какие трансы реально намотать на всём этом железе?

Выходные трансформаторы на ТСШ-170 .

Это Ш-железо. Набор 30 х 60. То есть в чистоте чуть более 16-ти квадратов.

Окно 19 х 53 мм. Не очень большое , но нам хватит.

Габариты намотки – 17 х 50 мм.

Чаще попадаются ТСШ170 с толщиной пластин 0,5 мм, реже – 0,35 мм.

Для наших целей лучше второй вариант, но и первый никто не запрещает.

1. Выходной транс для SE на 2 ком / 4; 8 ом.

Первичка – 2340 витков проводом ПЭВ-2 диаметром 0,355 мм в трёх секциях (5+10+5 слоёв по 117 витков в слое). R акт первички – 102 ома.

Вторичка – 160 витков (отвод от 113-го витка) проводом 0,55 мм в двух секциях. Два слоя по 80 витков, в каждой секции по две вторички в параллель. Всего – четыре запараллеленных обмотки. R акт вторички – 0 ,77 ома. Приведённое – 165 ом.

Для чего применять такой транс – решайте сами.

У меня он работал с 6П42С в триоде.

2. Выходник на SE 6С33С.

Если кто-то думает, что на ТСШ170 нельзя намотать выходной трансформатор на 6С33С или 6С18С, то это не так.

Первичка – 1050 витков провода ПЭВ-2 0,6 мм в трёх секциях (4+6+4 слоёв по 75 витков в слое.) R акт первички – 17 ом.

Вторичка – 100 витков (отвод от 71-го) проводом 0,93 мм в два слоя по 50 витков. Две параллельных секции. R акт вторички – 0,335 ома. R приведённое – 37 ом.

Приведённое к аноду сопротивление – 936 ом при восьми и четырёхомной нагрузке соответственно.

Зазор при 200-250 ма – около 0,25 мм.

Индуктивность такого трансформатора около 4 гн, что является минимально допустимым, на мой взгляд, значением для 6С33С. Тем не менее, работать будет вполне неплохо. Попробуйте!

3. Выходной трансформатор для 6П45С или 6С41С.

Приведённое сопротивление – 1,31 ком.

Первичка – 1680 витков ПЭВ-2 0,425 мм, три секции (4+8+4 слоёв по 105 витков в слое).

R акт первички – 54 ома.

Вторичка – 138 витков проводом 0,93 мм. Две секции по три слоя, в каждом слое 46 витков. Отвод для четырёх ом от 92-го витка, т.е. от конца второго слоя.

R акт вторички – 0 ,46 ома. Приведённое – 68 ом.

Здесь надо сделать некоторое уточнение.

Если вторичка состоит из трёх слоёв, то отвод для четырёх ом удобно делать от конца второго слоя (0,667 обмотки близко к требуемым значениям 0,707).

Если же она состоит из четырёх слоёв, то отвод можно сделать от третьего слоя (0,75 обмотки также близко к 0,707).

Небольшая неточность приведённого к аноду сопротивления в данном случае не страшна, усилители-то у нас триодные, они легко переносят подобные «отклонения».

Зазор при 150 ма – около 0,2 мм, учитывая наличие технологического зазора.

4. Транс для двухтактника на 6П36С.

Хорошая лампа 6П36С. Недорогая и хорошо звучащая.

Вот для двухтактника на 36-х трансформатор с Ra -а = 6,85 ком на нагрузке 16, 8 и 4 ома.

Каркас делим средней щекой. Мотаем половины в разные стороны.

На каждой половине:

Первичка — две секции по 560 витков (10 слоёв по 56 витков) провода ПЭВ-2 0,355 мм.

R акт первички – 98 ом.

Вторичка – между ними – 112 витков того же провода в два слоя, отводы от 56-го и 79-го витка для 4-х и 8-ми ом соответственно. 112 витков – для 16-ти ом.

Таких вторичек три в параллель на каждой половине.

R акт вторички – 0 ,88 ома. Приведённое – 352 ома.

Соединяем первичные обмотки перекрёстно-последовательно , вторичные – параллельно. Подробнее смотрите в монографии Г. Цыкина.

Итого на каркасе 2240 витков в первичной обмотке и 112 во вторичной.

Железо, естественно, собирается вперекрышку без зазора.

Остаётся добавить, что такой выходник подойдёт для РР на ГУ50, 6С4С, 6П3С, Г807 и пр. лампах с внутренним сопротивлением 0,8 – 1,5 ком.

5. Простой выходной трансформатор на 3,6 ком для

однотактников на тех же лампах (6С4С, ГУ50 и пр.)

Первичка – 2400 витков ПЭВ-2 0,35 мм. Три секции по 5+10+5 слоёв, в каждом слое 120 витков. R акт – 108 ом.

Вторичка тем же проводом 120 витков, отвод для 4-х ом от 85-го витка. Две секции по четыре параллельных слоя. Всего восемь параллельных слоёв.

R акт вторички – 0 ,7 ома. Приведённое – 280 ом.

6. И ещё один выходной трансформатор для однотактника.

Кто-то скажет 2400 витков – мало. Согласен. Но ведь и сопротивление первички надо бы удерживать хотя бы в пределах 100 ом.

Вот ещё один вариант — компромиссный.

Первичка – 3120 витков провода ПЭТВ-2 0,315 мм. Три секции (6+12+6 слоёв по 130 витков в слое). R акт – 182 ,5 ома.

Вторичка – 113 витков ПЭТВ-2 0,41 мм, отвод от 80-го витка для 4-хомной нагрузки.

Две секции по шесть параллельных слоёв. Всего – двенадцать параллельных вторичек.

R акт вторички – 0 ,33 ома. Приведённое – 250 ом.

Приведённое к аноду сопротивление первички – 6,53 ком.

Такой транс работал у меня с УО186 ( Ri = 1,1 ком).

Трансформаторы на ОСМах.

Сначала разберёмся, какие ОСМы нам подойдут.

Для выходников вполне применимы ОСМ-0,16, ОСМ-0,25, ОСМ-0,4.

Для межкаскадников – ОСМ-0,1.

Вот на них и остановимся.

Первое, чего, наверное, многие ждут.

7. Межкаскадник на ОСМ-0,1 для ламп Ri

Это многократно опробованный вариант, так что смело мотайте!

Железо ШЛ 25 х 40. Чистая площадь сечения – 9 квадратов, межкаскаднику хватает.

Первичка: 2394 витка ПЭВ-2 0,23 мм. Четыре секции , 3+6+6+3 слоёв по 133 витка в слое.

Вторичка: 2394 витка того же провода. Три секции, 6+6+6 слоёв по 133 витка в слое.

Активное сопротивление обмоток – по 164 ома.

Зазор при токе 20-40 ма – около 0,02-0,03 мм.

Если ток 10-12 ма можно вообще обойтись без зазора. Технологический зазор спасёт железо от насыщения в этом случае.

Ставьте на раскачку ГМ70 и слушайте себе на здоровье.

Короткий список ламп, могущих работать с этим трансом:

6С15П, 6С45П, 6Э5П, 6Э6П, 6Н6П (триоды параллельно), 6Н30П (каждый триод отдельно), 6П15П, 6П9, 6Ж52П, 6Ж43П и пр. Можете сами дополнить этот список.

Теперь выходные трансформаторы на ОСМ.

Чистое сечение – 12,2 квадрата. Немного, конечно.

И окошко у него небольшое. Габариты намотки – 15 х 50 мм.

Но кое-что намотать на нём всё-таки можно.

8. Выходник для SE 6С4С, Ra = 4,64 ком.

Первичка: 2520 витков ПЭВ-2 0,35 мм. Три секции, 5+10+5 слоёв по 126 витков в слое.

R акт первички – 96 ом.

Вторичка: 108 витков (отвод от 76-го) проводом ПЭВ-2 0,43 мм. Две секции по четыре параллельных слоя. Всего восемь параллельных обмоток.

R аки вторички – 0 ,35 ома. Приведённое – 188 ом.

Зазор – не более 0,1 мм.

Как-то для безобразно «кривой» рефлекторовской трёхсотки мне пришлось намотать транс 8,5 ком / 5,4 ома, чтобы она могла хоть как-то справляться с акустикой « AN — zero 2».

Первичная обмотка на таком же железе была тоже 2520 витков, а вторичка – 65 витков ПЭВ-2 0,71 мм, шесть слоёв в параллель. Если кому нужен такой «экстремальный» вариант – пожалуйста.

9. Трансформатор для SE 6П42С, Ra = 1,6 ком / 4 и 8 ом.

Люблю я лампу 6П42С в триоде. Ничего для неё не жаль, даже провода ПЭЛШО.

Первичка: 2160 витков ПЭЛШО 0,355 мм. Три секции, 5+10+5 слоёв по 108 витков в слое.

R акт первички – 78 ом.

Вторичка: 162 витка ПЭВ-2 0,87 мм. Две секции по три слоя, в слое 54 витка. Отвод на четыре ома от 108-го витка, т.е. от конца второго слоя.

Обе секции вторички параллелятся.

R акт вторички – 0 ,5 ома. Приведённое – 88,9 ома.

Зазор – 0,15 мм при токе 150 ма.

Провод ПЭЛШО имеет отличные звуковые свойства, стоит попробовать, потом на обычный ПЭВ не «пересядете».

Габариты намотки 66 х 17 мм.

Как-то судьба немного меня с этим железом сводила.

Вот только пару приличных выходных трансов на нём я обнаружил в своих записях.

10. Выходной транс на 300В. Ra = 4 ,32 ком / 4 и 8 ом.

Первичная обмотка: 3240 витков ПЭВ-2 0,355 мм. Три секции, 5+10+5 слоёв по 162 витка в слое. R акт первички – 135 ом.

Вторичная : 144 витка ПЭВ-2 0,85 мм в два слоя, 72 витка в слое, отвод от 102-го витка.

Четыре таких вторички в параллель. R акт вторички – 0 ,25 ома. Приведённое вторички – 127 ом.

КПД транса = 93,7%.

Индуктивность такого трансформатора около 45 гн, что позволяет услышать довольно низкий бас с ламп, подобных 300В, ГУ50, 6С4С, EL 34 и пр.

Зазор – около 0,1 мм для 100 ма тока.

11. Выходник для SE 2 х 300В. Ra = 1 ,85 ком / 4 и 8 ом.

Был случай, когда просили меня выкачать 20 вт с двух 300В в однотакте. Пришлось городить вот такой транс.

Первичка: 2600 витков. Три секции, 5+10+5 слоёв по 130 витков проводом ПЭВ-2 0,45 мм.

Активное сопротивление первички – 62 ома.

Вторичка: 180 витков (с отводом от 127-го витка) в двух слоях по 90 витков проводом ПЭВ-2 0,69 мм. Две секции по две (всего четыре) параллельных вторички.

R акт. вторички – 0,48 ома. Приведённое – 100 ом.

Зазор для тока 200 ма – ориентировочно 0,2 мм.

Теперь подобрались к железу ОСМ-0,4 .

ШЛ 40 х 50 – 72. Габариты намотки – 23 х 68 мм.

Этого-то я тонны перемотал!

Ничего так железо, довольно удобное во многих отношениях.

12. Выходной трансформатор для SE 300 B . Ra = 5 ,25 ком / 16, 8 и 4 ома.

Когда надо получить большую линейность, высокий демпингфактор и низкий бас, мотайте такой транс.

Первичка: 3312 витков ПЭВ-2 0,41 мм. Четыре секции, 4+8+8+4 слоёв по 138 витков в слое. R акт. первички – 108 ом.

Вторичка: 188 витков ПЭВ-2 0,6 мм в два слоя по 94 витка в слое. Отвод на 8 ом от 133-го витка, на 4 ома – от 94-го витка, т.е. от конца первого слоя. Три секции по две таких вторички в параллель, всего шесть параллельных вторичек.

R акт. вторички – 0 ,48 ома. Приведённое – 150 ом.

Индуктивность такого трансформатора – около 60 гн позволяет его использовать даже с ГМ70, надо лишь позаботиться о киловольтной изоляции.

13. Выходник на ГМ70. Ra = 5,91 ком / 16 и 6 ом.

Первичка та же, что и в предыдущем варианте: 3312 витков ПЭВ-2 0,41 мм. Но в пяти секциях, 3+6+6+6+3 слоёв по 138 витков в слое. R акт — те же 108 ом.

Вторичка: 176 витков (отвод от 108-го) в два слоя проводом ПЭВ-2 0,65 мм по 88 витков в слое. Никто не запрещает сделать отводы на 4 ома от 88-го витка и на 8 ом от 125-го.

Я просто ограничен был техническим заданием своего друга, для которого мотался этот выходник. А у него одна акустика – довольно «кривая» B & W 604, зато другая – роскошный 300-литровый ПАС на 4А32. Вот потому и 6 и 16 ом.

Вторичных обмоток четыре секции по 1+1+2+2 обмотки, соединены параллельно.

Всегошесть параллельных секций.

R акт. вторички – 0 ,38 ома. Приведённое – 137 ом.

КПД транса – 95,8%.

Зазор для ГМ70 при токе 130 ма – 0,12 мм.

Вообще при выставлении зазора смотрите на осциллограф.

Когда синус на большой амплитуде менее всего искорёжен – это правильный зазор!

14. Трансформатор для SE 6С33С. Ra = 1 ком / 8 и 4 ома.

Трансформатор для такой низкоомной лампы тоже должен быть весьма низкоомным.

Вот вариант на ОСМ-0,4.

Первичная обмотка: 1104 витка ПЭВ-2 0,89 мм. Три секции, 4+8+4 слоя по 69 витков в слое. R акт первички – 7 ,6 ома.

Вторичная обмотка: 100 витков ПЭВ-2 1,25 мм в два слоя по 50 витков в слое. Отвод от 71-го витка. Две таких вторички укладываются между тремя первичками и параллелятся.

R акт вторички – 0,175 ома. Приведённое – 21,3 ома.

КПД транса – 97%. Однако, это не предел. Его можно ещё повысить, если правильно распределить доли приведённых сопротивлений первички и вторички в КПД транса.

Такой выходник подойдёт и для двух параллельных 6С41С или ЕС360.

15. И ещё SE ГМ70. Ra = 6 ,72 ком / 8 и 4 ома.

Всё-таки индуктивность для ГМ70 должна быть большой. Вот вариант на 85 гн в первичке, но почти на грани фола по её активному сопротивлению (170 ом).

Первичка: 3888 витков ПЭВ-2 0,355 мм. Секций пять, 3+6+6+6+3 слоёв по 162 витка в слое. R акт первички – 170 ом.

Вторичная обмотка: 138 витков провода ПЭВ-2 0,89 мм в двух слоях по 69 витков в каждом. Отвод от 98-го витка. Четыре таких вторички располагаются между пятью первичками и соединяются параллельно.

R акт вторички – 0 ,24 ома. Приведённое – 190 ом.

Хватит о железе ОСМ.

Перейдём к ещё более «народному» варианту – ТС180 .

Это железо двухкатушечное, ПЛР 21 х 45.

Чистых 8,8 квадратов сечения.

Плюс весьма вместительные катушки.

Посмотрим, что можно на них намотать.

Первым делом напрашивается выходной трансформатор для РР.

16. Выходник для РР Г807. Ra -а = 8 ,34 ком / 8 ом.

Первичка: 4560 витков ПЭВ-2 0,31 мм. R акт первички – 190 ом.

Вторичка: 144 витка ПЭВ-2 1,00 мм. R акт вторички – 0,145 ома.

Приведённое – 145 ом.

На каждой катушке:

Четверть первичной обмотки – 1140 витков. Пять слоёв по 228 витков в слое.

Половина вторичной – 72 витка. Четыре слоя в параллель.

Ещё четверть первичной – 1140 витков. Пять слоёв по 228 витков.

Обмотки первички соединяются перекрёстно-последовательно ,

Этот трансформатор играл отличный бас. Кому такой нужен – пожалуйста!

Имейте в виду, что интересным вариантом будет запараллеливание первичек.

Тогда можно экспериментировать с R а-а в широких пределах.

17. Транс для РР 6П45С. Ra -а = 1 ,8 ком / 8 и 4 ома.

Первичная обмотка: 3400 витков ПЭВ-2 0,415 мм. Четыре секции по 5 слоёв, 170 витков в каждом слое. R акт первички – 82 ома.

Вторичная : 240 витков ПЭВ-2 0,95 мм в трёх слоях по 80 витков. Отвод на 4 ома от 160-го витка, т.е. от конца второго слоя. R акт вторички – 0 ,54 ома. Приведённое – 108 ом.

Коммутация обмоток такая же, как и в предыдущем варианте.

КПД транса – 89,4%.

Из двух ПЛ-сердечников можно собрать один ШЛ.

Если проделать это с ТС180, то получим

ШЛ42 х 45 — 85 со здоровенным окном – 27 х 85 мм.

Габариты намотки – 25 х 80 мм.

Вот два SE транса на таком железе.

18. Выходник для SE ГМ5Б. Ra = 4 ,46 ком / 8 и 4 ома.

Первичка: 2700 витков ПЭВ-2 0,55 мм. Три секции, 5+10+5 слоёв по 135 витков в слое.

Активное сопротивление первички – 55 ом.

Вторичка: 116 витков на 6 ом, отвод для четырёх ом от 83-го витка. Провод – ПЭВ-2 диаметром 0,65 мм. Две секции вторички, в каждой по шесть (всего двенадцать) параллельных слоёв. Активное сопротивление вторички – 0,13 ома.

Приведённое – 72 ома.

Зазор – около 0,12 мм для тока 130 ма.

19. Транс для SE 300В. Ra = 4 ком / 16, 8 и 2 ома.

У этого трансформатора не совсем привычная вторичка, но такие «ответвления» были продиктованы имеющейся акустикой и конструктивно оказались вполне удобны.

Первичная обмотка: 3600 витков ПЭЛШО 0,4 мм. Три секции, 6+12+6 слоёв по 150 витков в каждом слое. R акт первички – 125 ом.

Вторичная обмотка: 228 витков (отводы от 152-го витка на 8 ом ,) проводом ПЭВ-2 0,96 мм. Мотается в три слоя по 76 витков в слое. Четыре таких параллельных вторички в двух секциях. Активное сопротивление вторички – 0,37 ома, приведённое – 93 ома.

Зазор – 0,15 мм для тока 100 ма.

Был сделан ещё один клон этого трансформатора для лампы ГМ70.

Ra = 4 ,67 ком / 8 ом.

Первичка – 3600 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,47 мм.

Четыре секции — 4+8+8+4 слоёв по 150 витков в слое.

Активное сопротивление первички – 92,5 ома.

Вторичка – 152 витка провода ПЭВ-2 диаметром 0,96 мм в два слоя по 76 витков в слое.

Три секции по две параллельных вторички в каждой секции.

Всего шесть запараллеленных вторичек.

Активное сопротивление вторички – 0,165 ома, приведённое – 92,5 ома.

КПД этого транса – 96%.

«Коэффициент качества по Бурцеву» данного выходника –

12000 х 92,5 / 1500 + (1500+92,5)/(6,28 х 0,577) = 1180.

Что соответствует оценке «хорошо» в его критерии качества J

Ну и напоследок, как я и обещал, вариант перемотки прибоевского трансформатора, при котором он из «прибОйца» превращается в «прибойцА».

20. РР-транс для 6П42С в чистейшем классе «А». Ra -а = 3 ,81 ком / 16, 8 и 4 ома.

Первичка: 3724 витка ПЭВ-2 0,45 мм. R акт – 82 ома.

Вторичка: 248 витков ПЭВ-2 1,00 мм в четырёх слоях по 62 витка в слое. Отводы от 186-го и от 124-го витков. R акт – 0 ,55 ома. R приведённое вторички – 124 ома.

Секции на каждой катушке такие:

931 виток первички,

931 виток первички.

Коммутация первичной обмотки перекрёстно-последовательная, вторичной – параллельная.

КПД транса – 94,6%.

Вот, пожалуй, и все основные варианты трансформаторов на распространённом железе.

Многие трансы остались за бортом данной статьи по причине либо излишней компромиссности (например, межкаскадники на ТС-60 от ВМ-12, которые я ставил своим друзьям вместо проходных конденсаторов, потому что эти трансы имеют минимальный габарит – ШЛ 20 х 32 — и способны не только вместить в себя более-менее удобоваримый межкаскадный трансформатор, но и втиснуться на место убранного конденсатора) , либо по причине меньшей распространённости железа (парафазные трансформаторы на ТС70, ТС80, ТС100, выходник на ТБС-0,25 – ШЛ 32 х 64), либо просто сложные для повторения (например, многовитковые межкаскадники с хитрым секционированием многочисленных обмоток).

Но и двадцати перечисленных вариантов вполне достаточно, чтобы смело приступать к различным ламповым проектам.

Одним словом, мотайте трансформаторы, друзья!

И пусть Квортрупы, Саутеры и Сакумы завидуют нам!

4 декабря 2005 года.

P . S . Уже готова ещё одна статья с описанием двух десятков трансформаторов, расчитанных и изготовленных мной для участников форума. Уже скоро J

Собрать выходной трансформатор для 6П14П своими руками – заветная мечта большинства радиолюбителей, желающих получить на выходе лампового усилителя высококачественный звук.

Требования к трансформаторному изделию

Для того чтобы собрать выходной трансформатор своими руками – в первую очередь потребуется разобраться в следующих вопросах технического характера:

  • По какой схеме будет включаться данный трансформатор.
  • Какую звуковую мощность планируется получить на выходе усилителя с его помощью.
  • Какими должны быть намоточные характеристики этого устройства.

Важно! Лишь при условии правильного выбора всех перечисленных выше параметров удастся сконструировать высококлассный усилитель с прекрасными характеристиками звучания во всем диапазоне частот.

Рассмотрим каждое из условий получения качественного усиления более подробно.

Схема включения

Для самостоятельного изготовления усилителя на пентодах 6П14П сначала следует подобрать подходящую схему, что при наличии Интернета сделать очень просто. Для этого достаточно набрать в поисковой строке соответствующий запрос и выбрать наиболее понравившееся схемное решение. При этом важно определиться с тем, по какому варианту предполагается делать выходной узел усилителя: на одной или на двух лампах (одно- или двухтактный режим).

Дополнительная информация: Для получения качественного и неискаженного звучания предпочтение следует отдать второму варианту (так называемому «двухтакту»).

При этом исполнении подойдет размещенная слева схема (в нее для удобства включены предварительный каскад на двойном триоде 6Н2П и блок питания с силовым трансформатором Т2).

Выходная мощность

Выходная мощность для рассматриваемой схемы может колебаться в диапазоне от 12-ти до 25-ти Ватт (при сопротивлении нагрузки 4 Ома).

Обратите внимание! В режиме максимальной мощности коэффициент искажений в этом случае составит не более 5%, а выходное напряжение на обмотке звукового преобразователя – порядка одного вольта.

Вторичную обмотку двухтактного устройства для получения оптимальной мощности удобнее рассчитывать на то количество витков, которое соответствует комплексному сопротивлению подключаемого динамика (4 или 8 Ом).

Основные характеристики

Перед тем как намотать выходной трансформатор для 6П14П следует более подробно ознакомиться с его конструкцией, имеющей следующие характеристики:

  • В состав преобразователя входят две обмотки, представляющие его первичную и вторичную многосекционные катушки.
  • Трансформатор для лампового устройства наматывается на сердечнике Ш30.
  • Толщина набора его пластин составлять 36 мм.

Для размещения обеих катушек выходного трансформатора под двухтакт на 6П14П размеры его рабочего окна необходимо выбрать не менее чем 60 на 30мм.

При таких конструктивных данных преобразователя его намоточные параметры принимают вполне конкретные значения, которые рассматриваются в следующем разделе.

Намоточные характеристики выходного трансформатора

Для того чтобы намотать выходной трансформатор для двухтактного усилителя на 6П14П потребуется изготовить двойной каркас, искусственно разделенный специальной перегородкой.

Расположение намоточных секций на каркасе трансформатора для ламп 6П14П, а также схема подключения первичной и вторичной обмоток изображены на фото.

Каркас первичной обмотки имеет шесть одинаковых по размеру секций, каждая из которых содержит по 300 витков. Вторичная катушка поделена на 4 отделения, содержащие по 44 витка.

Последовательность намотки

Последовательность их намотки своими руками выглядит так:

  • В первую очередь наматываются витки в секциях каркаса, обозначенных на фото номерами 1,8,2,7,3.
  • После этого частично намотанная конструкция снимается со станка и разворачивается на 180 градусов.
  • На следующем этапе работ продолжается намотка оставшихся секций, пронумерованных цифрами 4,9,5,10,6.

Все отделения первичной обмотки выходного трансформатора для лампового усилителя на 6П14П соединяются между собой по последовательной схеме. В отличие от нее вторичная катушка состоит из двух половинок, включенных последовательно, каждая из которых содержит в своем составе две параллельно подсоединенные секции.

Дополнительная информация: Благодаря такому способу формирования катушек трансформаторное устройство обеспечивает оптимальные передаточные характеристики каскада.

Последнее означает, что при секционном построении вторичной обмотки упрощается ее согласование с нагрузками различной величины.

Кроме того, данный подход к намотке катушек своими руками позволяет получить симметричную схему с малым коэффициентом индуктивного рассеяния. Благодаря этому собранный каскад отличается прекрасными АЧХ и ФЧХ характеристиками.

Параметры трансформатора питания

Для того чтобы изготовить трансформатор питания для лампового усилителя 6П14П потребуется воспользоваться магнитопроводом на основе электротехнической стали Ш-40, имеющей толщину набора в 50 мм. Намоточные параметры преобразовательного устройства выглядят следующим образом:

  • В первичной (сетевой) обмотке должно иметься 430 витков медного провода в изоляции ПЭЛ 0,8.
  • Его вторичную катушку следует наматывать проводом ПЭЛ-0,31, число витков которого должно быть не менее 400 (от нее питается выпрямитель, обеспечивающий получение анодных напряжений для ламп).
  • В обмотке накальной цепи двойного триода 6Н2П (б-б) необходимо намотать 11 витков провода ПЭЛ-1.0.

Питающие обмотки, работающие на цепи накала ламп L4 и L5 (в-в), имеют по 13,5 витков провода ПЭЛ 1,0. По завершении сборки силового блока полный комплект электротехнических устройств будет готов к установке в рабочую схему.

При выполнении всех обозначенных в статье требований удается получить качественный выходной трансформатор для ламп 6П14П, гарантирующий надежную работу двухтактного усилительного каскада.

Проектируем выходной трансформатор для лампового усилителя.

Часть первая.

Каждый радиолюбитель, пожелавший собрать ламповый усилитель, сталкивается с вопросом, а какой же ТВЗ ему применить для своей конструкции?
Как рассчитать, как намотать или заказать трансформатор по расчётным данным?
Ведь в интернете он наверняка вычитал, что ТВЗ – это чуть ли не самый главный элемент всего устройства. И от его качества и параметров зависит в целом качество звука всего усилителя.

Так какие же параметры важнее всего в выходном трансформаторе? Как их рассчитать?
Этому и будет посвящена данная статья.
В ней нет ничего нового. Все данные для расчётов взяты из учебников 50 х годов прошлого столетия. А я лишь постараюсь «простым , доступным языком», изложить их здесь с учётом того, что современные носители звука используют полный звуковой диапазон от 20 Гц до 20 кГц, а наш усилитель и ТВЗ в том числе должен с запасом как вниз, так и вверх перекрывать этот диапазон.

Итак, Его величество – выходной трансформатор.
Какие же параметры выходного трансформатора главней всего?
Да практически все. Это:

— Активные сопротивления первичной и вторичной обмоток r1 и r2,

— полное сопротивление анодной нагрузки, т.е. нагрузка, на которую будет нагружена лампа во время работы с вашим ТВЗ и подключенной к нему акустикой.

а —коэффициент «альфа», отношение Ra/ Ri,сопротивления нагрузки к внутреннему сопротивлению лампы в рабочей точке.

L — индуктивность первичной обмотки,

Ls — индуктивность рассеяния,

n — коэффициент трансформации

— Rвых – выходное сопротивление усилителя, определяется внутренним сопротивлением выбранной лампы и параметрами выходного трансформатора.

— Кд – коэффициент демпфирования. Отношение Rн / R вых. Сопротивления нагрузки (динамика) к выходному сопротивлению усилителя.Чем он больше, тем лучше, и при определённых значениях и более, ваш усилитель будет одинаково хорошо звучать с любой по сложности импеданса акустикой.

Итак, для примера я выбираю лампу 300В одного из производителей. Её предельно допустимые электрические параметры следующие:
Ua = 450 вольт,
Ia = 100 ma.
На её ВАХах с помощью программы «TubeCurve» строю нагрузочную линию (обозначена красным).

Согласно своим желаниям. Определяю режим работы лампы.

Pout = 6,304 watt,

КНИ = 2,586%.
Не превышает предельно допустимых.

Это можно проделать и вручную, распечатав ВАХи принтером на листе бумаги.
Определяем коэффициент «Альфа» = а –коэффициент нагрузки.
а = Ra / Ri =5,99 kOm / 0,67 = 8,94

Многие могут возразить: Ведь коэффициент «Альфа» выбирается 3 – 5 Ri.
Отвечу: альфа = 3 — не «хайэнд», альфа = 5-7 — неплохо, альфа = 9-10 — для особых гурманов.
Не причисляю себя к особым гурманам, поэтому выбрал режим неплохой, но очень близкий к последним.
Если вы заметили, я ещё данным режимом потерял немного выходной мощности.
Лампа 300В обычно без труда выдаёт 8 ватт при анодной нагрузке 2,5 – 3 кОм.
Хочу заверить, что потеря мощности ввиду увеличения анодной нагрузки, практически не заметна по слуховым ощущениям. Да и на 6 ватт мне вряд ли когда доведётся эту лампу слушать.

Далее: определяем коэффициент трансформации .

Сопротивление моей нагрузки (динамика) Rn= R2 = 8 Ом.
Отсюда n =√ 8 / 5990 = 0,0365, или Ктр = 27,36.

Расчёт целесообразней всего начинать от КПД – коэффициента полезного действия.
Многие именитые могут заявить: «Да плевать нам на этот КПД, подумаешь, потеряем немного выходной мощности, мы в «хайэнде» за мощностью не гоняемся!»
При этом забывают, что КПД зависит напрямую от активных сопротивлений r1 и r2, это во-первых, а во-вторых — от этих же сопротивлений зависит R вых оконечного каскада усилителя.
Чему же равен КПД? (η)

Вычисляем: КПД = 27,36 * 27,36 * 8 Om / 5990 Om =0,99.
Пусть вас не пугает эта цифра. Она говорит только о том, что мы на правильном пути.
Пугать должна цифра 0,85 или даже 0,8. А мы, от идеального трансформатора перейдём к более реальному и зададимся КПД = 0,95. Можно взять и больше, но габариты такого трансформаторы будут неимоверно увеличиваться в размерах. О чём каждый может потом посчитать.

Леонид Пермяк с «Хаенд – борды» составил и любезно предложил график определения R вых. % выходного сопротивления усилителя от КПД трансформатора и выбранного коэффициента «Альфа».

Тогда, при КПД = 0,95 и «Альфа» = 0,89 R вых = 17% от нагрузки 8 Ом.
R вых = 1,36 Ом. И это очень хорошее значение для нагрузки 8 Ом.
Хочу отметить, что этот результат не точный. Он прикидочный, чего нам ожидать.
После вычисления активных сопротивлений первичной и вторичной обмоток, получим более точный результат выходного сопротивления.
Кд (коэффициент демпфирования) при этом будет = 8 / 1,36 = 5,88.

Для нагрузки 4 Ом, R вых. Должно быть меньше 1 ома.
А как же нам получить эти 1, 36 Ом . Для этого вычислим максимально допустимое сопротивлений первичной r1 и вторичной r2 обмоток.

r1 = 0,5 * 5990 * (1 – 0,95) = 149, 75 Ом. Вполне выполнимая задача. И она благодаря высокому выбранному Ra —сопротивлению анодной нагрузки.

r2 = 0,5 * 8 * (1 – 0,95) / 0,95 = 0,21 Ом.

Итак, максимально допустимые активные сопротивления первичной и вторичной обмоток равны 149,75 Ом и 0,21 Ом соответственно. Меньше эти значения могут быть. Это приведёт к улучшению параметров всего ТВЗ. А увеличение этих значений – к ухудшению.

Теперь можно вычислить, какое будет R вых. усилителя.

R вых. = 0,21 + (670 Ом + 149,75 Ом)/ 27,36 ² = 1,17 Ом. Замечательный результат.
Выходное сопротивление уменьшилось, значит увеличится коэффициент демпфирования.
Далее вычисляем минимально необходимую индуктивность первичной обмотки L1 для нижней частоты. Для этого воспользуемся формулой сопротивления эквивалентного генератора для нижней частоты.

r1 – активное сопротивление первичной обмотки;

r2 — активное сопротивление вторичной обмотки;

r’2 = r2 * Ктр² — активное сопротивление вторичной обмотки, приведённое к первичной цепи;
R’2 = R2 * Ктр² – сопротивление нагрузки, приведённое к первичной цепи.
R2 – сопротивление нагрузки (динамика). Вычисляем Rэн.

(Ri + r1) = 670 + 149,75 = 819,75
r’2 = 0,2 * 27,36 2 = 149,71
R’2 = 8 * 27,36 2 = 5988,56
(r’2 + R’2) = 6138,27
тогда,
Rэн = 819,75 * 6138,27 / 819,75 + 6138,27 = 723,17 Ом.

Вычисляем минимально необходимую индуктивность первичной обмотки L1.

Приняв Fн=10Гц и спад на этой частоте -3 дБ (выражение под квадратным корнем при спаде – 3 дБ = 1, Мн – коэффициент частотных искажений ), вычисляем минимально допустимую индуктивность первички:

L1 = 723,17 / 6,28 * 10 = 11,52 Гн. Округлю до 12 Гн.

Кто-то может возразить, что уж больно мала получилась индуктивность первичной обмотки. Она должна быть как минимум раза в 3 больше. Но, параллельно первичке (и приведённой к ней нагрузке) у нас прежде всего подключено Ri лампы, равное в данном случае 670 Ом. И оно хорошо демпфирует первичку, от которой теперь уже не требуется большой L1.

Потому-то я и старался применить лампу с маленьким Ri — чтобы не потребовалось большой индуктивности и многих витков первички.
Применённая мной формула Rэн есть выражение для двух параллельно соединённых сопротивлений — Ri и Ra c учётом паразитных активных сопротивлений.

Однако, в этой бочке мёда есть и ложка дёгтя. И выражается она в том, что норма на спад величиной -3 дБ слишком слабая. Дело в том, что если на какой-то НЧ-частоте такой спад, то ощутимый спад начинается где-то на декаду выше этой частоты, т.е., если такая норма заложена на частоте 10 Гц, то начало спада — где-то на 100 Гц.
Вот картинка, только из очень древней книги:

Именно поэтому, для того, что бы получить «полноценную» частоту 40 Гц, многие ГУРУ, рассчитывают ТВЗ для нижней частоты Fн = 5 – 6 Гц.
Не буду пересчитывать на Fн = 5 Гц и продолжу расчёт как задумал. А каждый желающий может это проделать самостоятельно, и посмотреть что из этого вышло.

Проектируем выходной трансформатор для лампового усилителя.

Часть вторая.

Далее рассчитываем ТВЗ применительно к железу.
Обычно, для лампы 300В берут сердечник от ОСМ 400 ватт. В крайнем случает от ОСМ 250 ватт.
Ввиду того, что мной выбрано Ra достаточно большое и = 5990 Ом, амплитуда тока в связи с этим уменьшилась. Выходная мощность тоже упала.
Попытаюсь использовать имеющиеся у меня стандартный сердечник ШЛ 25 х 50. из электротехнической стали 3408, толщина ленты 0,3 мм.
Такой сердечник согласно справочных данных имеет габаритную мощность при индукции В = 1,6 Тесла, 230 Ватт.
Данный сердечник имеет внушительное окно, что позволит вместить не мало провода.

Для того, что бы продолжать расчёт, необходимо определить пригодность имеющегося железа для данного трансформатора.
Для этого необходимо знать его габаритные размеры и электрические параметры, начальную магнитную проницаемость Мю 0 или индукцию насыщения сердечника.
Чтобы это узнать, необходимо будет провести небольшую лабораторную работу и собрать небольшую схему.

На каркас трансформатора намотать пробные 100 витков. Постепенно увеличивая напряжение с ЛАТРа, отследить по осциллографу тот момент, когда синусоиду начнёт «ломать». Затем допустимое значение индукции рассчитывают по формуле:

где U1 — показания прибора, В; S — площадь сечения магнитопровода, см2 (чистого железа). Однако, не все смогут воспользоваться этим способом, ввиду отсутствия необходимых приборов. Поэтому будем рассчитывать более доступным, но уже приблизительным способом.
Зная, что железо из шихтованных пластин, «Ш» — образное, насыщается при 1,2 Т (Тесла =12000 Г (Гауссов)), а ленточных ШЛ, ПЛ при 1,6 Т = 16000 Г, для ТВЗ однотактных усилителей, примем значение максимальной индукции в сердечнике равное половине максимальной индукции насыщения.
Т.е. от 0,6 Т для Ш железа до 0,8 для ШЛ, ПЛ железа. Итак, имеется сердечник ШЛ 25 х 50 из электротехнической стали 3408, с толщиной ленты 0,3 мм.

-Площадь сечения рабочего керна — Qж = 2,5 * 5 * 0,95 = 11,875 cm2 0,95 — Кст – коэффициент заполнения сердечника сталью. Так обещает завод производитель. -Длина средней магнитной силовой линии lж = 21,3 см — взято из справочника. но можно рассчитать по формуле:

— Средняя длина витка lв = 21,00 см. Зависит от размеров каркаса и зазоров между элементами каркаса и сердечника. но можно рассчитать по формуле:

Тогда, индуктивность первичной обмотки по магнитопроводу будет равна

Где Мю 0, при неизвестном железе автор советует от 400 — до 600, возьму по минимуму 400.
Зазор в сердечнике. при токе 100ма возьму lз = 0,02cm, что будет соответствовать 0,1 мм под каждую подкову. А после всех расчётов зазор подкорректирую.
Исходя из того, что минимально допустимая индуктивность у меня 12 Гн, считаю количество витков W первичной обмотки: W1 = 2448 витков, вторичной, W2 = 2448 / (Ктр = 27,36) =89,47 витков. = 89.
Учитывая то, что средняя длина витка намотки 21 см, а максимально допустимое активное сопротивление 149,75 Ом получаем общую длину провода первичной обмотки 2448 витков * 0,21 м = 514,1 метра.
Тогда:

149,75 Ом : 514,1м = 0,291 Ом/метр.
По этому параметру, согласно таблице определяем диаметр провода. Это между 0,265 и 0,28.
Выбираем больший = 0,28 по меди и для ПЭТВ 0,33 по лаку.
Там же по таблице смотрим, что провод диаметром 0,28, при плотности тока 2 А/мм? соответствует току 124 мА. Ток покоя лампы равен 91,78 мА. Подходит.

Вторичная обмотка: W2 = 89 витков * 0,21 метр = 18,7 метра.
0,21 Ом : 18,7 м = 0,011 Ом/метр.
Соответствует проводу диаметром 1,45 мм по меди 1,56 по лаку. Сечение 1,651 мм?.
Данные по вторичной обмотке в последующем могут быть преобразованы при конструктивном расчёте.
В зависимости от желаемого секционирования, провод может быть применён значительно меньше по диаметру (сечению), но суммарное сечение всех обмоток должно остаться не меньше. 1,651 мм?.

Конструктивный расчёт. (Или, как разместить всё это на каркасе сердечника).

Хочу предупредить, что я делаю намотку очень плотной. Изоляцию между слоями не делаю. Между секциями применяю очень тонкую, 25 микрон пропиленовую изоляцию в несколько слоёв.
После намотки катушку пропитываю в лаке МЛ-92 с последующей сушкой.
Итак, габариты намотки по каркасу 59 х 23 мм. Это значит, что провода первичной обмотки, диаметром 0,28 по меди, 0,33 по лаку уместится 59 : 0,33 = 178 витков, реально
175 витков.
2448 : 175 = 13,988, округляем = 14 слоёв.
Высота намотки = 14 * 0,33 (по лаку) = 4,62 мм без учёта изоляции и вспучивания.

Для укладки вторичной обмотки выберем такой вариант, уложим все витки вторички в одном слое.
59 : 89 = 0,66 мм – мах. Диаметр провода по лаку. Реально столько витков не уложить.
Реально уложится провод диаметром 0,56 мм по меди, 0,62 по лаку.
Провод 0,56 имеет сечение 0,247 кв. мм . А нам необходимо минимальное сечение 1,651 кв.мм. Значит 1,651 : 0,247 = 6,68, округляем = 7 слоёв в параллель.
Высота намотки = 7 * 0,62 = 4,34 мм.
Общая высота намотки = 4,62 + 4, 34 = 8,96 мм. * 1,2 – 1,3 коэффициент вспучивания, зависит от того, кто как мотает = 10,76 – 11,65 мм + толщина изоляции, смотря кто сколько её кладёт.
Вот если это всё уместится на вашем трансформаторе, то можно сказать, что получился удачным, с минимальными необходимыми требованиями.
Если же про расчёте на каркасе остаётся много места, как получилось у меня. То, смело увеличивайте количество витков о одновременным увеличением диаметра провода, так, что бы активные сопротивления обмоток не превысили заданных значений. Меньшие их значения приведут только к улучшению параметров ТВЗ.

Что получилось у меня.
W1 — 3384 витка, провод 0,355 по меди, 0,385 по лаку, r1 = 128 Ом, 24 слоя, (3 — 6 — 6 — 6 — 3). Все последовательно.
W2 — 123 витка, провод 0,425 по меди, 0,47 по лаку, r2 = 0,16 Ом. 20 слоёв, по 5 слоёв между первичкой. Все параллельно. На нагрузку 8 Ом.
Итого 9 слоёв.
Изоляция только между слоями, пропилен 25 микрон, по 3 слоя. Пропитка в лаке МЛ92, с последующей сушкой.
Индуктивность первички могу посчитать пропорционально.
3384 / 2448 = 1,38 1,382 = 1,9. Ранее рассчитанные 12 Гн * 1,9 = 22,8 Гн.
За секционированием не следует сильно гнаться. В данном случае хорошие результаты получаются при общем количестве секций равном 7.
И последнее, уточняем немагнитный зазор.

8 * 3384 * 92 * 10-7 = 0,25мм.
Так как магнитный поток прерывается дважды, толщина прокладки будет вдвое меньше и = 0,125мм под каждую подкову.
Теперь, зная длину провода, можно рассчитать его вес, заодно и стоимость.
Спасибо за внимание. На этом расчёт закончен.
Хочу обратить внимание, что для пентодов, тетродов — расчёт производится точно так же, с учётом их характеристик.
Сопротивление нагрузки Ra выбирается оптимальное, по ВАХ и наименьшим нелинейным искажениям.
Если напряжение на аноде не соответствует паспортным значениям, то необходимо их сначала преобразовать под соответствующие напряжения. Задача довольно хлопотная.

И ещё, можно так же рассчитать индуктивность рассеяния Ls и вычислить частоту среза по ВЧ. Но это потом, при необходимости.

Не судите строго, может быть о чём-то забыл упомянуть.

Один маленький интересный совет.
Если есть возможность, то для уменьшения активного сопротивления обмоток, при том же количестве витков, следует выбирать сердечник квадратного сечения.
Для примера:
Сердечник 16 кв см.
Если стороны рабочего керна равны между собой и равны 4 и 4 см, то длина витка (не считая каркаса) = 16 см.
Изменим размеры сторон. 2 и 8 см = 16 кв.см. Периметр = длине витка =20 см.
4 лишних см. х 2500 витков = 100 лишних метров провода(это только по периметру сердечника).
Для провода 0,3 по меди это 24,8 Ом лишних.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Для студента самое главное не сдать экзамен, а вовремя вспомнить про него. 10092 — | 7528 — или читать все.

91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

Выходные трансформаторы SE PP — КБЛБ

Возможно изготовление любых выходных трансформаторов,с любыми нагрузками к аноду и для АС!

 пример нашей намотки ниже на фото

 

 

 

 

Таблица Серийных Выходных трансформаторов

Чертеж и внешний вид серийных трансформаторов ТШЛ316

Цены действительны  на 1 июля.

___________________________________________________________________________________________________________

Новинка! Выходной трансформатор ТВЗ1-9 Люкс !

Серийный трансформатор пришедший на замену устаревшим твз1-9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ТВЗ 1 Люкс 5К – 8 ом, 16 ом.

TVZ
Возможно применяемые лампы: 6П6С, 6П14П, 6П18П, 6П43П, 6П3С, 6П13С, 6П7С, Г-411,4П1Л, 6L6,EL84,EL34,….
Улучшенная версия трансформаторов ТВЗ-1-9 и ТВЗ-1-6
Звуковая мощность 7 ватт
Частотный диапазон: 8-36 000 гц -3дБ
Неравномерность во всем диапазоне: — 0.5дБ
Индуктивность перв. обм. : 25H
Сопротивление нагрузки: 4 ом* 8 ом , 16 ом
Сопротивление перв. обм.: 5К   Возможны варианты коммут. тр на нагрузку : 2К , 2.6К, 3.1К, 3.5К, 4.6К, 5К, 7.2К
Ток первичной обмотки до 85 мА

Сделано в России на 100%

Цена 2990 руб шт .

*Трансформаторы с 4 ом отводом  делаются под заказ от 15 до 25 рабочих дней.

__________________________________________________________________________________________

Выходные трансформаторы ТШЛ200

Модель 5К-8,16ом

18гц-42 000 гц -3дб

 

Вес 1 тр = 2.5 кг

Цена 3900 шт

———————————————————————————————————————————

 

Таблица в оформлении

 

Таблица не Серийных Выходных трансформаторов

Расчеты выходных трансформаторов

 

№1 Выходной трансформатор  SE  3.5К — 8 ом  для ламп включенных супер тридом EL34 + Г 811

Железо ОСМ 0.4  40х50 мм окно 25х71мм

Выходная мощность 15 Вт ( максимальная  36 вт)

Частотный диапазон 10Гц- 45 000 гц — 3 дб

Индуктивность 22 Гн

Ток 90мА

Первичная обмотка 3520 витков диаметром 0.315 мм ( Rом=150 ом)

Вторичная обмотка 169 витков диаметром 0.91 мм в 3 запаралеленых слоя  ( Rом=0.3 ом)

Изоляция 1-1 = 0.05мм, 2-2 = 0.1мм, 1-2 = 0.4мм.

Зазор в железе 0.2 мм (под центральным керном и боками)

—————————————————————————————————-

№2 Выходной трансформатор SE 650 Ом — 4, 8 ом  для лампы 6С33С

Железо ОСМ 0.4  40х50 мм окно 25х71мм

Выходная мощность 10 Вт (максимальная 40 Вт)

Частотный диапазон 6Гц- 56 000 гц — 3 дб

Индуктивность 3 Гн

Ток 350мА

Первичная обмотка 1278 витков диаметром 0.56 мм ( Rом=19 ом)

Вторичная обмотка 101 витков для 4 х ом и 142 витка для 8ом  диаметром 0.56 мм в 7 запаралеленых слоя  ( Rом=0.25 ом)

Изоляция 1-1 = 0.05мм, 2-2 = 0.1мм, 1-2 = 0.4мм.

Зазор в железе 0.3 мм (под центральным керном и боками)

——————————————————————————————————-

№3 Выходной трансформатор SE 1.5К — 4,6 ом  для лампы ГМИ-6

Железо ОСМ 0.4  40х50 мм окно 25х71мм

Выходная мощность 25 Вт ( максимальная  38 вт)

Частотный диапазон 20Гц- 41 000 гц — 3 дб

Индуктивность 8 Гн

Ток 150мА

Первичная обмотка 2110 витков диаметром 0.37 мм ( Rом=90 ом)

Вторичная обмотка 102витка для 4 ом  134 витков для 6 ом диаметром 1.18 мм в 3 запаралеленых слоя  ( Rом=0.2 ом)

Изоляция 1-1 = 0.05мм, 2-2 = 0.1мм, 1-2 = 0.4мм.

Зазор в железе 0.2 мм (под центральным керном и боками)

————————————————————————————————————

№3 Выходной трансформатор ,двухтактный PP  7 К — 4,8 ом  для лампы ГУ 50

Железо ОСМ 0.4  40х50 мм окно 25х71мм

Выходная мощность 25 Вт ( максимальная  38 вт)

Частотный диапазон 20Гц- 41 000 гц — 3 дб

Индуктивность 32 Гн

Ток 120мА

Первичная обмотка 1902+1902 витков диаметром 0.355 мм ( Rом=120 ом)

Вторичная обмотка 46 витка для 4 ом  , 64 витков для 8 ом диаметром 0.6 мм в 3 запаралеленых слоя  ( Rом=0.15 ом)

Изоляция 1-1 = 0.05мм, 2-2 = 0.1мм, 1-2 = 0.4мм.

Зазор в железе НЕТ — Клеим на клей (под центральным керном и боками)

—————————————————————————————————————

№4 Выходной трансформатор SE 2.5К — 8,16 ом  для лампы 2A3

Железо ОСМ 0.4  40х50 мм окно 25х71мм

Выходная мощность 10 Вт ( максимальная  28 вт)

Частотный диапазон 14 Гц- 48 000 гц — 3 дб

Индуктивность 16 Гн

Ток 65мА

Первичная обмотка 2994 витков диаметром 0.25 мм ( Rом=120 ом)

Вторичная обмотка 170 витка для 8 ом  240 витков для 16 ом диаметром 0.75 мм в 2 запаралеленых слоя  ( Rом=0.26 ом)

Изоляция 1-1 = 0.05мм, 2-2 = 0.1мм, 1-2 = 0.4мм.

Зазор в железе 0.11 мм (под центральным керном и боками)

——————————————————————————————————————

 

 

 

Тороидальная намотка


  1. Диаметр наматываемого провода 0,063…0.4 мм (скоростная намотка в навал с круговой раскладкой).
  2. Диаметр наматываемого провода 0,1…0.6 мм (намотка виток к витку с круговой или секционной раскладкой) или 0,4…0,85 мм (намотка виток к витку с круговой раскладкой)
  3. Минимальный остаточный диаметр после намотки (высота намотки/остаточный диаметр) 4/6;5/9;13/10 при намотке виток к витку или 16/7.5 при намотке в навал. При увеличении высоты намотки или диаметра наматываемого провода остаточный диаметр увеличивается.
  4. Максимальная высота и диаметр трансформатора (дросселя) 20/25; 40/65; 50/100; 60/125; 60/300 мм при намотке виток к витку и 25/100 при намотке внавал.
  5. Намотка миниатюрных трансформаторов с параметрами:
    • толщина провода 0.08-0.25;
    • макс. кол-во одновременно наматываемых проводов — 3;
    • мин. остаточный диаметр после намотки — 2.2 мм;
    • макс. внешний диаметр — 12 мм;
    • макс. высота катушки — 8 мм.

Параметры оборудования позволяют перекрыть значительную гамму малогабаритных силовых трансформаторов и дросселей (хотя — бы в части первичной обмотки).

Возможна намотка сильноточных вторичных обмоток вручную медной шиной.

Возможность быстрой переналадки оборудования позволяет выпускать малые партии трансформаторов (от 10 шт.)

На складе предприятия постоянно в наличии магнитопроводы из электротехнической стали, ферритов, аморфной и нанокристаллической ленты, обмоточные провода 0,08…0.85, медные шины, что позволяет выполнять заказы оперативно. Расчет трансформаторов выполняется при необходимости и без дополнительной оплаты. Производится подбор магнитопроводов исходя из их наличия на складе или пожелания Заказчика.

При необходимости в трансформаторы устанавливаются термопредохранители (110град.). Конструктив трансформатора предварительно согласовывается с Заказчиком в виде ТЗ.

Допускается изготовление трансформаторов на давальческих магнитопроводах (в т.ч. ремонт сгоревших трансформаторов от 10шт.) или по образцу.

Об изготовлении выходных трансформаторов для ламповых УМЗЧ

Наблюдается интересная тенденция: чем дальше мы отходим от «ламповой» эпохи, тем больше мифов и тумана создается вокруг выходного трансформатора лампового усилителя. Причем не только в вопросах расчета, но и его изготовления. Производителей понять можно, расхваливание своей продукции — закон рекламы, но и во множестве статей независимых авторов процесс намотки трансформатора смахивает на описание тайного обряда.

Давайте разберемся, насколько это сложно и как много времени на это требуется. Разговор пойдет о выходных трансформаторах для однотактных каскадов, а также о других трансформаторах, где не требуются высокая симметрия полуобмоток и выполнение жестких требований по условиям эксплуатации. Предполагается, что у вас есть достаточного сечения магнитолровод, намоточные провода и хотя бы примитивное приспособление для намотки катушек, снабженное счетчиком витков. Имеется в виду любая конструкция — от электрической или ручной дрели, зажатой в тисках, до согнутой резьбовой шпильки, укрепленной в двух деревянных брусках.

Изготовление катушки — дело кропотливое, но не сложное. Чертеж деталей каркаса сборной катушки из гетинак-са или текстолита с защелками показан на рисунке. На чертеже в позиции 1 — щечки; 2, 3 — пластины. Размеры h, b, у, y1и толщина деталей каркаса связаны с размерами и формой магнитопровода. Лучшим материалом для его изготовления можно считать стеклотекстолит (без фольги) толщиной 1,5…2 мм.

При изготовлении деталей оставляйте припуск на окончательную доводку при сборке. Если попытаться сразу выпилить деталь по размеру, то велика вероятность, что ничего защелкиваться не будет, а катушка развалится. У собранной катушки опилите острые углы надфилем и оберните одним-двумя слоями бумаги толщиной 0,1…0,15 мм. На изготовление катушки потребуется два-три часа.

Технологию изготовления трансформатора галетной конструкции затрагивать вообще не будем, поскольку при относительно малом числе галет она проигрывает классической конструкции с неглубоким секционированием и по коэффициенту заполнения, и по индуктивности рассеяния.
Далее начинается более интересное — намотка. Большинство любителей используют рядовую намотку, т. е. провод мотают виток к витку, и через каждый слой укладывают прокладку. Намотать таким образом без станка с укладчиком 3000-4000 витков тонким проводом — титанический труд. Возникает вопрос: а почему не намотать внавал?

Если отбросить благородное возмущение истинных аудиофилов и обратиться к первоисточникам [1, 2], то выяснится, что с коэффициентом заполнения для тонкого провода (0,15-0,4 мм) не так плохо: Г. Цыкин приводит значения 0,7…0,75, у меня получалось 0,5…0,53, что для единичных экземпляров трансформатора с секционированными обмотками вполне допустимо.
Индуктивность рассеяния практически не зависит от способа и плотности намотки. Собственная емкость обмотки (при намотке внавал) получается на 5…10 % меньше. Основной проблемой представляется пониженная электрическая прочность.

Кстати, высокие значения коэффициента заполнения позволяют сделать трансформатор меньше или в тех же габаритах получить большую индуктивность намагничивания. Это важно, так как для высококачественных устройств следует стремиться реализовать трансформатор с минимальными габаритами при заданной индуктивности первичной обмотки. Чем меньше размеры магнито-провода трансформатора, тем лучше — меньше индуктивность рассеяния при заданном секционировании.
Вернемся к обеспечению электрической прочности. В книгах все написано правильно, но большинство рекомендаций относится к серийному производству трансформаторов и соответствию их определенным стандартам. Выполнить трансформатор в соответствии с ними в домашних условиях нереально: нет ни соответствующих материалов, ни технологий. Поэтому будем исходить из двух критериев: первое — реальные условия эксплуатации, второе — неприемлемое в производстве вполне подходит при самостоятельном изготовлении единичных образцов.

Так какое же напряжение может быть на первичной обмотке трансформатора? Допустим, выходная мощность Р усилителя — 5 Вт (это немало для однотактного каскада на распространенных лампах), приведенное к первичной обмотке сопротивление нагрузки R — 2 кОм, напряжение питания Ua — 300 В и КПД трансформатора КПД- 0,85. Чтобы получить такую мощность, действующее напряжение на первичной обмотке должно быть равно:

Urms= √PR/КПД= 117B.

Соответственно его амплитуда будет равна: U rms= √2 Urms = 166 В.
С учетом напряжения питания максимальное напряжение на первичной обмотке относительно корпуса усилителя будет равно:

Uw — U + Ua — 466 В.

Это и определяет требования к межобмоточной изоляции (как правило, один конец вторичной обмотки заземлен) и изоляционным свойствам каркаса. Кабельной бумаги толщиной 0,12 мм достаточно два слоя, можно использовать конденсаторную бумагу в 4-5 слоев либо комбинацию из слоя сантехнической фторопластовой ленты и слоя писчей бумаги. Стеклотекстолитовый каркас с лихвой обеспечивает необходимую электрическую прочность.

Высококачественные выходные трансформаторы всегда выполняют секционированными, иначе не удается получить приемлемые значения индуктивности рассеяния. В простейшем случае первичную обмотку делят на две части, но лучше — на три, между которыми располагают вторичную обмотку. Возможно и более глубокое секционирование, но при этом значительно снижается коэффициент заполнения окна магнитопровода и возрастает емкость между обмотками. Из-за усложнения намотки глубокое секционирование используется довольно редко.

Остановимся на трех секциях первичной обмотки.

Минимум индуктивности рассеяния достигается при неравномерном разделении числа витков — в крайних секциях их число в два раза меньше, чем в средней. Если пренебречь активным сопротивлением обмотки, то в отсутствие сигнала все витки первичной обмотки эквипотенциальны; при максимальной мощности напряжение на частях обмотки будет пропорционально их индуктивности. Следовательно, максимальное переменное напряжение возникает на средней секции обмотки; его амплитуда равна 83 В. Пробивное напряжение изоляции обмоточного провода диаметром более 0,15 мм (ПЭТВ, ПЭВ, ПВТЛ и др.) — не менее 600 В, а число микродефектов допустимо не более 5-7 на 15 м. Для провода диаметром более 0,35 мм микродефекты вообще недопустимы. Поэтому обмотку можно мотать внавал вообще без всяких прокладок; вероятность появления короткозамкнутых витков очень мала.

Для лучшей укладки витков и повышения надежности трансформатора целесообразно через каждые 300-500 витков обмотки укладывать прокладку из конденсаторной бумаги толщиной 0,022 мм в два слоя (такую бумажную ленту можно добыть из старых бумажных конденсаторов — например, группы КБГ). Поэтому основная задача при намотке трансформатора — исключить западание витков.
Межобмоточная изоляция достигается стандартным способом — прокладку делают шире каркаса на 4-5 мм и по ее краям нарезают насечку. Это можно сделать быстро, свернув прокладку в трубку: ее край по контуру прокусывают острыми кусачками. Так как в этом случае используется более толстая и жесткая изоляция (как из условий электрической прочности, так и для возможности нормальной укладки следующей обмотки), западание витков исключено, если вы достаточно внимательны. Желательно исключить западание витков и при укладке межслоевой изоляции. Тут возникают сложности. Так как поверхность обмотки имеет неровности, то даже при наличии насечки на краях прокладки исключить западания витков не удается — провод ее стягивает. Решается этот вопрос следующим образом. На края прокладки накладывается бандаж из узкой полоски тонкой липкой бумаги (можно использовать «малярную ленту») с насечкой по краю, она удерживает прокладку от сползания (или закрывает витки, с которых прокладка уже сползла).

Итак, порядок намотки трансформатора следующий — секции первичной обмотки наматывают внавал с межслоевыми прокладками через каждые 300- 500 витков, секции вторичной обмотки — виток к витку без прокладок (при диаметре провода более 0,6 мм этот процесс сложности не вызывает). Напоминаю еще раз, что межобмоточная изоляция должна быть достаточно жесткой — витки вторичной обмотки должны ложиться ровно. При намотке секций первичной обмотки следует обеспечивать достаточное натяжение провода и стараться, чтобы поверхность обмотки была как можно ровнее. Кстати, при намотке желательно не касаться провода руками, а удерживать его кусочком тонкого фетра или мягкой замши. Намотка ведется от края до края катушки. Выводы обмоток выполняются непосредственно обмоточным проводом с надетой на него фторопластовой трубкой (тонкая трубка прекрасно тянется; растягивая миллиметровую трубочку, можно получить трубку меньшего диаметра). Если провод слишком тонкий, то для повышения механической прочности вывода провод складывают в три-четыре раза и плотно свивают. Эта косичка используется как вывод обмотки, естественно, ее начало должно быть изолировано и надежно закреплено на обмотке. Выводы из цветных проводов, конечно, красивее, но такой вариант практичнее. Конечная изоляция обмоток выполняется из двух слоев кабельной бумаги (можно и писчей).

Коэффициент заполнения окна маг-нитопровода при двух секциях первичной обмотки находится около 0,45, при трех секциях первичной обмотки — около 0,4. Это усредненные данные по результатам намотки нескольких десятков трансформаторов разной мощности.
Управиться с такой работой, в зависимости от имеющегося опыта, вполне можно за пару вечеров.
Для чего пропитывают катушку трансформатора? Основная цель — повышение электрической прочности при неблагоприятных внешних условиях, также пропитка улучшает отвод тепла из внутренних слоев катушки и повышает ее механическую прочность. Конечно, есть и обратная сторона медали, любая пропитка увеличивает собственную емкость трансформатора.
В 99,9 % случаев любительский усилитель стоит на почетном месте в комнате при практически нормальных условиях. Тепловая нагрузка на выходной трансформатор высококачественного усилителя тоже не велика. Во-первых, проектируются такие трансформаторы по несколько иным критериям, чем сетевые, во-вторых, при прослушивании музыки, даже если усилитель имеет значительную выходную мощность, средняя мощность на выходе составляет всего несколько ватт. Поэтому я не советую использовать какую-либо пропитку и тем самым ухудшать, даже незначительно, электрические параметры трансформатора. Конечно, если вы намерены слушать музыку в условиях тропического климата, планируете установить усилитель в автомобиле или предложить его рок-группе, тогда надо задуматься над пропиточным составом и способом пропитки.
Другое дело — магнитопровод трансформатора. В любительской практике часто используют витые магнитопроводы от серийных трансформаторов, которые гри разборке имеют тенденцию расслаиваться. Это не опасно, но отслоившиеся пластинки будут создавать призвуки. По возможности, их следует подклеить, но это мало что даст. Эффективный способ утихомирить трансформатор (клеить все равно надо) — перед окончательной сборкой окунуть подковы магнитопро-вода в масляный лак. Шихтованный магнитопровод тоже целесообразно прокрасить лаком.

При окончательной сборке трансформатора таким же лаком промазывают и формирующую немагнитный зазор прокладку (для ШЛ и ПЛ их соответственно три и две), толщина которой задана при расчете. Ее можно изготовить из тонкого листа электрокартона, текстолита, гети-накса или иного жесткого термостойкого материала. Очень важно обеспечить фиксацию зазора в магнитолроводе надежной стяжкой: стабильность зазора способствует минимизации нелинейных искажений самого трансформатора на низких частотах.
Изготовленный таким образом трансформатор будет иметь электрические параметры не хуже, а возможно, и лучше, чем изготовленный в заводском цехе. В условиях, близких к нормальным, такие трансформаторы работают безотказно.

Итак, сложность самостоятельного изготовления выходного трансформатора сильно преувеличена. Основные хлопоты связаны с поиском магнитопровода, намоточных проводов и сопутствуюших материалов, а не с намоткой. Залогом хороших результатов является обычная аккуратность и внимательность. Даже не имея опыта, вполне реально за неделю изготовить комплект выходных трансформаторов для стереоусилителя. Конечно, не все может получиться сразу, но под лежачий камень вода не течет, поэтому смело беритесь за работу и собирайте свой лучший ламповый усилитель.
Замечу, что теперь появилось много современных изоляционных материалов, так что применять бумагу совсем не обязательно. Использование полиэти-лентерефталатной, лавсановой пленки, армированного фторопласта, стеклоткани приветствуется; применяйте, что легче достать.
У мощных усилителей возможно появление значительного перепада напряжения на выходном трансформаторе при резком сбросе нагрузки. Если при сравнительных прослушиваниях аппаратуры вы предпочитаете делать коммутацию нагрузки на ходу, то не стоит увеличивать электрическую прочность трансформатора, проще зашунтировать его первичную обмотку подходящим варистором или разрядником на 1 кВ.

Естественно, качество трансформ тора зависит и от применяемого магнитопровода, но не следует возводить это в абсолют. В трансформаторах питания бытовой аппаратуры наиболее часто использовалась электротехническая сталь 3411. Она уступает по своим магнитным свойствам современным сталям (производители часто используют сталь 3408), но эти отличия не настолько велики, чтобы их нельзя было частично компенсировать на этапе проектирования трансформатора. На витом магни-топроводе от сетевого трансформатора можно изготовить отличный выходной трансформатор. И вообще, наблюдается любопытный парадокс. Многие производители предлагают высококачественные выходные трансформаторы, но ограничиваются приведением только их основных параметров — чистый «кот в мешке». А трансформаторы с магнито-проводами из стали 3408 и аморфного сплава — «две большие разницы»!

Литература:

1. Цыкин Г. С. Трансформаторы низкой частоты. — М.: Связьиздат, 1955.

2. Горский А. Н., Русин Ю. С. и др. Расчет электромагнитных элементов источников вторичного электропитания. — М.: Радио и связь. 1988.

Автор: Е. Карпов, г. Одесса, Украина

Серийный выходной трансформатор для РР МХ-34. — Усилители и КИТы от Малышева

Здравствуйте,уважаемые господа!Самое интересно,что в этой ситуации мы все трое правы!Остаётся -просто выбрать более точную формулу для расчёта габаритной мощности данного магнитопровода,применяемого для выходного РР трансформатора модели усилителя МХ-34(6550).Господа,прошу не забывать,что это не SE усилитель и трансформатор,а РР.

 

1).Владимир берёт «навскидку»,по самому упрощённому расчёту габаритной мощности тр-ра для самого низкокачественного Ш-железа,где В(Тл) берётся ниже 1Тл.Если брать низкосортное Ш железо,то так оно и будет :

Sм=3.2см х 2.4см = 7.68 см2;

Sок= 1.5см х 4.6см =6.9 см2 Тогда S м х S ок =53 cм4 ,что можно считать габаритной мощностью.

Другой старый метод-это квадрат сечения Sм х Sм = 59 см4 (т.е. около 60вт).

2).Константин берёт тоже на «глазок»,но уже по более новой методе и у него получается около 75вт.

3).Юрий берёт «по новому Терещуку» или эту же формулу приводит известный Вам С.Комаров :

Дальнейший расчет трансформатора будем вести по строгим классическим формулам из учебника электротехники:

 

1. При соблюдении достигнутых договоренностей КПД трансформатора (при наиболее часто встречающихся мощностях 80 — 200 Вт) будет не ниже 95 процентов, а то и выше. Поэтому, в формулах будем использовать значение КПД = 0,95.

 

2. Коэффициент заполнения окна сердечника медью для тороидальных трансформаторов составляет 0,35. Для обычных каркасных броневых или стержневых — 0,45. При широких каркасах и большой длине намотки одного слоя (h), значение Km может доходить и до значения 0,5 … 0,55, как, например, у магнитопроводов типа Б69 и Б35, параметры которых приведены на рисунке. При бескаркасной промышленной намотке Km может иметь значения и до 0,6 … 0,65. Для справки: теоретический предел значения Km для слоевого размещения круглого провода без изоляции в квадратном окне — 0,87.

 

Приведенные практические значения Km достижимы лишь при ровной укладке провода строго виток к витку, тонкой межслойной и межобмоточной изоляции и заделке выводов за пределами окна сердечника (на боковых вылетах обмотки). При изготовлении каркасных обмоток в любительских условиях, в условиях лабораторного или опытного производства, лучше принимать значение Km = 0,45 … 0,5.

 

Разумеется, все это касается обычных силовых трансформаторов для ламповой или транзисторной аппаратуры, с выходными и питающими напряжениями до 1000 вольт, где не предъявляются повышенные изоляционные требования к обмоткам и к заделке их выводов.

 

3. Габаритная мощность трансформатора, в ваттах, на конкретно выбранном сердечнике определяется по формуле:

 

Где:

η = 0,95 — КПД трансформатора;

Sc и So — площади поперечного сечения сердечника и окна, соответственно [кв. см];В нашем случае Sc = 7,68 см2. So=6,9 см2.

f — нижняя рабочая частота трансформатора [Гц]; для силовика=50гц

B = 1,2 — магнитная индукция [T]; марка нашей стали 3422. B допустимое=1,8Тл .Берём=1.2Тл(как советует Комаров)-проверено мною на практике-согласен.

j — плотность тока в проводе обмоток [A/кв.мм]; берём=3А/мм2(Комаров советует даже 3,2А/мм2)

Km — коэффициент заполнения окна сердечника медью;берём 0,55

Kc = 0,96 — коэффициент заполнения сечения сердечника сталью;

подставляем в формулу цифры : 0,95 х 53 х 4,44 х 50 х 1,2 х 3 х 0,55 х 0,96 /(1+0,95) х 100 . Получаем 109 вт.Если В возьмём 1,3 Тл(у нас это допустимо),то получим уже 118вт.Если В возьмём 1,5Тл ,то получим 136вт. Силовички на этом магнитопроводе успешно изготавливались на габаритную мощность 110вт,проблем не было вообще. Многие сначала не верят….пока не послушают и не померяют.

Большое спасибо Владимиру(Tommy) и Константину (BKH) за очень интересный вопрос!!!

Трансформаторы

, часть 1 — Руководство по электронике для новичков

Трансформаторы, часть 1 — Руководство по электронике для начинающих

Верх

Продукты Elliott Sound Руководство по трансформаторам для начинающих — часть 1

© 2001 — Род Эллиотт
Страница опубликована и обновлена ​​в ноябре 2018 г.


Указатель статей

Основной указатель


Содержание — Часть 1


Предисловие

Одна вещь, которая явно сбивает с толку многих, — это идея плотности потока внутри сердечника трансформатора.Хотя это более подробно рассматривается в Разделе 2, важно, чтобы информация из этого раздела запоминалась на каждом этапе чтения этой статьи. Для любого силового трансформатора максимальная плотность магнитного потока в сердечнике достигается при простое трансформатора. Повторюсь, это очень важно …

Для любого силового трансформатора максимальная плотность потока достигается, когда трансформатор находится в режиме ожидания.

Идея противоречит интуиции, она даже почти не имеет смысла.Как бы то ни было, это факт, и его отсутствие разрушит ваше понимание трансформаторов. На холостом ходу обратная ЭДС трансформатора почти точно компенсирует приложенное напряжение. Небольшой ток, который течет, поддерживает плотность потока на максимально допустимом значении и представляет потери в стали (см. Раздел 2). Поскольку ток отводится от вторичной обмотки, поток немного падает. Причина этого кроется в конечном сопротивлении обмотки и в законе Ома.

Неважно, что вы понимаете причины этого с самого начала, но — это важно, чтобы вы помнили, что для любого силового трансформатора максимальная плотность потока достигается, когда трансформатор находится в режиме ожидания .Пожалуйста, не забывай об этом.

В другом месте в сети вы найдете утверждения о том, что максимальная мощность, доступная от трансформатора, ограничена насыщением сердечника — это чушь, полная ложь и
необходимо игнорировать , иначе
вы никогда не поймете трансформаторы должным образом!
Информация, представленная здесь, является точной и правильной, и любой, кто утверждает иное,
неправильный! Это может показаться резким, но, тем не менее, это правда.

Еще кое-что, о чем следует подумать, — это индуктивность трансформатора. Принято считать, что трансформатор представляет собой индуктивную нагрузку, но … это верно только при отсутствии нагрузки или при очень небольшой нагрузке . Когда трансформатор нагружен до номинальной мощности резистивной нагрузкой, индуктивной составляющей можно пренебречь. Когда любой трансформатор подает что-либо от 5% до 100% от его полного тока нагрузки, индуктивная составляющая подавляется током нагрузки, и фазовый угол (Φ) между первичным напряжением и током минимален.Более подробно все это объясняется ниже.


‘Окружное течение’ (добавлено в июле 2020 г.)

Существует некоторая путаница из-за статьи в Википедии, в которой обсуждаются тороидальные трансформаторы (по состоянию на июль 2020 года). Почти все, что нужно знать, исключено, но есть продолжительная дискуссия об «окружном токе». Во-первых, я не отрицаю, что он существует, но я знаю из многолетнего опыта (наряду с множеством измерений), что это не имеет отношения к 99,9% пользователей.Мне кажется, что страница была взломана кем-то, кто либо хочет показать, насколько он умен, либо просто хочет продвинуть эту конкретную тему по неизвестным причинам.

Стоит отметить, что ссылки, приведенные в статье Википедии, (по большей части) бесполезны, и некоторые из них возвращают вас на страницу, где цитируется ссылка. Довольно много людей очень недовольны страницей, и один участник описал ее как «как руководство IBM; полное совершенно правильной, но совершенно бесполезной информации».

Все трансформаторы имеют некоторую «утечку» магнитного потока, и думать иначе… неразумно. Важно то, вызывает ли утечка флюса какие-либо проблемы с разумной компоновкой. Ответ на этот вопрос — «нет». Прокладка даже кабеля динамика через тороидальный трансформатор обычно вызывает «гудение» в динамике (из-за нелинейного тока намагничивания), но это не то, как люди подключают усилители. Точно так же следует избегать прокладки проводов постоянного тока поверх (или в непосредственной близости от) любого трансформатора .Утечка магнитного потока и / или окружной ток вызывают мало проблем для любого, кто понимает, что периферия любого трансформатора электрически враждебна. Единственное корректирующее действие, необходимое для тороидального трансформатора, — поддержание «безопасного» расстояния, которое обычно должно быть не более 25 мм. Если проводка находится на таком расстоянии (или более), помехи обычно незначительны.

Чтобы доказать (по крайней мере себе), что я не ошибаюсь, я использовал тороидальный трансформатор на 300 ВА и исследовал его во всех направлениях с помощью одного петлевого детектора, усиленного в 1000 раз (да, 60 дБ).Я слушал результат через усилитель и динамик. Как и ожидалось, наибольший поток утечки наблюдается в местах выхода выводов, поскольку при выводе выводов из обмоток возникает разрыв. Петля зонда должна быть в пределах 10 мм или около того от обмоток, чтобы обнаружить что-либо существенное. Вставка петли зонда в отверстие в середине трансформатора дала наивысшее значение, но это пространство всегда используется только для монтажного болта.

Я не показывал формы сигналов и амплитуду, а также не пытался измерить ток, который может возникнуть в контуре с низким сопротивлением.Я этого не делал по одной простой причине — нет точки . Мы, , знаем, что будет утечка магнитного потока и / или «окружной ток», но нам все равно. Это ничего не меняет, и мы все можем продолжать использовать тороидальные трансформаторы, как если бы этих вещей не существовало. Это может быть важно для некоторых коммутационных приложений, где сложно полностью окружить сердечник обмотками, и могут быть другие приложения, где это важно. Блоки питания аудио не затронуты!


Введение

В этой статье основное внимание уделяется трансформаторам, используемым в типичных электронных проектах, источниках питания и т. Д.Стандарт , а не не распространяется на большие трансформаторы, используемые на подстанциях и в электросети в целом (кроме проходных), хотя обсуждаемые факторы также применимы к этим гораздо более крупным трансформаторам. В машиностроении трансформатор — одна из самых эффективных машин, которые есть в нашем распоряжении, но те, которые используются для распределения и промышленности, являются (большим) шагом вперед по сравнению с теми, с которыми мы обычно работаем.

Основы, которые позволяют нам использовать электромагнетизм, были открыты только в 1824 году, когда датский физик Ганс Эрстед обнаружил, что ток, протекающий по проводу, отклоняет стрелку компаса.Через несколько лет после этого было обнаружено, что движущееся магнитное поле индуцирует ток в проводе. От этой, казалось бы, базовой концепции, область электромагнетизма выросла до такой степени, что общество в том виде, в каком мы его знаем, не существовало бы без множества машин, использующих эти открытия.

Принципы магнитной индукции охватываются законом Фарадея, названным в честь Майкла Фарадея, британского ученого, который первым количественно оценил вовлеченные процессы (1831 г.). Основные принципы были независимо открыты Джозефом Генри (в честь которого названа единица индуктивности) в 1832 году.«Закон индукции» Фарадея описывает способ, которым (нестатическое) магнитное поле индуцирует ток в проводе, и, наоборот, как ток в проводе создает магнитное поле. Трансформаторы основаны на принципе постоянно меняющегося магнитного поля (создаваемого первичной обмоткой), которое взаимодействует со вторичной обмоткой, генерируя переменное напряжение (и ток при нагрузке) во вторичной обмотке. Экспериментальные данные Фарадея были преобразованы в уравнения Джеймсом Клерком Максвеллом и добавлены и расширены Оливером Хевисайдом.Эмиль Ленц сформулировал концепцию «обратной ЭДС» (электродвижущей силы), где полярность тока в проводе (или обмотке) создает магнитное поле, которое противодействует магнитному полю, приложенному к обмотке (1834).

Все эти концепции важны, но, к счастью, полное понимание различных законов и формул не является необходимым, чтобы понять, как работает трансформатор. Я говорю «к счастью», потому что многие вычисления обширны и трудны для большинства нематематиков.Большинство из них даже не является обязательным при проектировании трансформаторов, тем более что существует множество практических правил, которые обычно применяются на этапе проектирования, что упрощает процесс.


Когда вы просматриваете эту статью, вас могут простить за восклицание: «Это для новичков? — этот человек сумасшедший. Я говорю вам, что сумасшедший!» Вероятно, это справедливый комментарий, но трансформаторы не просты, и нет простого способа предоставить всю информацию, которая вам нужна, чтобы правильно их понять.Здесь есть разделы, которые, вероятно, идут немного глубже, чем я изначально предполагал, но были слишком интересны, чтобы их не учитывать. Хотя это может не выглядеть так, информация здесь упрощена. Это не учебник по теории магнитного поля или глубокое обсуждение плотности потока и того, как она рассчитывается. Эти темы не являются обязательными для понимания того, как работает трансформатор или что с ним можно делать.

Есть части этой статьи, которые вы можете пропустить, но я предлагаю вам прочитать их полностью, если сможете.Полное понимание того, в какой степени вы можете спроектировать свой собственный трансформатор, не является целью, но большая часть информации, по крайней мере, интересна и расширит ваши общие знания в области электроники.

Для тех, кто хочет погрузиться глубже, Раздел 2 делает именно это. Рекомендуется к прочтению даже новичкам, поскольку о трансформаторах можно многое узнать, несмотря на их кажущуюся простоту.

Трансформаторы необходимы для всего современного электронного оборудования, и очень мало устройств, которые их не используют.Каждый тип трансформатора имеет определенное применение, и редко бывает, что трансформатор, предназначенный для одного применения, может использоваться для другой (совершенно другой) цели. Это не означает, что «переориентация» невозможна, но вы должны знать, что вы делаете, и какие риски могут вас поджидать, чтобы вызвать горе.

Прежде чем приступить к описанию различных типов, необходимо понять основную теорию. Все трансформаторы используют один и тот же основной принцип, и меняются только самые мелкие детали. Трансформатор работает по принципу магнитной связи для передачи энергии от одной стороны (обмотки) к другой.

Трансформаторы

двунаправленные и будут работать независимо от того, где подключен вход. Они могут работать не так хорошо, как в противном случае, но базовая функциональность не изменилась. Идеальный трансформатор не нагружает источник питания (питает первичную обмотку), если нет нагрузки на вторичную обмотку — в реальных компонентах есть потери, так что это не совсем так, но это предположение можно использовать в качестве основы для понимания.

Силовые трансформаторы указаны в вольт-амперах (ВА).Использование ваттов бесполезно, так как полностью реактивная нагрузка не рассеивает мощность, но все же есть вольты и амперы. Это продукт реального напряжения и тока, который важен — ваттметр может указывать на то, что в нагрузке мало или совсем нет реальной мощности, но трансформатор все еще подает напряжение и ток и нагревается из-за внутренних потери независимо от мощности.

Сердечники трансформатора имеют указанную проницаемость, которая является мерой того, насколько хорошо они «проводят» магнитное поле.Магнетизм будет придерживаться пути наименьшего сопротивления и останется в ядре с высокой проницаемостью с небольшой утечкой. Чем ниже проницаемость, тем больше утечка потока из активной зоны (это, конечно, грубое упрощение, но достаточно хорошо, чтобы дать начальное объяснение этого термина).

Трансформатор может быть изготовлен с использованием различных материалов в качестве сердечника (магнитного пути). К ним относятся …

  • Air — обеспечивает наименьшее сцепление, но идеально подходит для высоких частот (особенно RF).Проницаемость 1.
  • Железо — неправильное название, поскольку все трансформаторы с сердечником из железа являются стальными с различными добавками для улучшения магнитных свойств. Начальная проницаемость
    обычно около 500 и выше.
  • Порошковое железо — стальные магнитные частицы, сформированные в сердечник, скрепленные связующим веществом и обожженные при высокой температуре для создания
    керамический материал с очень хорошими свойствами на средних и высоких частотах (более 1 МГц). Особенно подходит для приложений, где есть
    значительная составляющая постоянного тока в обмотке или при очень большой мощности.Начальная проницаемость обычно составляет 40-90.
  • Феррит — магнитная керамика, обычно использующая экзотические магнитные материалы для получения чрезвычайно высокой проницаемости и отличных высоких частот.
    производительность (от 50 кГц до более 1 МГц). Для разных областей применения доступен удивительный диапазон различных составов. Начальная проницаемость
    примерно от 500 до 9000 и более.

Проницаемость указана выше как «начальная проницаемость» — фактическая проницаемость материалов керна, отличных от воздуха (записывается как µ i).Это параметр «слабого сигнала», и он почти всегда уменьшается при значительных уровнях магнитного потока. Фактические характеристики ( эффективная проницаемость µ e) зависят от материала и напряженности поля, и здесь это не рассматривается. См. Термины и определения (от Hitachi Metals), если вам нужны более полные объяснения.

Технически порошковое железо и ферриты классифицируются как мягкие (см. Ниже) ферриты, но они имеют очень разные характеристики, даже в пределах одного «семейства».Обычно они не подходят для работы на низких частотах, за исключением низких уровней. Ферриты часто используются в качестве трансформаторов сигналов (например, изолирующих трансформаторов для телекоммуникаций или других приложений с малыми сигналами), где высокая магнитная проницаемость делает их идеальным выбором для небольших размеров и высокой индуктивности.

Материалы сердечника обычно классифицируются как «мягкие» — это не имеет ничего общего с их физическими свойствами (все они от твердого до очень твердого), но указывает на их способность сохранять магнетизм (остаточную намагниченность).Магнитно-мягкий материал имеет низкую намагничиваемость и его трудно намагнитить. Жесткие магнитные материалы используются для «постоянных» магнитов, и они обладают очень высокой остаточной намагниченностью, то есть сохраняют очень большую часть исходного магнитного поля, которое было наведено в них во время производства.

Во всех импульсных источниках питания используются ферритовые трансформаторы, поскольку обычные пластинки нельзя сделать достаточно тонкими, чтобы предотвратить огромные потери в сердечнике. Для любого основного материала существует множество ограничений.Для низкочастотных источников питания кремнистая сталь с ориентированной зеренной структурой (около 4% кремния) является наиболее распространенной, так как она имеет очень высокую магнитную индукцию до насыщения. Большинство других материалов уступают в этом отношении, что является одной из основных причин, по которым этот материал до сих пор так распространен. Специализированные материалы включают MuMetal (он же µMetal, Mu-Metal и т. Д.) И Permalloy, и это материалы сердечника (и магнитного экранирования) с очень высокой проницаемостью.

Выше показан небольшой образец некоторых трансформаторов (не в масштабе).Тороидальный трансформатор и трансформатор E-I имеют одинаковую номинальную мощность, также показан небольшой набор небольших трансформаторов и вставной блок (настенный трансформатор, стенная бородавка и т. Д.).


1. Магнетизм и индукторы

Трансформатор состоит из двух (или более) катушек индуктивности, имеющих общий магнитный путь. Любые две катушки индуктивности, размещенные достаточно близко друг к другу, будут работать как трансформатор, и чем теснее они связаны магнитным полем, тем более эффективными они становятся.Вот почему пассивные кроссоверные сети громкоговорителей должны иметь индукторы, ориентированные по-разному, чтобы они не работали как трансформатор.

Когда изменяющееся магнитное поле находится вблизи катушки с проволокой (индуктора), в катушке индуцируется напряжение, соответствующее приложенному магнитному полю. Статическое магнитное поле не действует и не генерирует электрическую мощность. Те же принципы применимы к генераторам, генераторам переменного тока, электродвигателям и громкоговорителям, хотя это действительно была бы очень длинная статья, если бы я охватил все существующие устройства магнитного поля.

Когда электрический ток проходит через катушку с проволокой, создается магнитное поле — это работает с переменным или постоянным током, но с постоянным током магнитное поле, очевидно, статично. По этой причине трансформаторы не могут использоваться напрямую с постоянным током, потому что, хотя магнитное поле существует, оно должно быть , изменяя , чтобы индуцировать напряжение в другой катушке. Статическое магнитное поле не может производить выходное напряжение / ток.

Попробуйте этот эксперимент. Возьмите катушку с проводом (для этого подойдет кроссоверная катушка громкоговорителя) и магнит.Подключите мультиметр (желательно аналоговый) к катушке и установите диапазон на наиболее чувствительный диапазон тока на измерителе. По мере того, как вы перемещаете магнит к катушке или от нее, вы увидите ток, показанный отклонением стрелки измерителя. При повороте магнита в одну сторону сила тока будет положительной, а в другую — отрицательной. Чем выше индуктивность катушки и чем сильнее магнит (и / или чем ближе он к катушке), тем больше будет индуцированный ток.

Двигайте магнит медленно, и сила тока будет меньше, чем при быстром перемещении.Оставьте его неподвижным, и ток вообще не будет, независимо от того, насколько близко может быть магнит. Это принцип магнитной индукции, и он применим ко всем катушкам (действительно, ко всем кускам провода, хотя катушка усиливает эффект).

Если вы теперь возьмете пригоршню гвоздей и поместите их через центр катушки, вы увидите, что ток увеличился во много раз — магнитное поле теперь более сконцентрировано, потому что стальные гвозди создают лучший магнитный путь, чем воздух.

Легкость, с которой любой материал может переносить магнитное поле, называется проницаемостью (или, точнее, начальной проницаемостью ), и разные материалы имеют разные проницаемости. Некоторые из них оптимизированы особым образом для конкретных требований — например, сердечники, используемые для трансформатора импульсного источника питания, сильно отличаются от сердечников, используемых для обычных сетевых трансформаторов 50/60 Гц.

Проницаемость сердечников трансформаторов варьируется в широких пределах в зависимости от материала и применяемой обработки.Проницаемость воздуха равна 1, и большинство традиционных кернов имеют гораздо более высокую (т.е.> 1) проницаемость. Пара заметных исключений — это алюминий и латунь, которые иногда используются для уменьшения индуктивности катушек с воздушным сердечником в радиочастотной (RF) работе. Это гораздо реже, чем ферритовый сердечник, который увеличивает индуктивность и используется для настройки многих ВЧ трансформаторов.

Помимо проницаемости, магнитопроводы (за исключением воздуха) обладают максимальным магнитным потоком, с которым они могут работать без насыщения.В этом контексте насыщение означает то же самое, что и в большинстве других: когда полотенце пропитано, оно не может больше удерживать воду, а когда магнитный сердечник насыщен, он не может больше переносить магнитный поток. В этот момент магнитное поле больше не меняется, поэтому ток в обмотке не индуцируется.

Вы не сможете пропитать ногти магнитом, так как между двумя полюсными наконечниками очень большой воздушный зазор. Это означает, что сердечник всегда сможет поддерживать магнитный поток, но эффективность также намного ниже, поскольку магнитная цепь разомкнута.Почти все трансформаторы, которые вы увидите, имеют полностью замкнутую магнитную цепь, чтобы гарантировать, что как можно большая часть магнетизма, наведенного в сердечник, пройдет через обмотку (и).

В некоторых случаях крошечный воздушный зазор будет намеренно оставлен, и это делается обычно, когда трансформатор или катушка должны выдерживать значительную составляющую постоянного тока, а также переменного тока. Об этом вкратце рассказывается ниже, но больше по этому поводу во втором разделе статьи.

Рисунок 1.1 — Основные принципы работы трансформатора

На рисунке 1.1 показаны основы всех трансформаторов. Катушка (первичная) подключена к источнику переменного напряжения — обычно это сеть для силовых трансформаторов. Поток, наведенный в сердечник, передается во вторичную обмотку, в обмотке индуцируется напряжение, и через нагрузку создается ток.

На схеме также показаны различные части трансформатора. Это простой трансформатор с двумя обмотками. Первичная обмотка (обозначенная как таковая при проектировании) будет индуцировать магнитное поле в сердечнике в соответствии с током, создаваемым приложенным напряжением переменного тока.Магнитное поле концентрируется сердечником, и почти все оно также проходит через обмотки вторичной обмотки, где индуцируется напряжение. Сердечник в этом случае типичен для конструкции трансформатора «C-Core», где первичная и вторичная обмотки иногда разделены. Более распространенным является «традиционный» тип E-I (ee-eye), который, хотя и несколько не в моде, в наши дни все еще широко используется. Это показано ниже.

Величина напряжения во вторичной обмотке определяется по очень простой формуле, которая определяет отношение витков (N) компонента — это традиционно рассчитывается путем деления витков вторичной обмотки на витки первичной обмотки…

1.1.1 Н = Ц / Тп

Tp — это просто количество витков провода, составляющего первичную обмотку, а Ts — количество витков вторичной обмотки. Трансформатор с 500 витками на первичной обмотке и 50 витками на вторичной имеет отношение витков 1:10 (т.е. 1/10 или 0,1)

1.1.2 Vs = Vp × N

В большинстве случаев вы никогда не узнаете количество витков, но, конечно, мы можем просто перевернуть формулу, чтобы соотношение витков можно было вывести из первичного и вторичного напряжений…

1.1.3 N = Vs / Vp

Если напряжение 230 В (естественно, переменного тока) приложено к первичной обмотке, мы ожидаем 23 В на вторичной обмотке, и это действительно то, что будет измеряться. У трансформатора есть дополнительная полезная функция — «трансформируется» не только напряжение, но и ток.

1.1.4 Is = Ip / N

Если в приведенном выше примере из вторичной обмотки потребляется ток 10А, то логически в первичной обмотке будет измеряться ток 1А — напряжение снижается, но увеличивается ток.Это было бы так, если бы трансформатор был на 100% эффективен, но даже эта самая эффективная «машина», которая у нас есть, к сожалению, никогда не будет идеальной. В результате при потреблении 10 А от вторичной обмотки напряжение будет меньше, чем 23 В, которые были у нас без нагрузки. Это мера регулирования трансформатора, и большая часть падения напряжения происходит из-за сопротивления обмотки.

При использовании больших трансформаторов для национальной энергосистемы, КПД трансформаторов обычно превышает 95%, а некоторых достигает 98% (или даже больше).

Меньшие трансформаторы всегда будут иметь более низкий КПД, но блоки, обычно используемые в усилителях мощности, могут иметь КПД до 90% для больших размеров. Причины потери мощности станут ясны (я надеюсь) по мере нашего продвижения. Пока что для простоты будем считать трансформатор «идеальным» (т.е. без потерь).

Рисунок 1.2 — Ламинирование E-I

Обычный набор для ламинирования E-I все еще широко используется, и стоит упомянуть несколько важных моментов.Центральная ножка всегда в два раза больше ширины внешних ножек для сохранения площади поперечного сечения. Точно так же ламинация «I» и «задняя часть» буквы E имеют такую ​​же ширину (или иногда немного больше) ширины внешних ножек. Окно обмотки — это место, где живут медные обмотки, и в хорошо спроектированном трансформаторе оно будет почти полностью заполнено. Это максимизирует количество меди и снижает резистивные потери, поскольку обмотки имеют максимально возможную толщину.

См. Раздел 2, чтобы узнать, как определяются размеры пластин E и I.Это обычно называют ламинированием без царапин и практически исключает любые потери материала.


2. Терминология магнитного сердечника

Этот список далеко не полный, но его будет достаточно, чтобы вы начали или напугали. Я включил символы и единицы только трех из приведенных ниже записей, так как большинство из них не представляют особого интереса.

Коэрцитивная сила — это напряженность поля, которая должна быть применена для уменьшения (или coerce ) остаточного потока до нуля.Материалы с высокой коэрцитивной силой (например, те, которые используются для постоянных магнитов) называются твердыми . Материалы с низкой коэрцитивной силой (используемые для трансформаторов) называются soft .

Эффективная площадь — сердечника — это площадь поперечного сечения центральной ветви для пластин E-I или общая площадь для тороида. Обычно это соответствует физическим размерам сердечника, но поскольку поток может распределяться неравномерно, производитель может указать значение, которое отражает это.

Эффективная длина — сердечника — это расстояние, которое проходит магнитный поток при замыкании цепи. Обычно это близко соответствует среднему физическому размеру сердечника, но поскольку поток имеет тенденцию концентрироваться на внутренних углах пути, производитель может указать значение эффективной длины.

Плотность потока — (символ; B, единица; тесла (Т)) — это просто общий поток, деленный на эффективную площадь магнитной цепи, через которую он течет.

Потоковая связь — в идеальном индукторе магнитный поток, создаваемый одним витком, содержался бы во всех других витках. Настоящие катушки приближаются к этому идеалу, когда другие размеры катушки малы по сравнению с ее диаметром или если подходящий сердечник направляет поток через обмотки.

Магнитодвижущая сила — MMF можно рассматривать как магнитный эквивалент электродвижущей силы. Это произведение тока, протекающего в катушке, и количества витков, составляющих катушку.

Напряженность магнитного поля — (обозначение: H, единица измерения; амперметры (A · м -1 )), когда ток течет в проводнике, он всегда сопровождается магнитным полем. Сила или интенсивность этого поля пропорциональна величине тока и обратно пропорциональна расстоянию от проводника (отсюда и надстрочный индекс -1).

Магнитный поток — (символ:; единица измерения: Webers (Wb)) мы относимся к магнетизму в терминах силовых линий или магнитных линий, которые являются мерой общей величины магнетизма.

Проницаемость — (символ; µ, единицы: генри на метр (Hm -1 ) определяется как отношение плотности потока к напряженности поля и определяется типом материала в магнитном поле, т. Е. Сердечником Сам материал. Большинство ссылок на проницаемость на самом деле относятся к «относительной проницаемости», поскольку проницаемость почти всех материалов изменяется в зависимости от напряженности поля (и в большинстве случаев также от температуры).

Remanence — (или остаток) — это плотность магнитного потока, которая остается в магнитном материале, когда внешнее приложенное поле удаляется.Трансформаторы требуют минимально возможной намагниченности, в то время как постоянные магниты требуют высокого значения намагниченности.

Насыщенность — точка, в которой ядро ​​больше не может принимать больше потока. Когда это происходит, первичный ток трансформатора ограничивается только любым последовательным сопротивлением (например, внешним сопротивлением и сопротивлением обмотки). Насыщение сердечника ограничивает пиковое входное напряжение переменного тока для заданного числа витков первичной обмотки. Начало насыщения обычно довольно постепенное, но может быть очень резким для некоторых материалов с высокой проницаемостью.

Я упоминаю их здесь для полноты картины, но их реальная важность не обсуждается далее в этом разделе. В разделе 2 этой статьи снова рассматриваются термины, и их важность несколько увеличивается в контексте.


3. Как работает трансформатор

Идеальный трансформатор без нагрузки практически не потребляет ток из сети, поскольку это просто большая индуктивность. Весь принцип работы основан на индуцированном магнитном потоке, который не только создает напряжение (и ток) во вторичной обмотке, но также и в первичной! Именно эта характеристика позволяет любой катушке индуктивности функционировать должным образом, а напряжение, генерируемое в первичной обмотке, называется «противо-ЭДС» (электродвижущая сила).Величина этого напряжения такова, что она почти равна (и составляет , фактически, в той же фазе, что и) приложенной ЭДС.

Хотя для определения внутреннего генерируемого напряжения можно выполнить простой расчет, это бессмысленно, поскольку его нельзя изменить. Для синусоидальной формы волны ток через катушку индуктивности отстает от напряжения на 90 градусов. Поскольку наведенный ток отстает на 90 градусов, внутреннее генерируемое напряжение смещается на назад, на снова на 90 °, поэтому оно находится в фазе с входным напряжением.Для простоты представьте себе катушку индуктивности или трансформатор (без нагрузки) с приложенным напряжением 230 В. Чтобы эффективная обратная ЭДС сопротивлялась полному приложенному напряжению переменного тока (как и должно быть), фактическая величина наведенного напряжения (обратная ЭДС) составляет чуть менее 230 В. Выходное напряжение трансформатора всегда совпадает по фазе с приложенным напряжением (в пределах нескольких тысячных градуса).

Например … первичная обмотка трансформатора, работающая от входного напряжения 230 В, потребляет 15 мА из сети на холостом ходу и имеет сопротивление постоянному току 2 Ом.Обратной ЭДС должно быть достаточно, чтобы ограничить ток через сопротивление 2 Ом до 15 мА, поэтому будет достаточно близко к 229,97 В (30 мВ на 2 Ом составляет 15 мА). В реальных трансформаторах есть дополнительные сложности, которые увеличивают общий ток (в частности, потери в стали и / или частичное насыщение), но принцип не сильно изменился.

Если это слишком сбивает с толку, не беспокойтесь об этом. Если вы не собираетесь посвятить свою карьеру проектированию трансформаторов, эта информация на самом деле мало полезна для вас, поскольку вы ограничены «реальными» характеристиками компонентов, которые вы покупаете — внутреннее устройство не имеет большого значения.Даже если вы посвятите свою жизнь дизайну трансформаторов, эта информация по большей части останется просто любопытством, так как вы все еще мало что можете с этим поделать.

Когда вы подключаете нагрузку к выходной (вторичной) обмотке, через нагрузку проходит ток, который отражается через трансформатор на первичную обмотку. В результате первичная обмотка теперь должна потреблять больше тока из сети. Возможно, несколько интригующе то, что чем больше тока потребляется из вторичной обмотки, исходный фазовый сдвиг тока на 90 ° становится все меньше и меньше по мере того, как трансформатор приближается к полной мощности.Коэффициент мощности ненагруженного трансформатора очень низкий, что означает, что, хотя есть вольты и амперы, но есть относительно небольшая мощность. Коэффициент мощности улучшается с увеличением нагрузки и при полной нагрузке будет близок к единице (идеал).

Однако это зависит от нагрузки — нелинейная нагрузка на вторичной обмотке трансформатора отражает нелинейную нагрузку на сеть.

Теперь можно рассмотреть еще один интересный факт о трансформаторах.

Мы будем использовать тот же пример, что и выше.Первичная обмотка 230 В потребляет 1 А, а вторичная обмотка 23 В обеспечивает нагрузку 10 А. Таким образом, согласно закону Ома, сопротивление нагрузки (импеданс) составляет 23/10 = 2,3 Ом. Полное сопротивление первичной обмотки должно составлять 230/1 = 230 Ом. Это соотношение 100: 1, а соотношение оборотов всего 10: 1 — что происходит?

Коэффициент импеданса трансформатора равен квадрату отношения витков …

3.1.1 Z = N²

Трансформаторы

обычно проектируются в зависимости от требуемой мощности, и это определяет размер сердечника для данного материала сердечника.Исходя из этого, можно определить необходимое число витков на вольт, исходя из максимальной плотности магнитного потока, которую может выдержать материал сердечника. Опять же, это сильно зависит от материалов сердечника.

Можно применить эмпирическое правило, согласно которому площадь сердечника для «стандартных» (если действительно существует) стальных пластин (в квадратных сантиметрах) равна квадратному корню из мощности. Таким образом, трансформатору на 625 ВА потребуется сердечник (по крайней мере) 25 кв. См, если предположить, что проницаемость сердечника составляет около 500, что довольно типично для стандартных пластин трансформатора.Это также предполагает, что материал сердечника не будет насыщаться с плотностью потока, необходимой для получения этой мощности.

Следующий шаг — вычислить количество витков на вольт первичной обмотки. Это зависит от частоты, но для трансформатора с частотой 50 Гц количество витков на вольт (приблизительно) составляет 45, деленное на площадь сердечника (в квадратных сантиметрах). Для трансформатора на 60 Гц требуется меньше витков, и число витков на вольт будет около 38 на площадь жилы. Материалы сердечника с более высокими рабочими характеристиками могут допускать более высокую плотность магнитного потока, поэтому возможно меньшее количество витков на вольт, что увеличивает общую эффективность и регулирование.Эти расчеты необходимо производить с осторожностью, иначе трансформатор перегреется без нагрузки.

Для трансформатора 625 ВА вам потребуется около 432 витков для первичной обмотки 230 В, хотя на практике это может быть меньше этого значения. Кремнистые стали с ориентированной структурой, используемые в трансформаторах более высокого качества, часто допускают более высокий общий магнитный поток на единицу площади, и потребуется меньше витков.

Вы можете определить количество витков на вольт любого трансформатора (по причинам, которые станут яснее по мере продвижения), добавив ровно 10 витков тонкого «звонкового провода» или аналогичного изолированного провода к тестируемому трансформатору, намотанному поверх существующих обмоток.При питании от правильного номинального напряжения питания измерьте напряжение на созданной вами дополнительной обмотке. Разделите количество витков (10) на измеренное напряжение, чтобы получить число витков на вольт для этого трансформатора. Например, если вы измеряете 5 В, трансформатор имеет 2 витка / вольт.

Итак, какая вам земная польза от этого? Что ж, вы можете быть удивлены тем, что вы можете сделать с этими знаниями. Предположим на мгновение, что у вас есть трансформатор для усилителя мощности приличного размера. Вторичное напряжение составляет 35-0-35 В, что слишком велико для питания цепи предусилителя или даже его источника питания, но вы сможете сделать это с помощью одной обмотки 16 В.Обычно используется другой трансформатор, но вы также можете добавить дополнительную обмотку самостоятельно. С тороидальными трансформаторами это почти слишком просто, но с другими может быть вообще невозможно. Если трансформатор использует (скажем) 2 витка на вольт, всего 32 дополнительных витка провода звонка (или эмалированного медного провода) обеспечат 16 В при типичных 100 мА или около того, которые вам понадобятся. Добавьте 10% запаса, и у вас останется только 36 витков, и это можно будет сделать за несколько минут. Убедитесь, что дополнительная обмотка надежно закреплена лентой хорошего качества (настоятельно рекомендуется использовать каптон, если вы можете его достать).Для , а не для используйте обычную электротехническую ленту — она ​​не рассчитана на температуру, при которой трансформаторы могут работать при постоянной нагрузке.

ПРИМЕЧАНИЕ: Убедитесь, что нет никакой возможности дополнительного короткого замыкания обмотки между витками — это вызовет эффектный выход дыма из изоляции, и вы можете разрушить сам трансформатор.


3.1 Насыщение ядра

Ток намагничивания, указанный или измеренный для любого трансформатора, обычно представляет собой комбинацию истинного тока намагничивания (который обычно очень низкий) и тока насыщения, который может составлять до половины расчетного тока полной нагрузки для небольших трансформаторов.Любой трансформатор с сердечником (кремнистая сталь, феррит и т. Д.) Перейдет в насыщение, если первичное напряжение холостого хода будет увеличено достаточно сильно. Более подробно это описано в Разделе 2.

Насыщение сердечника достигается, когда пиковое входное напряжение является достаточным для достижения сердечником максимального номинального магнитного потока. Когда плотность потока слишком высока, сердечник больше не может принимать больше и насыщается. Форма волны насыщения показана в разделе 2, и хотя вы можете увидеть указанный «ток намагничивания» трансформатора, это почти всегда первичный ток холостого хода, включая ток насыщения .

Нереалистично ожидать, что какой-либо сетевой трансформатор останется значительно ниже насыщения на всех рабочих уровнях. Это потребовало бы, чтобы ядро ​​было намного больше и дороже, чем обычно. Когда плотность потока сердечника превышает примерно 1,4 Тесла (кремнистая сталь), он начинает насыщаться. Как только сердечник полностью насыщен, он больше не существует, и ток ограничивается только сопротивлением цепи. Это недопустимо, но частичное насыщение на холостом ходу является обычным явлением, и это увеличивает кажущийся ток намагничивания.

Для трансформаторов, используемых в аудиосистеме (клапанные выходные трансформаторы, микрофонные или «линейные» трансформаторы и т. Д.), Сердечник должен работать значительно ниже насыщения при всех возможных напряжениях и частотах, чтобы предотвратить серьезные искажения. Для силовых трансформаторов характерно небольшое насыщение без нагрузки. Хотя это увеличивает ток холостого хода (и температуру) трансформатора, это также позволяет немного лучше регулировать, поскольку используется меньше витков, что снижает сопротивление обмотки.

Насыщение — сложный процесс, который не совсем понятен большинству любителей (и даже некоторым профессионалам).Степень допустимой насыщенности зависит от предполагаемого использования и допустимого искажения. При уменьшении частоты трансформатор будет больше насыщаться, если входное напряжение остается неизменным. Например, силовой трансформатор, рассчитанный на работу с частотой 60 Гц, обычно сильно насыщается на частоте 50 Гц, даже если напряжение правильное. Нормальная работа может быть восстановлена ​​только в том случае, если входное напряжение уменьшается в том же соотношении, что и частота — от 60 Гц до 50 Гц составляет 17%, поэтому входное напряжение также должно быть уменьшено на 17%, чтобы получить расчетный ток «намагничивания».


4. Интересные факты о трансформаторах

Как обсуждалось выше, коэффициент импеданса — это квадрат отношения витков, но это только одна из многих интересных особенностей трансформаторов … (ну, Я, , в любом случае считаю, что они интересны).

Например, можно подумать, что увеличение числа витков приведет к увеличению плотности потока, поскольку больше витков вносят вклад в магнитное поле. На самом деле, верно обратное, и при том же входном напряжении увеличение числа витков приведет к уменьшению плотности потока и наоборот.Это нелогично, пока вы не поймете, что увеличение числа витков увеличивает индуктивность и, следовательно, уменьшает ток через обмотку.

Я уже упоминал, что коэффициент мощности (и фазовый сдвиг) варьируется в зависимости от нагрузки, и это (хотя и довольно интересно) не имеет для большинства из нас никаких реальных последствий.

Когда мы потребляем ток от вторичной обмотки, возникает очень интересное явление. Поскольку первичный ток увеличивается для питания нагрузки, мы ожидаем, что магнитный поток в сердечнике также увеличится (больше ампер, то же количество витков, больше потока).На самом деле плотность потока уменьшается! В идеальном трансформаторе без потерь в меди магнитный поток останется прежним — дополнительный ток питает только вторичную обмотку. В реальном трансформаторе при увеличении тока потери пропорционально увеличиваются, и первичное напряжение немного меньше (из-за сопротивления меди), поэтому магнитный поток при полной нагрузке на меньше, чем на без нагрузки. Об этом стоит немного пошуметь, так как это широко неправильно понимается. Хотя это уже было указано в начале, это настолько важно, что я повторю это еще раз…

Плотность магнитного потока в трансформаторе максимальна на холостом ходу, и она уменьшается, уменьшается с увеличением нагрузки.


4,1 Индуктивность

Также важно понимать еще один интересный факт о трансформаторах сети . Мы склонны полагать, что индуктивность важна — в конце концов, это то, что мешает трансформатору потреблять 10 А или более из сети на холостом ходу. На самом деле индуктивность обычно не является параметром конструкции, а просто результатом правильного расчета числа витков на вольт.Индуктивность также является туманной цифрой, и ее значение составляет , а не константа, но изменяется (или, по крайней мере, кажется, что меняется) в зависимости от условий. Когда у вас есть нужное количество витков первичной обмотки, индуктивность в значительной степени заботится о себе. Быстрый расчет продемонстрирует, что я имею в виду.

Предположим, тороидальный трансформатор на 600 ВА с измеренной индуктивностью 52 Гн при 50 Гц. Формула для индуктивности говорит нам, что ток намагничивания будет …

I mag = В / (2 × π × f × L)
I mag = 230 / (2 × π × 50 × 52) = 14 мА

Однако, когда этот трансформатор испытывается (см. Часть 2 — Ток намагничивания), фактически измеренный ток намагничивания составляет 42 мА — в 3 раза выше ожидаемого.Это происходит потому, что сердечник частично насыщен, а не , а не , потому что индуктивность ниже измеренной или рассчитанной. При работе при (намного) более низком напряжении, когда ток намагничивания не искажается (что означает, что нет насыщения сердечника вообще), ток намагничивания подчиняется формуле, показанной выше. Без насыщения сердечника ток определяется индуктивностью, напряжением и частотой, как и в любой катушке индуктивности. Однако трансформаторы (большинство) не являются индукторами как таковые !

Примечание: Для многих других трансформаторов индуктивность — это конструктивный параметр (и важный).Это относится к трансформаторам, используемым в импульсных источниках питания, или к аудио трансформаторам и другим, где критична низкочастотная характеристика. Это только с трансформаторами частоты сети (50 или 60 Гц), где нас действительно не заботит индуктивность, при условии, что ток намагничивания ощутим. «Разумность» определяется тем, как и где используется трансмиссия, и чего хотел достичь дизайнер. Здесь нет никаких «правил» — если он работает, как требуется (и согласно проектной спецификации), остается при приемлемой температуре, надежен и безопасен, то это все, что имеет значение.

Вот почему производители редко (если вообще когда-либо) указывают индуктивность трансформаторов сетевой частоты. Вместо этого (и если вам повезет), они могут сказать вам ток намагничивания без нагрузки при номинальном напряжении и частоте. Большинство даже не удосуживаются сказать вам об этом. В конце концов, вы все равно ничего не можете с этим поделать.

В предисловии я упомянул, что трансформатор не является индуктивным при работе с номинальной нагрузкой. Если мы представим тот же самый трансформатор, описанный выше (индуктивность 52H), он будет потреблять 14 мА индуктивного тока на холостом ходу (без учета насыщения).Ток будет отставать от напряжения на 90 °, а коэффициент мощности, определяемый cos (Φ), равен cos (90) = 0. Если вторичная обмотка загружена так, что первичный ток нагрузки составляет всего 14 мА (общий ток теперь составляет 20 мА). , , а не 28 мА, как вы могли предположить), фазовый угол падает до 45 °, а коэффициент мощности увеличивается до cos (45) = 0,707 — при токе нагрузки всего 14 мА !

Если нагрузка такова, что первичный ток составляет около 5% или более номинального значения трансформатора (около 130 мА для трансформатора на 600 ВА), фазовый сдвиг составляет всего несколько градусов (около 5.6 °), а коэффициент мощности близок к единице (0,995 для обсуждаемого гипотетического трансформатора). Однако (и это важно) первичный ток является почти идеальным воспроизведением вторичного тока, и если вторичный ток является нелинейным, то первичный ток также является нелинейным. Выпрямительные и конденсаторные нагрузки, используемые почти во всех линейных источниках питания, имеют низкий коэффициент мощности, но это связано с нелинейностью , а не с индуктивностью .

Итак, для обычных сетевых трансформаторов индуктивность не является частью спецификации и может считаться «случайной».Он должен существовать, чтобы ограничить ток холостого хода до разумного значения, но большая часть тока намагничивания возникает из-за частичного насыщения. Большинство сетевых трансформаторов необходимо испытывать при напряжении значительно ниже указанного для них входного напряжения сети, чтобы можно было измерить индуктивность. Типичный трансформатор 230 В должен быть измерен при напряжении не более 50-100 В, чтобы получить фактическую индуктивность.

Измерив индуктивность первичной обмотки, вы быстро обнаруживаете, что эти данные бесполезны — вы ничего не можете с ними поделать, и это не поможет вам понять ни на йоту.Отчасти это связано с тем простым фактом, что он меняется. Поскольку плотность потока внутри сердечника изменяется, изменяется и измеренная индуктивность, так что это действительно бессмысленный параметр в более широкой схеме вещей. Трансформаторы предназначены для получения требуемых напряжения и тока на вторичной обмотке, а процесс проектирования основан на количестве витков первичной обмотки, необходимых для получения ощутимого тока холостого хода («намагничивания»).

Это в значительной степени балансирующее действие. Для данного размера сердечника более высокий ток намагничивания является результатом использования меньшего количества витков на первичной обмотке, и это улучшает регулирование, поскольку провод может быть больше.Однако, если ток холостого хода слишком высок, трансформатор будет перегреваться из-за насыщения сердечника из-за высокого первичного тока. Трансформатор , который никогда не работает на холостом ходу , может быть сконструирован намного меньше, чем в противном случае.

Если мы предположим, что трансформатор для конкретного применения должен обеспечивать хорошее регулирование и что он всегда работает только при полной нагрузке, нет причин делать сердечник настолько большим, насколько это было бы необходимо в противном случае. Мы также можем использовать меньше витков и уменьшить резистивные потери.Современные трансформаторы для микроволновых печей попадают в эту категорию — если они работают без нагрузки, ток намагничивания может быть настолько высоким, что трансформатор может перегреться и выйти из строя, но при нормальной работе (питание магнетрона) они идеально подходят для этой работы. Большинство из них также охлаждаются вентилятором, что позволяет им быть еще меньше!

Когда трансформатор работает только с полной нагрузкой, ток намагничивания больше не является важным фактором, и количество необходимых витков основывается на эффективном напряжении на обмотке при полной нагрузке.Трансформатор мощностью 1 кВт обычно может иметь сопротивление первичной обмотки от 1,0 до 1,2 Ом, но если его можно уменьшить, потери в меди также уменьшатся. При 1 кВт первичный ток составляет 4,35 А, и это снизит напряжение, воспринимаемое трансформатором, возможно, на 5–6 В RMS. Вместо того, чтобы разрабатывать трансформатор для приятного низкого тока намагничивания при 230 В, он может быть рассчитан на несколько более высокий ток намагничивания при 225 В — один только ток намагничивания может составлять 1 или 2 А, а может быть и больше.

Попытка измерить индуктивность такого трансформатора — пустая трата времени.Вы сможете измерить это, но чтение не имеет значения. Еще более обычные сетевые трансформаторы находятся в той же лодке — индуктивность (возможно, с натяжкой) можно считать «показателем качества», но единственное, что действительно имеет значение, — это общий ток намагничивания, включая эффекты частичного насыщения. Не думайте ни на минуту, что обычные сетевые трансформаторы не насыщаются — каждый трансформатор, который я когда-либо измерял, потребляет в 2-5 раз больше тока, чем вы ожидаете, исходя только из одной индуктивности.Конечно, при нормальном рабочем напряжении они неразделимы.

Коэффициент индуктивности любого трансформатора (между первичной и вторичной обмотками) равен квадрату передаточного числа витков. Трансформатор, рассчитанный на сеть 230 В с измеренным выходным напряжением 23 В без нагрузки (полная нагрузка 20 В), имеет коэффициент трансформации 10: 1 (230: 23). Если вы измеряете индуктивность первичной обмотки (скажем) 30 Гн, вторичная индуктивность составляет 300 мГн. Это тоже бесполезно, но может пригодиться, если вы хотите использовать трансформатор в обратном направлении, например, с генератором и усилителем мощности.


4,2 Взаимная индуктивность

Одна из вещей, которая имеет тенденцию вызывать путаницу, связана с тем, как трансформатор «знает», что кто-то пытается получить ток из вторичной обмотки, поэтому первичный ток может быть увеличен пропорционально. Это происходит из-за взаимной индуктивности (также известной как взаимная связь или просто коэффициент связи) между обмотками. Когда две или более обмоток используют одну и ту же магнитную цепь, они связаны магнитным потоком. В идеальном трансформаторе эта связь равна единице, что означает, что любое возмущение на одной обмотке напрямую связано с другой (конечно, с учетом коэффициента трансформации).

Если муфта равна единице, обмотки действуют как единое целое. Электрическое разделение (изоляция) не имеет значения, поэтому попытка отвода тока из вторичной обмотки ничем не отличается от отвода тока от первичной — две обмотки соединены вместе и неразделимы. Конечно, настоящие трансформаторы не идеальны, но (что может удивить) это лишь немного меняет ситуацию. Это ключ к работе трансформатора, но (несмотря на его большое значение) он мало влияет на конструкцию трансформатора.Это также то, что вы не можете изменить — трансформатор такой, какой он есть, а параметры можно изменить только во время разработки.

Индуктивность утечки уменьшает взаимную индуктивность, предотвращая единичную связь. Однако в преобразователях частоты это практически ничего не меняет. Даже «обычные» трансформаторы (с ламинированием E-I) имеют сравнительно низкую индуктивность рассеяния (по сравнению с индуктивностью первичной обмотки), а тороидальные трансформаторы имеют очень низкую индуктивность рассеяния . Любой поток, который «утекает» из сердечника, не может проходить через две обмотки одинаково, что снижает эффективный поток во вторичной обмотке и уменьшает связь между ними.

Связь такова, что если бы вы управляли сетевым трансформатором от генератора сигналов с низким импедансом, все, что на вторичной обмотке, отражалось бы обратно к первичной. Если нагрузка представляет собой конденсатор, первичная обмотка будет казаться емкостной (опережающий коэффициент мощности). Когда нагрузка представляет собой резистор, первичная обмотка кажется резистивной. Первичная обмотка будет индуктивной только , если нагрузка — индуктор. Чтобы провести этот тест (который нетрудно сделать), ток, потребляемый от вторичной обмотки, должен быть как минимум в 10 раз (а предпочтительно в 100 раз) больше, чем ток намагничивания (ток холостого хода из-за индуктивности первичной обмотки трансформатора.

Например, если трансформатор имеет индуктивность первичной обмотки (при низком напряжении) 100 Гн, ток намагничивания будет около 390 мкА при 50 Гц. Вам необходимо потреблять не менее 39 мА от вторичной обмотки, и этого достаточно, чтобы напряжение и ток в первичной обмотке находились в пределах менее одного градуса друг от друга. Если вы теперь подключите конденсатор, который потребляет такой же ток (это необходимо рассчитать на основе напряжения и частоты), первичная обмотка окажется полностью емкостной.

Это аспект взаимной связи, который редко объясняется, но понимание этой простой концепции означает, что вы можете избежать целой кучи довольно утомительной математики, которая на самом деле не поможет вам понять задействованные принципы.Как знают постоянные читатели, я не буду приводить подробных формул, если они никому не помогут понять, как что-то работает. Это показательный пример. Использование формулы почти ничего не покажет, но если вы запустите тест для себя, вы, , поймете, как это работает.


4,3 Импеданс

Трансформатор не имеет определенного импеданса. Вы можете извиниться за то, что думаете иначе, но это потому, что некоторые трансформаторы предназначены для выходных каскадов ламповых усилителей или для номинальных сигнальных линий 600 Ом (например).Для выходного трансформатора отношения импеданса определяются для соответствия анодному сопротивлению / импедансу конкретных выходных клапанов и преобразуются в импеданс, подходящий для громкоговорителя. В этой роли важна индуктивность первичной обмотки , поскольку она должна быть достаточно высокой, чтобы обеспечить хорошее соединение между лампами и динамиками на самой низкой интересующей частоте.

Это кратко рассматривается в этом разделе и более подробно рассматривается в разделе 2.Хотя индуктивность важна, еще более важно обеспечить, чтобы сердечник оставался вдали от даже частичного насыщения на самых низких частотах. Вот почему хорошие выходные трансформаторы такие большие и дорогие. Однако важно понимать, что, хотя трансформатор разработан и рекламируется как (например) 6 кОм P-P: 8 Ом, это не означает, что сам трансформатор имеет такие импедансы. То, что означает , заключается в том, что при питании от источника 6 кОм (пара выходных клапанов) выходное сопротивление будет таким, что максимальная мощность будет подаваться на нагрузку 8 Ом.

Точно такой же трансформатор может питаться от источника 3 кОм и выдавать максимальную мощность на нагрузку 4 Ом. Он также работает с более высоким импедансом источника, но тогда индуктивность может быть недостаточно большой для обеспечения хорошего воспроизведения низких частот. Требуемая индуктивность определяется импедансом источника и наименьшей интересующей частотой — обычно 40 Гц для многих ламповых усилителей. Итак, используя приведенный пример, можно определить индуктивность и частоту -3 дБ …

L = Z / (2 × π × f -3 дБ ) (где Z — импеданс источника, а f -3 дБ — частота -3 дБ)
L = 6k / (2 × π × 40) = 24H

Как должно быть очевидно, по мере увеличения импеданса источника требуется больше индуктивности для той же частоты -3 дБ.Это также требует, чтобы поток в сердечнике оставался значительно ниже насыщения. Даже небольшая насыщенность вызывает грубые искажения. Некоторые утверждают, что это искажение не так нежелательно, как можно было бы представить, потому что оно спадает с увеличением частоты. Однако, если низкая и высокая частота передаются одновременно, более высокая частота также будет искажена — как только ядро ​​начинает насыщаться, все частоты , присутствующие в данный момент, искажаются, а не только частота, вызывающая насыщение.


5. Примеры использования трансформатора

Это лишь краткое описание множества применений трансформаторов. В этом разделе я отказался от источников питания с переключаемым режимом и представлю только наиболее распространенные линейные приложения. Применение источников питания более полно рассматривается в Разделе 2, а также в статье о проектировании линейных источников питания.

Было бы невозможно охватить все аспекты трансформаторов и их использования, поскольку они очень разнообразны и используются во многих разных вещах.Компьютерные сетевые карты, модемы, усилители мощности и микроволновые печи, автомобильные и морские системы зажигания, катушки Тесла и фонокорректоры с подвижной катушкой, распределение мощности от электростанции до вашего дома … это очень маленькая выборка из разнообразие скромного трансформера (ну, может, не так уж и скромно).


5.1 — Выходной каскад двухтактного клапана

Трансформаторы используются не только в источниках питания, но и в других областях.Почти все ламповые усилители мощности используют трансформатор для выходного каскада, который преобразует высокий импеданс анодов в импеданс громкоговорителя, а также обеспечивает подачу напряжения на выходные клапаны. Здесь не было показано никаких смещений или других компонентов поддержки — для получения дополнительной информации см. Как работают усилители. Еще одна ссылка на ступени клапана находится в разделе «Клапаны».

Рисунок 5.1 — Выходной каскад двухтактного клапана

Рисунок 5.1 показывает, как это работает. Работа первичной обмотки может поначалу вас удивить, но это вполне соответствует всей теории. Показанное напряжение питания составляет 500 В, и мы предполагаем, что клапан может включаться достаточно сильно, чтобы уменьшить его до нуля поочередно на каждом конце обмотки. В действительности это не так, потому что клапаны не имеют достаточно низкого внутреннего импеданса, но это упрощает объяснение.

Ни один из клапанов не будет потреблять значительный ток без сигнала, и потребляемая величина не намагничивает сердечник.Причина проста — через каждую секцию первичной обмотки проходит равный ток, но фактически в противоположных направлениях. Магнитное поле, создаваемое одной половиной обмотки, компенсируется магнитным полем второй половины, оставляя чистый установившийся магнитный поток равным нулю.

Когда клапан V1 полностью включается, напряжение на его конце обмотки снижается до нуля, а напряжение на аноде V2 составляет 1000 вольт. Так должно быть, иначе теория трансформаторов развалилась.Первичная обмотка работает как «автотрансформатор». Аналогичным образом, когда V1 выключается, а V2 включается, ситуация меняется на противоположную. Вы вполне можете спросить, зачем вообще нужны 2 клапана? Казалось бы, напряжение от одного клапана вполне способно качнуть напряжение из одной крайности в другую.

Это не так. Поскольку клапан может только включаться, он сможет подавать ток только на половину формы волны. В двухтактной конструкции класса A каждый клапан обычно пропускает 1/2 максимального пикового тока, необходимого на холостом ходу, и полный пиковый ток при включении на максимум до искажения (другой клапан выключен).В случае двухтактной конструкции насыщение сердечника отсутствует из-за постоянного тока (который уравновешивается, как и раньше), поэтому, хотя необходимы два клапана, трансформатор будет меньше и будет иметь гораздо лучшую производительность. Для несимметричных усилителей класса A требуется очень большой сердечник с воздушным зазором для предотвращения насыщения. Это резко снижает производительность трансформатора, увеличивает искажения и ухудшает низкочастотную характеристику из-за более низкой индуктивности. Также могут отрицательно сказаться высокие частоты, потому что воздушный зазор заставляет часть магнитного потока «просачиваться» из сердечника.Это одна из причин возникновения индуктивности рассеяния (более подробно рассматривается в разделе 2).

Стоит отметить, что эффективное размах размаха по всей первичной обмотке трансформатора составляет 2000 В. Когда V1 полностью включен, он имеет нулевое напряжение (только для нашего примера) на пластине, а V2 имеет напряжение на пластине 1000 В. V1 и V2 имеют одинаковые пики напряжения, но они сдвинуты по фазе на 180 градусов. Таким образом, полное напряжение на трансформаторе является суммой двух напряжений. С точки зрения переменного тока линию питания B + можно рассматривать как нулевое напряжение (помните, что она будет шунтироваться с большой емкостью).

Среднеквадратичное значение напряжения (с учетом синусоиды и игнорирования потерь) легко рассчитывается по стандартной формуле …

5.1.1 Вп = Вп-пик / 2

Чтобы получить пиковое значение от пика к пику, затем …

5.1.2 Vrms = Vp / √2

Чтобы найти среднеквадратичное значение.

В этом случае размах напряжения составляет 2000 В, поэтому от пика до 1000 В. Среднеквадратичное значение составляет 707 В.


5.2 Выход на несимметричный триод (SET)

Рисунок 5.2 показано базовое устройство выходного каскада усилителя SET. Полный постоянный ток должен протекать через первичную обмотку трансформатора, и, как обсуждалось выше, в сердечнике должен быть воздушный зазор, чтобы предотвратить насыщение. Поскольку воздушный зазор снижает эффективность магнитного пути, сердечник должен быть значительно больше, чем в противном случае.

Рисунок 5.2 — Выходной каскад на несимметричном триоде

Сердечник работает только с одной полярностью потока, которая меняется в зависимости от сигнала.Можно подумать, что одно только это уменьшит искажения, поскольку поток никогда не пересекает нулевую точку, но это не так. По-прежнему необходимо, чтобы поток изменял направление, и характеристики магнитных материалов указывают на то, что сопротивление изменению (а не абсолютная полярность магнитного поля) является доминирующим фактором. Клапан (и первичная обмотка трансформатора) теперь должны пропускать ток, равный пиковому переменному току, требуемому нагрузкой — конечно, в зависимости от коэффициента трансформации.

Максимальное отрицательное колебание (клапан включен) удвоит этот ток, и он будет уменьшен почти до нуля при выключении клапана (положительное колебание). Когда ток уменьшается ниже среднего постоянного (покоящегося) тока, напряжение на трансформаторе увеличивается в противоположной полярности — отсюда и тот факт, что напряжение на пластине превышает напряжение питания. Это одна из областей, где трансформатор на самом деле является индуктором , а работа схемы зависит от накопленного «заряда» индуктора.Вторичная обмотка просто передает напряжение на нагрузку.

Для той же выходной мощности клапан в несимметричной цепи должен быть значительно больше, чем требуется для двухтактной схемы, из-за более высокого рассеяния, необходимого для дополнительного тока. У этой схемы есть также много других проблем — в частности, высокие искажения и сравнительно высокое выходное сопротивление.

Не менее важная проблема заключается в том, что преимущество дополнительного размаха напряжения при использовании трансформатора с центральным ответвлением теперь утрачено, поэтому максимальное среднеквадратичное напряжение, которое может быть разработано, составляет 353 В — значительное падение первичного переменного напряжения (опять же без учета потерь, это ровно половина).Это означает, что нагрузка клапана выше при том же импедансе динамика, потому что коэффициент трансформации меньше, поэтому мы снова получаем меньшую мощность.

Постоянные читатели знают, что я считаю «НАБОР» мерзостью. Заявленные преимущества в основном видны (или ухом) смотрящего и не выдерживают ни малейшей проверки.


5.3 Приложения линейного уровня
Трансформаторы

также используются для «линейных» приложений с низким энергопотреблением, обычно для балансных микрофонных входов и линейных выходных каскадов.Трансформатор не имеет себе равных для реальных симметричных схем, поскольку вход или выход действительно плавающий и не требует заземления. Это означает, что синфазные сигналы (то есть любой сигнал, общий для обоих сигнальных проводов) почти полностью отклоняются.

На рис. 5.3 показан симметричный вход трансформатора, преобразующийся в несимметричный. Сигнал усиливается и снова отправляется на выходной трансформатор для распределения в виде сбалансированного сигнала. «Усилитель», как правило, представляет собой микшерный пульт и принимает сигналы микрофонного или линейного уровня в качестве входа (идущие от сцены к зоне микширования), а конечный микшированный выход отправляется обратно на сцену для основного (передний дома) усилители и колонки громкой связи.От микрофона до микшера и обратно к основным усилителям может быть более 100 метров кабеля, и при этом практически не будет слышен какой-либо шум.

Рисунок 5.3 — Симметричный микрофонный и линейный выходы

Раньше телефонная система полностью зависела от трансформаторов для передачи сигнала от АТС (или центрального офиса в США) на оборудование в помещении клиента (CPE). Телефонный коммутатор, используемый в офисах, оборудовании (PABX — Private Automatic Branch Exchange, или PBX для США) по-прежнему использует трансформаторы почти для всех входящих цепей, будь то аналоговые или цифровые.

Принцип точно такой же, как и для показанного выше аудиоприложения, за исключением того, что для телефонных цепей обычно присутствует постоянное напряжение для питания CPE (в случае домашнего телефона) и для обеспечения некоторой базовой сигнализации. В современных схемах PABX используются трансформаторы с ферритовым сердечником и схема развязки постоянного тока, чтобы гарантировать, что постоянный ток не протекает через обмотки трансформатора, поскольку это ухудшает характеристики так же, как и выходной трансформатор для усилителя мощности SET. (Обратите внимание, что многие абонентские цепи теперь управляются через специально изготовленные ИС, которые исключают трансформатор.)

Аудиоприложения для трансформаторов в симметричных схемах пришли из телекоммуникационной отрасли, где впервые были придуманы эти концепции. Телефонная линия может иметь длину 4 км и более и не экранирована, поэтому метод устранения гудения и шума был необходим. Сегодня существуют десятки (сотни?) Миллионов трансформаторов, используемых для соединений Ethernet LAN, и розетки RJ45 доступны со встроенными трансформаторами.


6. Безопасность

Безопасность является основным соображением для любого силового трансформатора (а в случае телекоммуникаций — изолирующих трансформаторов), и электрический контакт между первичной и вторичной обмотками не должен допускаться в соответствии с при любых реальных условиях неисправности .Во всех странах есть стандарты безопасности, которые применяются к трансформаторам, где важна электрическая изоляция, и если есть какие-либо сомнения в безопасности трансформатора для конкретной цели, убедитесь, что вы убедитесь, что трансформатор соответствует соответствующему стандарту (-ам). Рассмотрение всех возможных стандартов и вопросов соответствия выходит за рамки данной статьи, поэтому я оставлю это вам — и вашему поставщику.

Многие силовые трансформаторы оснащены внутренним предохранителем, работающим только на один раз, который размыкает цепь в случае превышения заданной температуры.Эта температура выбрана в качестве максимальной безопасной температуры обмоток перед тем, как изоляция расплавится или сломается, поэтому в случае неисправности плавкий предохранитель сработает до того, как будет повреждена изоляция, и компонент станет потенциально опасным. Это также помогает предотвратить риск пожара (и нет, это не предназначено для юмора — мой друг сгорел дотла из-за неисправного силового трансформатора в видеомагнитофоне — по мнению следователей по пожарам.Правдивая история!). См. Рис. 6.1 (ниже) в качестве примера того, насколько плохо может быть, если трансформатор не защищен.

После размыкания плавкого предохранителя трансформатор необходимо выбросить, так как обычно невозможно получить доступ к предохранителю для замены. Это не так глупо, как может показаться, поскольку термическое разрушение перегретой изоляции невозможно предсказать, и трансформатор может быть небезопасным, если его все еще можно использовать.

Существуют трансформаторы, которые спроектированы так, чтобы быть «изначально безопасными», и у них обычно есть обмотки на отдельных участках сердечника, а не в физическом контакте друг с другом.Если сердечник подсоединен к заземлению с электробезопасностью (что обычно является обязательным), никакой метод отказа (включая полное расплавление) в первичной обмотке не позволит сетевому напряжению появиться на вторичной обмотке. Боковые обмотки являются следующими по безопасности, и хотя первичная и вторичная обмотки находятся на одной катушке, используемый материал выбран таким, чтобы выдерживать высокие температуры и обеспечивать разделение обмоток. Тороидальные сердечники и другие трансформаторы с концентрической намоткой являются наименее безопасными, поскольку единственное разделение между первичной и вторичной обмотками — это довольно тонкий слой изоляции.Это одна из причин того, что термопредохранители часто используются с тороидами. Обратите внимание, что любой трансформатор, классифицированный как «безопасный по своей природе», обычно должен соответствовать очень строгим условиям утверждения в большинстве стран.

Рисунок 6.1 — Расплавление трансформатора

На рис. 6.1 показан трансформатор, который я снял с ремонтных работ. Это полный расплав, и остатки пластиковой шпульки видны достаточно четко. В любой цепи чрезвычайно важно защитить пользователя от контакта с сетью, если это произойдет.В этом случае бобина расплавилась от обмоток, капала на основание оборудования и в целом создавала большой беспорядок. Несмотря на все это, не было электрического соединения между первичной и вторичной обмотками или пластинами. Это был хорошо сделанный трансформатор (он вышел из строя из-за большой продолжительной перегрузки, а не из-за отказа самого трансформатора).

Надлежащее защитное заземление — единственный реальный способ гарантировать, что трансформатор, который выходит из строя катастрофически (например, показанный на рисунке), не приводит к подаче напряжения на шасси — не все трансформаторы созданы равными, когда речь идет о безопасности.Правильный предохранитель гарантирует, что предохранитель перегорит — надеюсь, с до электрическая безопасность будет под угрозой. Тепловой предохранитель не позволил бы ситуации стать настолько плохой, как показано на рисунке, но трансформатор был бы так же мертв.


7. Шум

Трансформаторы шумят. Это не только электрический шум, который создается опасной формой волны тока через обмотки, диоды и конденсаторы фильтра, но и реальный слышимый шум. Одним из источников является вибрация обмотки из-за движения провода из-за магнитного поля и тока, протекающего по проводникам.Этого следует избегать любой ценой, поскольку постоянная вибрация в конечном итоге приведет к износу изоляции, короткому замыканию обмоток и выходу трансформатора из строя. К счастью, это довольно необычно, но иногда случается (и случается).

Большая часть шума исходит от пластин или другого материала сердечника, который сжимается под воздействием сильного магнитного поля. Это называется магнитострикцией и происходит в большей или меньшей степени со всеми магнитными материалами. Стетоскоп проверит источник шума, и нет ничего или почти ничего, что могло бы его остановить.Упругая установка предотвратит акустическое усиление большей части шума шасси, и, как правило, шум будет хуже без нагрузки. В некоторых случаях трансформатор может быть рассчитан на 60 Гц, но используется на 50 Гц. В этом случае плотность потока, вероятно, превысит максимально допустимую для сердечника (который насыщается), и трансформатор станет намного горячее, чем должен, и почти наверняка будет намного более шумным. Тороидальные трансформаторы обычно намного тише, чем ламинированные EI (т.е.е. обычные) типы.

Большинство (все?) Трансформаторов, разработанных специально для 60 Гц, в конечном итоге выйдут из строя с сетью 50 Гц из-за перегрева. Обратное неверно, и трансформаторы с частотой 50 Гц могут вполне безопасно работать с частотой 60 Гц.

Еще одна проблема с пластинами E-I заключается в том, что они могли быть недостаточно хорошо скреплены друг с другом, и это, в частности, позволяет внешним пластинам вибрировать. Обычные трансформаторы более высокого качества обычно пропитывают лаком (иногда под вакуумом) и запекают в умеренной печи до готовности…. ой, то есть до полного высыхания лака. Это связывает пластинки и обмотки вместе, предотвращая шум, а также делая трансформатор более устойчивым к повреждениям водой или другими загрязнениями и / или в условиях высокой влажности (например, в тропиках).


Щелкните любой из вышеперечисленных разделов, чтобы просмотреть остальные разделы этой серии. Как вы, наверное, заметили, трансформаторы все-таки не так просты.


Список литературы

Эти ссылки являются общими для обоих разделов статьи, хотя большинство из них относится только к разделу 2.Во время составления этих статей было исследовано бесчисленное количество различных веб-страниц, и хотя некоторые из них были интересными, большинство из них использовались минимально. Из тех, кого я действительно помню (сложная задача сама по себе, учитывая огромное количество поисков, которые мне приходилось делать), я должен поблагодарить следующие веб-страницы (в алфавитном порядке) …

  • Амидон
  • Школа ATDL (Армия США)
  • Трансформеры Jensen
  • Mitchell Electronics Corporation
  • Томи Энгдал — (ePanorama.нетто)

Я рекомендую статью «История трансформатора», хотя и не используется в качестве справочного материала. Он не технический, но дает некоторое представление о разработке трансформаторов в том виде, в каком мы их знаем.

Кроме того, я использовал различные другие ссылки, но особенно (в порядке полезности) …


Следующие (слегка отредактированные) определения взяты из Единицы измерения

Авторское право на сайт «

Единицы измерения» принадлежит Расс Роулетту и Университету Северной Каролины в Чапел-Хилл.
(Определения использованы с разрешения автора.)

Тесла (Тл) — плотность потока (или напряженность поля) для магнитных полей (также называемая магнитной индукцией). Напряженность магнитного поля можно измерить, поместив в поле проводник с током. Магнитное поле оказывает на проводник силу, которая зависит от силы тока и длины проводника. Один тесла определяется как напряженность поля, генерирующая один ньютон силы на ампер тока на метр проводника.Эквивалентно, одна тесла представляет собой плотность магнитного потока, равную одному Веберу на квадратный метр площади. Поле в один тесла довольно сильно: самые сильные поля, доступные в лабораториях, составляют около 20 тесла, а плотность магнитного потока Земли на ее поверхности составляет около 50 микротесла (мкТл). Одна Тесла равна 10 000 Гс. Tesla, определенная в 1958 году, названа в честь Николы Теслы (1856-1943), чья работа в области электромагнитной индукции привела к появлению первых практических генераторов и двигателей, использующих переменный ток (к большому раздражению Эдисона, который утверждал, что постоянный ток был « более безопасным »). .

Weber (Wb) — магнитный поток. «Поток» — это скорость (в единицу времени), с которой что-то пересекает поверхность, перпендикулярную потоку. В случае магнитного поля магнитный поток через перпендикулярную поверхность является произведением плотности магнитного потока в теслах и площади поверхности в квадратных метрах. Если переменное магнитное поле проходит перпендикулярно круговой петле из проводящего материала (один виток), изменение поля индуцирует электрический потенциал в петле.Если поток изменяется с постоянной скоростью один Вебер в секунду, индуцированный потенциал составляет один вольт. Это означает, что численно поток в веберах равен потенциалу в вольтах, который был бы создан путем равномерного сжатия поля до нуля за одну секунду. Один Вебер — это поток, индуцированный таким образом током, изменяющимся с постоянной скоростью один ампер в секунду. Единица посвящена немецкому физику Вильгельму Эдуарду Веберу (1804–1891), одному из первых исследователей магнетизма.



Основной индекс

Указатель статей

Уведомление об авторских правах. Эта статья, включая, но не ограничиваясь, весь текст и диаграммы, является интеллектуальной собственностью Рода Эллиотта и защищена авторским правом © 2001. Воспроизведение или повторная публикация любыми способами, электронными, механическими или электромеханическими, строго запрещены. в соответствии с международными законами об авторском праве. Автор (Род Эллиотт) предоставляет читателю право использовать эту информацию только для личного использования, а также разрешает сделать одну (1) копию для справки. Коммерческое использование запрещено без письменного разрешения Рода Эллиотта.

Страница создана и авторские права © 17 марта 2001 г. / обновлено 25 июня 2005 г. / ноя 2018 — незначительные обновления, удалены мертвые ссылки. / Ноя 2018 — добавлена ​​взаимная индуктивность.

Расчет трансформатора с тороидальным магнитопроводом. Самый простой расчет силовых трансформаторов и автотрансформаторов

Типы магнитопроводов силовых трансформаторов.


Магнитопровод низкочастотного трансформатора состоит из стальных пластин.Использование пластин вместо монолитного сердечника снижает вихревые токи, что увеличивает эффективность и снижает нагрев.

Магнитопроводы типа 1, 2 или 3 получают штамповкой.
Магнитопроводы типа 4, 5 или 6 получают путем наматывания стальной ленты на шаблон, причем магнитопроводы типа 4 и 5 затем разрезаются пополам.

Магнитопроводы:

1, 4 — бронированные,
2, 5 — стержневые,
6, 7 — кольцевые.

Чтобы определить сечение магнитопровода, нужно умножить размеры «А» и «В».Для расчетов в этой статье используется размер сечения в сантиметрах.

Трансформаторы с витой штангой поз. 1 и броня поз. 2 магнитопровода.

Трансформаторы с штампованной броней поз. 1 и шток поз. 2 магнитопровода.

Трансформаторы с витыми магнитными цепями.

Как определить общую мощность трансформатора.


Общую мощность трансформатора можно приблизительно определить по сечению магнитопровода.Правда, погрешность может доходить до 50%, и это связано с рядом факторов. Общая мощность напрямую зависит от конструктивных особенностей магнитопровода, качества и толщины используемой стали, размера окна, величины индукции, сечения провода обмоток и даже качества изоляции между отдельными плитами.

Чем дешевле трансформатор, тем ниже его относительная общая мощность.
Конечно, путем экспериментов и расчетов можно с высокой точностью определить максимальную мощность трансформатора, но большого смысла в этом нет, так как при изготовлении трансформатора все это уже учтено. и отражается на количестве витков первичной обмотки.
Итак, при определении мощности можно ориентироваться по площади поперечного сечения набора пластин, проходящих через раму или рамы, если их две.

P = B * S² / 1,69

Где:

P — мощность в ваттах,
B — индукция в Тесла,
S — сечение в см²,
1,69
— коэффициент постоянный.

Пример:

Сначала определяем сечение, для которого умножаем размеры A и B.

S = 2,5 * 2,5 = 6,25 см²

Затем подставляем размер сечения в формулу и получаем мощность. Я выбрал индукцию 1.5Tc, так как у меня армированный витой магнитопровод.

P = 1,5 * 6,25² / 1,69 = 35 Вт

Если необходимо определить необходимую площадь сечения трубопровода манита исходя из известной мощности, то можно воспользоваться следующей формулой:

S = ²√ (P * 1.69 / В)

Пример:

Для изготовления трансформатора на 50 Вт необходимо рассчитать сечение армированного штампованного магнитопровода.

S = ²√ (50 * 1,69 / 1,3) = 8см²

Значение индукции можно найти в таблице. Не следует использовать максимальные значения индукции, так как они могут сильно отличаться для магнитопроводов разного качества.

Максимальные ориентировочные значения индукции.

В домашнем хозяйстве может возникнуть необходимость в оборудовании освещения в сырых помещениях: подвале или подвале и т. Д. В этих местах повышен риск поражения электрическим током.

В этих случаях следует использовать электрооборудование, рассчитанное на пониженное напряжение питания, не более 42 вольт.
Можно использовать фонарик на батарейках или использовать понижающий трансформатор с 220 вольт на 36 вольт.

В качестве примера рассчитаем и изготовим однофазный силовой трансформатор 220/36 вольт.
Для освещения таких помещений подойдет электрическая лампочка на 36 вольт и мощностью 25 — 60 ватт. Эти лампочки с цоколем под стандартную розетку продаются в магазинах электротоваров.

Если вы найдете лампочку другой мощности, например 40 Вт, не о чем беспокоиться — она ​​тоже подойдет. Просто наш трансформатор будет с запасом мощности.

ПРОИЗВОДИМ УПРОЩЕННЫЙ РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА 220/36 Вольт.


Вторичная мощность: P2 = U2 I2 = 60 Вт

Где:

P2 — мощность на выходе трансформатора мы устанавливаем 60 Вт;
У2 — напряжение на выходе трансформатора, выставляем 36 вольт;
I2 — ток во вторичной цепи, в нагрузке.

КПД трансформатора до 100 Вт
обычно равняется не более η = 0,8
.
КПД определяет, какая часть мощности, потребляемой от сети, идет на нагрузку. Остальное идет на нагрев проводов и жилы. Эта сила безвозвратно потеряна.

Определим мощность, потребляемую трансформатором от сети с учетом потерь:

P1 = P2 / η = 60 / 0,8 = 75 Вт.

Мощность передается от первичной обмотки к вторичной через магнитный поток в магнитной цепи. Следовательно, площадь поперечного сечения магнитопровода S зависит от значения P1, мощности, потребляемой от сети 220 вольт.

Магнитопровод представляет собой сердечник W-образной или O-образной формы из листов трансформаторной стали. Сердечник будет иметь каркас с первичной и вторичной обмотками.

Площадь поперечного сечения магнитопровода рассчитывается по формуле:

S = 1.2 √P1

Где:

S — площадь в квадратных сантиметрах,
P1 — мощность первичной сети в ваттах.

S = 1,2 √75 = 1,2 8,66 = 10,4 см².

По значению S количество витков w на вольт определяется по формуле:

w = 50 / S

В нашем случае площадь поперечного сечения жилы S = 10.4 см2.

w = 50 / 10,4 = 4,8 витка на вольт.

Подсчитаем количество витков в первичной и вторичной обмотках.

Количество витков в первичной обмотке на 220 вольт:

W1 = U1 w = 220 4,8 = 1056 витков.

Число витков вторичной обмотки на 36 вольт:

W2 = U2 w = 36 4,8 = 172,8 витка, округляем до 173 витков.

В режиме нагрузки может наблюдаться заметная потеря части напряжения на активном сопротивлении провода вторичной обмотки. Поэтому им рекомендуется делать количество витков на 5-10% больше расчетного. Возьмем W2 = 180 витков.

Значение тока в первичной обмотке трансформатора:

I1 = P1 / U1 = 75/220 = 0,34 ампера.

Ток во вторичной обмотке трансформатора:

I2 = P2 / U2 = 60/36 = 1.67 ампер.

Диаметры проводов первичной и вторичной обмоток определяются значениями токов в них исходя из допустимой плотности тока, количества ампер на 1 квадратный миллиметр площади жилы. Для трансформаторов плотность тока для медного провода принята равной 2 А / мм².

При такой плотности тока диаметр провода без изоляции в миллиметрах определяется по формуле:

с = 0.8 д²

где:
d — диаметр проволоки.

Например:
нам не удалось найти провод для вторичной обмотки диаметром 1,1 мм.

Площадь сечения провода диаметром 1,1 мм составляет:

s = 0,8 d² = 0,8 1,1² = 0,8 1,21 = 0,97 мм²

Округлим до 1.0 мм².

Из таблицы выбираем диаметры двух проводов, сумма площадей сечений которых равна 1.0 мм².

Например, это две проволоки диаметром 0,8 мм. и площадью 0,5 мм².

Или два провода:

Первый диаметром 1,0 мм. и площадью сечения 0,79 мм²,
— второй диаметром 0,5 мм. и площадью сечения 0,196 мм².
, что в сумме дает 0,79 + 0,196 = 0,986 мм².

Катушка наматывается двумя проводами одновременно, строго соблюдается равное количество витков обоих проводов.Начала этих проводов соединены между собой. Концы этих проводов тоже соединяются.
Получается как бы один провод общим сечением двух проводов.

Для изготовления трансформаторных источников питания требуется однофазный силовой трансформатор, который снижает переменное напряжение сети 220 вольт до необходимых 12-30 вольт, которое затем выпрямляется диодным мостом и фильтруется электролитическим конденсатором. . Эти преобразования электрического тока необходимы, так как любое электронное оборудование собирается на транзисторах и микросхемах, для которых обычно требуется напряжение не более 5-12 вольт.

Чтобы собрать блок питания самостоятельно, начинающему радиолюбителю необходимо найти или приобрести подходящий трансформатор для будущего блока питания. В исключительных случаях силовой трансформатор можно изготовить самостоятельно. Такие рекомендации можно найти на страницах старых книг по радиоэлектронике.

Но сейчас проще найти или купить готовый трансформатор и использовать его для изготовления своего блока питания.

Полный расчет и самостоятельное изготовление трансформатора для начинающего радиолюбителя — довольно сложная задача.Но есть другой способ. Можно использовать старый, но исправный трансформатор. Маломощного блока питания мощностью 7-15 Вт хватит для питания большинства самодельных конструкций.

Если трансформатор приобретен в магазине, то, как правило, особых проблем с подбором необходимого трансформатора не возникает. Новинка имеет все свои основные параметры, такие как мощность , входное напряжение , выходное напряжение , а также количество вторичных обмоток, если их больше одной.

Но если в ваши руки попал трансформатор, который уже работал в любом устройстве, и вы хотите повторно использовать его для разработки своего блока питания? Как определить мощность трансформатора хотя бы приблизительно? Мощность трансформатора — очень важный параметр, так как от нее напрямую будет зависеть надежность собранного вами блока питания или другого устройства. Как известно, мощность, потребляемая электронным устройством, зависит от потребляемого им тока и напряжения, которое требуется для его нормальной работы.Эту мощность можно примерно определить, умножив потребляемый прибором ток ( I n на напряжение питания прибора ( U n ). Думаю, многие знакомы с этой формулой со школы.

P = U n * I n

Где U n — напряжение в вольтах; I n — ток в амперах; P — мощность в ваттах. Пример: Тренируемся на трансформаторе ТП114-163М.Это трансформатор бронированного типа, который собирается из штампованных W-образных и прямых пластин. Следует отметить, что трансформаторы этого типа не самые лучшие с точки зрения КПД , КПД (КПД , КПД ). Но радует то, что такие трансформаторы широко распространены, часто используются в электронике и их легко найти на прилавках радиомагазинов или в старом и неисправном радиооборудовании. Кроме того, они дешевле тороидальных (или, проще говоря, кольцевых) трансформаторов, которые имеют высокий КПД и используются в достаточно мощной радиоаппаратуре.

Итак, перед нами трансформатор ТП114-163М. Попробуем примерно определить его мощность. Воспользуемся рекомендациями из популярной книги В.Г. Борисов «Юный радиолюбитель».

Для определения мощности трансформатора необходимо рассчитать сечение его магнитопровода. Применительно к трансформатору ТП114-163М магнитопровод представляет собой набор штампованных W-образных и прямых пластин из электротехнической стали. Итак, для определения сечения необходимо толщину набора пластин (см. Фото) умножить на ширину центрального лепестка W-образной пластины.

При расчете нужно соблюдать размерность. Толщину комплекта и ширину центрального лепестка лучше измерять в сантиметрах. Расчеты тоже нужно производить в сантиметрах. Итак, толщина комплекта исследуемого трансформатора составила около 2 сантиметров.

Далее измерьте линейкой ширину центрального лепестка. Это более сложная задача. Дело в том, что трансформатор ТП114-163М имеет герметичный комплект и пластиковый каркас. Поэтому центральный лепесток W-образной пластины практически не виден, он прикрыт пластиной, и определить его ширину довольно сложно.

Ширину центрального лепестка можно измерить сбоку, самой первой W-образной пластины в зазоре между пластиковой рамкой. Первая пластина не дополнена прямой пластиной, поэтому виден край центрального лепестка W-образной пластины. Его ширина составляла около 1,7 сантиметра. Хотя приведенный расчет — ориентировочный , но все же желательно провести измерения как можно точнее.

Умножаем толщину комплекта магнитопровода ( 2 см на .) и ширину центрального лепестка тарелки ( 1,7 см, .). Получаем сечение магнитопровода — 3,4 см 2. Далее нам понадобится следующая формула.

Где S — площадь сечения магнитопровода; П тр — мощность трансформатора; 1,3
— усредненный коэффициент.

После несложных преобразований получаем упрощенную формулу расчета мощности трансформатора по сечению его магнитопровода.Вот она.

Подставляем в формулу значение сечения S = 3,4 см 2 , полученное нами ранее.

В результате расчетов получаем примерное значение мощности трансформатора ~ 7 Вт. Такого трансформатора вполне хватит, чтобы собрать блок питания для моно аудио усилителя мощностью 3-5 Вт, например, на микросхеме усилителя TDA2003.

Вот еще один из трансформаторов. Обозначается как PDPC24-35. Это один из представителей трансформеров — «младенцев».Трансформатор очень крошечный и, естественно, маломощный. Ширина центрального лепестка W-образной пластины всего 6 миллиметров (0,6 см).

Толщина набора пластин всего магнитопровода 2 сантиметра. По формуле мощность этого мини-трансформатора составляет около 1 Вт.

Этот трансформатор имеет две вторичные обмотки, максимально допустимый ток которых весьма невелик и составляет десятки миллиампер.Такой трансформатор можно использовать только для питания слаботочных цепей.


Трансформаторы применяются в источниках питания различного оборудования для преобразования переменного напряжения. Источники питания, собранные по трансформаторной схеме, постепенно сокращают свое распространение в связи с тем, что современная схемотехника позволяет снизить напряжение без использования самого громоздкого и тяжелого элемента системы питания. Трансформаторы для блока питания актуальны в тех случаях, когда габариты и вес не критичны, а требования безопасности велики.Обмотки (кроме автотрансформатора) обеспечивают гальваническую развязку и изоляцию первичной (или сетевой) и вторичной (выходной) цепей напряжения.

Jpg? X15027 «alt =» (! LANG: Transformer «>!}

Transformer

Принцип действия и типы трансформаторов

Работа устройства основана на известном явлении электромагнитной индукции. Переменный ток прохождение через первичный провод индуцирует переменный магнитный поток в стальном сердечнике, который, в свою очередь, вызывает индукционное напряжение во вторичном проводе.

Усовершенствование трансформатора с момента его изобретения сводится к выбору материала и конструкции сердечника (магнитопровода).

Типы сердечников

Металл для магнитопровода должен иметь определенные технические характеристики, поэтому были разработаны специальные сплавы на основе железа и особая технология производства.

Для изготовления трансформаторов наиболее распространены следующие типы магнитных цепей:

Низкочастотный силовой трансформатор, как понижающий, так и повышающий, имеет сердечник из отдельных трансформаторных железных пластин.Эта конструкция была выбрана для минимизации потерь из-за образования вихревых токов в сердечнике, которые нагревают его и снижают КПД трансформатора.

Сердечники брони чаще всего изготавливаются из пластин W-образной формы. Стержневые магнитопроводы могут быть выполнены из П-образных, Г-образных или прямых пластин.

Кольцевые магнитопроводы изготовлены из тонкой ленты трансформаторной стали, намотанной на оправку и скрепленных клеем.

Броня и сердечники стержней также могут быть изготовлены из ленты, и эта технология чаще всего встречается в маломощных устройствах.

Jpg? X15027 «alt =» (! LANG: Типы магнитопроводов «>!}

Типы магнитопроводов

Ниже представлена ​​методика расчета трансформатора, где показано:

  • как рассчитать мощность трансформатора;
  • как выбрать сердечник;
  • как определить количество витков и сечение (диаметр) проводов обмотки;
  • как собрать и проверить готовую конструкцию.

Исходные данные, необходимые для расчета

Расчет сетевого трансформатора начинается с определения его полной мощности.Поэтому перед расчетом трансформатора нужно определить потребляемую мощность всех без исключения вторичных обмоток. Сечение жилы подбирается по мощности. Опять же, эффективность определенным образом зависит от мощности. Чем выше полная мощность, тем выше КПД. При расчетах принято руководствоваться следующими значениями:

  • до 50 Вт — КПД 0,6;
  • от 50 Вт до 100 Вт — КПД 0.7;
  • от 100 Вт до 150 Вт — КПД 0,8;
  • выше 150 Вт — КПД 0,85.

Количество витков основной и вторичной обмоток рассчитывается после выбора магнитопровода. Диаметр или сечение проводов каждой обмотки определяется исходя из протекающих по ним токов.

Выбор магнитопровода

Минимальное сечение сердечника в см2 определяется исходя из общей мощности. Полная мощность трансформатора — это полная полная мощность всех вторичных обмоток с учетом КПД.

Итак, мощность трансформатора можно определить, это суммарная суммарная мощность всех вторичных обмоток:

Data-lazy-type = «image» data-src = «http: // elquanta. ru / wp-content / uploads / 2017/10 / formula-1.jpg? x15027 «alt =» «width =» 300 «height =» 49 «>

Умножая полученное значение на КПД, завершить расчет общей мощности.

Определение площади стержня сердечника производится после расчета общей мощности трансформатора по следующему выражению:

Зная площадь поперечного сечения центрального сердечника магнитопровод можно выбрать из уже готовых вариантов.

Важно! Сердечник, на котором будут располагаться обмотки, должен иметь по возможности сечение, максимально приближенное к квадрату. Площадь поперечного сечения должна быть равна или немного больше расчетного значения.

Качество работы и технологичность сборки также зависит от формы магнитопровода. Наилучшим качеством обладают конструкции, выполненные на круглом магнитопроводе (тороидальном). Их отличает максимальный КПД при заданной мощности, наименьший ток холостого хода и наименьший вес.Основная сложность заключается в изготовлении обмоток, которые в домашних условиях приходится наматывать исключительно вручную с помощью челнока.

Проще всего изготавливать трансформаторы на разъемных ленточных магнитопроводах типа ШЛ (Ш-образная) или ПЛ (П-образная). Примером может служить мощный трансформатор для питания старого цветного телевизора.

Jpg? X15027 «alt =» (! LANG: TV Transformer ULPCTI «>!}

TV Transformer ULPCTI

Трансформаторы старых времен выпуска или современные дешевые изготавливаются с использованием отдельных W- или U-образных пластин.Технологичность обмоток такая же, как и у отрезной ленты, но сложность заключается в сборке магнитопровода. Такие устройства практически всегда будут иметь повышенный ток холостого хода, особенно если используемый утюг некачественный.

Расчет количества витков и диаметра проводов

Расчет трансформатора начинается с определения необходимого количества витков обмотки на 1 В напряжения. Найденное значение будет одинаковым для любой обмотки.Для своих целей вы можете применить упрощенный метод расчета. Подсчитать, сколько нужно витков на 1 В, можно, подставив площадь поперечного сечения магнитопровода в см2 в формулу:

Data-lazy-type = «image» data-src = «http : //elquanta.ru/wp-content/uploads/2017/10/formula-2.jpg? x15027 «alt =» «ширина =» 100 «высота =» 79 «>

где k — это коэффициент, зависящий от формы магнитопровода и его материала.

На практике с достаточной точностью приняты следующие значения коэффициента:

  • 60 — для магнитопровода из пластин Ш, — и П-образной формы;
  • 50 — для ленточных магнитопроводов;
  • 40 — для тороидальных трансформаторов.

Большие значения связаны с невозможностью плотного заполнения сердечника отдельными металлическими пластинами. Как видите, у тороидального трансформатора будет наименьшее количество витков, отсюда и выигрыш в массе изделия.

Зная, сколько витков нужно на 1 В, можно легко узнать количество витков каждой из обмоток:

Data-lazy-type = «image» data-src = «http: / /elquanta.ru/wp-content/uploads/2017/10/formula-3.jpg?x15027 «alt =» «ширина =» 150 «высота =» 44 «> где U — значение открытого напряжение цепи на обмотке.

Для трансформаторов малой мощности (до 50 Вт) полученное количество витков первичной обмотки необходимо увеличить на 5%.Таким образом компенсируется падение напряжения, возникающее на обмотке под нагрузкой (в понижающих трансформаторах первичная обмотка всегда имеет большее количество витков, чем вторичные).

Диаметр провода рассчитывается с учетом минимизации нагрева за счет протекания тока. Примерное значение — плотность тока в обмотках 3-7 А на каждый мм2 провода. На практике расчет диаметра обмоточных проводов можно упростить с помощью простых формул, которые в большинстве случаев дают приемлемые значения:

Data-lazy-type = «image» data-src = «http: // elquanta.ru / wp-content / uploads / 2017/10 / formula-4.jpg? x15027 «alt =» (! LANG: TV ULPCTI transformer «>!}

Меньшее значение используется для расчета диаметров проводов вторичных обмоток, так как они расположены ближе к поверхности понижающего трансформатора и имеют лучшее охлаждение.

Зная расчетное значение диаметра проводов обмотки, необходимо выбрать из имеющихся диаметр ближайшая к расчетной, но не менее.

После определения количества витков во всех обмотках не лишним будет дополнить расчет обмоток трансформатора, проверив, поместятся ли обмотки в окно магнитопровода. Для этого рассчитаем коэффициент заполнения окна:

Data-lazy-type = «image» data-src = «http://elquanta.ru/wp-content/uploads/2017/10/ formula-5.jpg? x15027 «alt =» «width =» 200 «height =» 47 «>

Для тороидальных сердечников с внутренним диаметром D формула такая:

Data-lazy-type \ u003d «изображение» data-src = «http: // elquanta.ru / wp-content / uploads / 2017/10 / formula-6.jpg? x15027 «alt =» «ширина =» 300 «высота =» 63 «>

Для Ш, — и П-образных магнитных схем, коэффициент не должен превышать 0,3. Если это значение больше, то разместить обмотку не получится.

Jpg? .Jpg 489w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2017/10 /4-toroidalnyj-transformator.jpg 600w «sizes =» (max-width: 489px) 100vw, 489px «>

Тороидальный трансформатор

Выходом из ситуации будет выбор сердечника с большим крестом сечения, но это если позволяют габариты конструкции.В крайнем случае можно уменьшить количество витков одновременно во всех обмотках, но не более чем на 5%. Ток холостого хода немного увеличится, и усиленного нагрева обмоток не избежать, но в большинстве случаев это не критично. Также можно немного уменьшить сечение проводов, тем самым увеличив плотность тока в обмотках.

Важно! Нельзя увлекаться повышением плотности тока, так как это вызовет сильное увеличение нагрева и, как следствие, нарушение изоляции и выгорание обмоток.

Изготовление обмоток

Намотка провода обмотки трансформатора осуществляется на каркас из толстого картона или текстолита, за исключением тороидальных сердечников, в которых обмотка проводится непосредственно на магнитопровод, который необходимо тщательно изолировать. перед намоткой. Можно использовать готовый пластик, который продается вместе с магнитопроводом.

Jpg? X15027 «alt =» (! LANG: Prefabricated Winding Frame «>!}

Готовая рама обмотки

Data-lazy-type =» image «data-src =» http: // elquanta.ru / wp-content / uploads / 2017/10/6-plastikovyj-karkas-600×427.jpg? x15027 «alt =» (! LANG: Plastic frame «>!}

Пластиковая рамка

Между обмотками должна быть изоляция. между отдельными обмотками. Самое главное — хорошо изолировать вторичную обмотку от первичной. В качестве изоляции можно использовать трансформаторную бумагу, лакированную ткань, фторопластовую ленту. ПТФЭ-ленту следует использовать с осторожностью. Несмотря на высочайшие электроизоляционные качества тонкая лента из ПТФЭ под действием напряжения или давления (особенно между первичной и вторичной обмотками) способна «течь» и обнажать отдельные витки обмотки.Особенно это касается ленты для герметизации сантехники.

Jpg? .Jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2017/10/6-ftoroplastovaja-lenta-1-150×150.jpg 150w «sizes =» (max-width: 600px) 100vw, 600px » >

Фторопластовая лента

В некоторых критических случаях в процессе намотки можно пропитать первичную обмотку (если трансформатор понижающий трансформатор) изолирующим лаком.Пропитка готового прибора в домашних условиях вряд ли даст эффект, так как лак не попадет в глубину намотки.Для этих целей в производственных помещениях имеется оборудование для вакуумной пропитки.

Выводы обмоток выполнены отрезками гибкого изолированного провода для проводов диаметром менее 0,5 мм. Более толстая проволока может выводиться напрямую. Места пайки гибкого и обмоточного проводов необходимо дополнительно уложить несколькими слоями изоляции.

Примечание! При пайке выводов нельзя оставлять на месте пайки острые концы проводов или затвердевший припой.Такие места нужно аккуратно подрезать бокорезами.

Сборка трансформатора

При сборке нужно учитывать следующие нюансы:

  1. Корпус сердечника должен быть собран плотно, без трещин и зазоров;
  2. Отдельные части магнитной цепи ленты установлены друг на друга, поэтому их нельзя менять местами. Требуется осторожность, так как при отклеивании отдельных лент их нельзя будет переустановить;
  3. Деформированные пластины сборного сердечника нельзя выровнять молотком — трансформаторная сталь теряет свои свойства при механических нагрузках;
  4. Пакет пластин сборного сердечника следует собирать максимально плотно, так как при работе незакрепленного сердечника будет издаваться сильный гул, усиливающийся под нагрузкой;
  5. По той же причине необходимо туго затянуть всю упаковку сердечников любого типа.

Примечание! Качество сборки будет лучше, если перед сборкой концы разрезной ленты будут покрыты лаком. Также готовый собранный сердечник можно покрыть лаком перед окончательной усадкой.

В этом случае можно добиться значительного уменьшения посторонних звуков.

Проверка готового трансформатора заключается в измерении тока холостого хода и напряжения обмоток при номинальной нагрузке и на нагрев при максимальной нагрузке. Все замеры рассчитанного и собранного трансформатора следует проводить только после полной сборки, так как при открытом сердечнике ток холостого хода может быть в несколько раз выше обычного.

Ток холостого хода сильно различается у различных типов трансформаторов и составляет от 10 мА для тороидальных трансформаторов до 200 мА — с сердечником Е-образной формы из низкокачественного трансформаторного железа.

Jpg? .Jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2017/10/7-izmerenie-holostogo-toka-210×140.jpg 210w «sizes =» (max-width: 600px) 100vw, 600px » >

Измерение тока холостого хода

Приведен расчет трансформатора, который при наличии навыков можно сделать за пару десятков минут.Для тех, кто сомневается в своих силах или боится ошибиться, расчет силового трансформатора можно произвести с помощью калькулятора для расчета, который может работать как в автономном, так и в режиме онлайн. По этой методике можно перемотать сгоревший трансформатор. Для неисправного трансформатора расчет также ведется от имеющегося сердечника и значения напряжения вторичных обмоток.

Видео

Содержание:

Каждый электроприбор характеризуется своей номинальной электрической мощностью.Он снабжен источником питания. Он может располагаться как внутри прибора, так и снаружи как внешнее устройство. Хороший пример — ноутбук, телефон и многие другие устройства. В них есть аккумулятор, от которого устройство работает в автономном режиме. Но его ресурс ограничен, и при его исчерпании устройство подключается через переходник к источнику питания 220 В.

Некоторые батареи обеспечивают напряжение только 3-5 вольт. Поэтому адаптер служит для снижения напряжения и выравнивания параметров аккумулятора.Основную функцию по изменению значения напряжения выполняют трансформаторы. Эта статья будет полезна тем читателям, у кого есть желание изготовить своими руками блок питания с трансформатором различного назначения.

Немного теории

Вкратце напомним, как работает трансформатор и что в нем происходит. Довольно давно, судя по нормам жизни человека, было открыто явление электромагнитной индукции. Он основан на принципиальном различии электрических свойств прямого проводника и витка, если через них пропускается один и тот же переменный ток.Так появился параметр индуктивности. С каждым новым витком индуктивность увеличивается. Его дополнительное увеличение достигается за счет заполнения внутреннего пространства витков материалом с магнитными свойствами (сердечник).

Однако влияние сердечника на силу тока ограничено. Как только он полностью намагничен, эффект от его использования исчезает.

  • Граничное состояние сердечника, соответствующее его полной намагниченности, называется насыщением.

Витки, расположенные сверху сердечника, называются обмотками.Если на нем расположены две одинаковые обмотки, но переменное напряжение приложено только к одной из них (первичной), то напряжение на выводах другой обмотки (вторичной) будет такой же по частоте и величине, как и на первой обмотке. Это преобразование электричества, а само устройство называется трансформатором. При наличии электрического контакта между обмотками устройство называется автотрансформатором.

  • В основе свойств трансформатора лежит его сердечник (магнитопровод).Поэтому расчет трансформатора всегда выполняется в зависимости от материала и формы магнитопровода.

Выбор материала определяется вихревыми токами и связанными с ними потерями. Они увеличиваются с увеличением частоты напряжения на выводах первичной обмотки. На низких частотах (50–100 Гц) используются пластины из трансформаторной стали. На более высоких частотах (единицы килогерц) пластины изготавливают из специального сплава, например, пермаллоя. Десятки и сотни килогерц — область применения ферритовых сердечников.Типы (форма и размеры, особенно сечение по витку) магнитной цепи определяют количество энергии, которое может быть получено во вторичной обмотке.

Выбор магнитного сердечника

Геометрические пропорции имеющихся в продаже сердечников являются стандартными. Поэтому их выбирают по размерам участка внутри змеевика. Еще одним параметром, влияющим на выбор магнитопровода, является индуктивность рассеяния. Это меньше для броневых и тороидальных конструкций.Рассчитывать ничего не стоит — в многочисленных справочниках приведены таблицы, а в Интернете на тематических сайтах их аналоги.

Например, необходимо подключить к сети нагрузку 100 Вт 12 В. По приведенной ниже базовой таблице выбирается размер магнитопровода. Но учтем для надежности то, что мощность ТН меньше ВА плюс неполная нагрузка. Поэтому мы используем коэффициент 1,43. Требуемая мощность и типоразмер будут получены как продукт, т.е.е. 143 ВА. По таблице подбираем ближайшее большее значение общей мощности и магнитопровода:

Пример расчета

Выбираем 150 ВА и ШЛ25х32. В таблице также указано рекомендуемое количество витков на вольт — W0: 3,9. Следовательно, количество витков W1 первичной обмотки будет равно произведению сетевого напряжения на W0:

Поскольку количество витков на вольт известно, вычислить вторичную обмотку несложно.В данном случае три витка малы, а четыре — много. Чтобы не ошибиться, наматываем три витка и оставляем запас провода для добавления после тестирования трансформатора под нагрузкой. Для провода сетевой обмотки диаметр рассчитывается исходя из силы тока. Он определяется исходя из мощности первичной обмотки и сетевого напряжения. В сетевой обмотке расчетная сила тока будет:

В вторичной обмотке сила тока будет:

Далее по таблице подбираем диаметр провода при плотности тока 2.5 А / мм кв:

Для первичной обмотки диаметр провода составляет 0,59 мм, для вторичной — 2,0 мм. После этого нужно узнать, входят ли обмотки в окна магнитопровода. Определить это несложно по количеству витков и диаметрам проводов с учетом толщины рам катушек и дополнительных слоев изоляции. Для наглядного расчета рекомендуется сделать эскиз.

Если вторичных обмоток несколько, необходимо знать мощность каждой из них.Их суммируют, чтобы получить параметры первичной обмотки. Затем расчет выполняется аналогично рассмотренному выше примеру. Но определение токов производится по мощности каждой вторичной обмотки.

Расчетные данные в виде таблиц приведены в справочниках для всех типов сердечников, но при определенных частотах напряжений первичной обмотки:

Для рассматриваемой нагрузки 100 Вт выбираем PL20x40-50

Если требуемые параметры не совпадают со значениями таблицы, придется использовать формулы:

S0 — площадь окна в магнитопроводе,

Sc — сечение материала магнитопровода по витку,

Рг — общая мощность,

kf — коэффициент формы напряжения на первичная обмотка,

f — частота напряжения на первичной обмотке,

j — плотность тока в проводе обмотки,

Bm — индукция насыщения магнитопровода,

k0 — коэффициент заполнения окно магнитопровода,

кс — коэффициент заполнения стали.

Упрощенные формулы действительны только для тех случаев, которые определяются этими упрощениями. Следовательно, они не могут охватить все возможные ситуации и не обеспечат приемлемую точность в большинстве из них.

Как рассчитать силовой трансформатор и намотать его самому.
Вы можете выбрать готовый трансформатор из унифицированных типов ТН, ТА, ТНА, ТЭС и других. А если нужно намотать или перемотать трансформатор на необходимое напряжение, то что делать?
Тогда нужно от старого телевизора подобрать подходящий по мощности силовой трансформатор, например трансформатор ТС-180 и тому подобное.
Надо четко понимать, что чем больше количество витков в первичной обмотке , тем больше у нее сопротивление и, следовательно, меньше нагрев и во-вторых, чем толще провод, на можно получить больше силы тока , но это зависит от размер сердечника — можно ли разместить обмотку.
Что делать дальше, если количество витков на вольт неизвестно? Для этого понадобится ЛАТР, мультиметр (тестер) и прибор для измерения переменного тока — амперметр.Намотаем на ваше усмотрение обмотку поверх имеющейся, диаметр провода любой, для удобства также можем намотать просто монтажным проводом в изоляции.

Формула для расчета витков трансформатора

50 / S

Сопутствующие формулы: P = U2 * I2 S сердце (см2) = √ P (VA) N = 50 / S I1 (a) = P / 220 W1 = 220 * N W2 = U * N D1 = 0,02 * √i1 (ma) D2 = 0,02 * √i2 (ma) K = S windows / (W1 * s1 + W2 * s2)

50 / S — эмпирическая формула, где S — площадь сердечника трансформатора в см2 (ширина x толщина), считается, что она действительна до мощности порядка 1 кВт.
Измерив площадь сердечника, прикидываем, сколько витков намотать на 10 вольт, если не очень сложно, не разбирая трансформатор, наматываем обмотку управления через свободное пространство (прорезь). Подключаем лабораторный автотрансформатор к первичной обмотке и подаем на него напряжение, последовательно включаем контрольный амперметр, постепенно повышаем напряжение ЛАТР до появления тока холостого хода.
Если вы планируете намотать трансформатор с достаточно «жесткой» характеристикой, например, это может быть усилитель мощности передатчика в режиме SSB, телеграф, где возникают довольно резкие скачки тока нагрузки при высоком напряжении (2500-3000 В), для Например, тогда ток холостого хода трансформатора мы устанавливаем около 10% от максимального тока при максимальной нагрузке трансформатора.Измерив результирующее напряжение намотанной вторичной обмотки управления, рассчитываем количество витков на вольт.
Пример: входное напряжение 220 вольт, измеренное напряжение вторичной обмотки 7,8 вольт, количество витков 14.

Рассчитываем количество витков на вольт
14 / 7,8 = 1,8 витков на вольт.

Если под рукой нет амперметра, то вместо него можно использовать вольтметр, измерив падение напряжения на резисторе, включенном в зазор в подаче напряжения на первичную обмотку, а затем рассчитать ток по полученным измерениям.

Вариант 2 расчета трансформатора.
Зная необходимое напряжение на вторичной обмотке (U2) и максимальный ток нагрузки (In), трансформатор рассчитывается в следующей последовательности:

1. Определить величину тока, протекающего через вторичную обмотку трансформатора:
I2 = 1,5 In,
где: I2 — ток через обмотку II трансформатора, А;
В — максимальный ток нагрузки, А.
2. Определить мощность, потребляемую выпрямителем со вторичной обмотки трансформатора:
P2 = U2 * I2,
где: P2 — максимальная мощность, потребляемая от вторичной обмотки, Вт ;

I2 — максимальный ток через вторичную обмотку трансформатора, А.
3. Рассчитываем мощность трансформатора:
Птр = 1,25 П2,
где: Птр — мощность трансформатора, Вт;
P2 — максимальная мощность, потребляемая вторичной обмоткой трансформатора, Вт.
Если трансформатор должен иметь несколько вторичных обмоток, то сначала рассчитывается их общая мощность, а затем мощность самого трансформатора.
4. Определить значение тока, протекающего в первичной обмотке:
I1 = Ptr / U1,
где: I1 — ток через обмотку I, А;
Ртр — расчетная мощность трансформатора, Вт;
U1 — напряжение на первичной обмотке трансформатора (напряжение сети).

5. Рассчитываем необходимую площадь поперечного сечения магнитопровода:
S = 1,3 Ptr,
где: S — сечение магнитопровода, см2;
Rтр — мощность трансформатора, Вт.
6. Определить количество витков первичной (сетевой) обмотки:
w1 = 50 U1 / S,
где: w1 — количество витков обмотки;
U1 — напряжение на первичной обмотке, В;
S — сечение сердечника магнитопровода, см2.
7.Подсчитайте количество витков вторичной обмотки:
w2 = 55 U2 / S,
где: w2 — количество витков вторичной обмотки;
U2 — напряжение на вторичной обмотке, В;
S-сечение магнитопровода, см2.
8. Рассчитываем диаметр проводов обмоток трансформатора:
d = 0,02 I,
где: диаметр d-провода, мм;
I-ток через обмотку, мА.

Примерный диаметр провода для намотки обмоток трансформатора в таблице 1.

Таблица 1
Iobm, ma 25–60 60–100 100–160 160 — 250 250–400 400–700 700–1000
d, мм 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,4 0,5 0,6

После завершения расчетов переходим к выбору самого трансформаторного железа, проводов для намотки и изготовления каркаса, на который будем наматывать обмотки.Для укладки утеплителя между слоями обмоток подготовим лакированную ткань, жесткие нити, лак, фторопластовую ленту. Учитываем тот факт, что у W-образного сердечника другая площадь окна, поэтому не лишним будет рассчитать проверку: поместятся ли они на выбранном сердечнике. Перед намоткой делаем расчет — поместятся ли обмотки на выбранный сердечник.
Для расчета определения возможности размещения необходимого количества обмоток:
1.Ширина окна намотки делится на диаметр намотанного провода, получаем количество витков
намотки на один слой — N¹.
2. Рассчитываем, сколько слоев необходимо для намотки первичной обмотки, для этого делим W1 (количество витков первичной обмотки) на N¹.
3. Рассчитаем толщину слоев обмотки первичной обмотки. Зная количество слоев намотки первичной обмотки, умножаем на диаметр намотанного провода, учитываем толщину изоляции между слоями.
4. Аналогичным образом считаем для всех вторичных обмоток.
5. После сложения толщин обмоток делаем вывод: можно ли разместить необходимое количество витков всех обмоток на каркасе трансформатора.

Еще одна методика расчета мощности трансформатора по габаритам.
Примерно рассчитать мощность трансформатора можно по формуле:
P = 0,022 * S * C * H * Bm * F * J * Кcu * КПД;
П — мощность трансформатора, В * А;
S — сечение жилы, см²
L, W — размеры окна жилы, см;
Бм — максимальная магнитная индукция в сердечнике, Тл;
F — частота, Гц;
Кcu — коэффициент заполнения окна жилы медью;
КПД — КПД трансформатора;
Принимая во внимание, что для железа максимальная индукция составляет 1 Тл.
Варианты значений для расчета мощности трансформатора КПД = 0,9, f = 50, В = 1 — магнитная индукция [Тл], j = 2,5 — плотность тока в обмоточном проводе при длительной работе, КПД = 0,45 — 0,33.

Если у вас достаточно обычное железо — трансформатор OSM -0,63 У3 и тому подобное, можно его перемотать?
Расшифровка обозначений OSM: О — однофазный, С — сухой, М — универсальный.
По своим техническим характеристикам не пригоден для включения в однофазную сеть 220 вольт.рассчитан на первичное напряжение 380 вольт.
Что делать в этом случае?
Есть два решения.
1. Размотать все обмотки и перемотать.
2. Намотайте только вторичные обмотки и оставьте первичную обмотку, но поскольку она рассчитана на 380В, необходимо намотать от нее только часть обмотки, оставив ее на напряжении 220В.
При намотке первичной обмотки получается около 440 витков (380В) при W-образной форме сердечника, а при намотке сердечника трансформатора ОСМ на ШЛ эти другие — количество витков меньше.
Данные первичных обмоток трансформаторов 220В ОСМ Минского электротехнического завода 1980 г.

  • 0,063 — 998 витков, диаметр проволоки 0,33 мм
  • 0,1 — 616 витков, диаметр проволоки 0,41 мм
  • 0,16 — 490 витков, диаметр проволоки 0,59 мм
  • 0,25 — 393 витка, диаметр проволоки 0,77 мм
  • 0,4 — 316 витков, диаметр проволоки 1,04 мм
  • 0,63 — 255 витков, диаметр провода 1,56 мм
  • 1,0 — 160 витков, диаметр проволоки 1,88 мм

OSM 1.0 (мощность 1 кВт), вес 14,4 кг. Сердечник 50х80мм. Iхх-300mA

Соединение обмоток трансформаторов ТПП

Рассмотрим на примере бронеконструкции ТПП-312-127 / 220-50 .

В зависимости от напряжения в сети, напряжение может быть подано на первичную обмотку на выводах 2-7, подключив выводы 3-9, если увеличено, то на 1-7 (подключить 3-9) и т. Д. На диаграмме показан случай пониженного напряжения в сети.
Часто возникает необходимость применения унифицированных трансформаторов типа ТАН, ТН, ТА, ТЭС на необходимое напряжение и для получения необходимой нагрузочной способности, и, говоря простым языком, нужно выбрать, например, трансформатор с вторичной обмоткой 36 вольт и так что под нагрузкой он дает 4 ампера, первичный конечно 220 вольт.
Как выбрать трансформатор?
Изначально определяем необходимую мощность трансформатора, нам понадобится трансформатор на 150 Вт.
Входное напряжение однофазное 220 вольт, выходное напряжение 36 вольт.
После подбора по техническим данным определяем, что в данном случае нам больше всего подходит трансформатор ТПП-312-127 / 220-50 общей мощностью 160 Вт (ближайшее значение вверх), трансформаторы Марки TN и TAN в этом случае не подходят.
Вторичные обмотки ТПП-312 имеют три отдельные обмотки напряжением 10 В.1в 20,2в и 5,05в, если соединить их последовательно 10,1 + 20,2 + 5,05 = 35,35 вольт, то получим выходное напряжение почти 36 вольт. Ток вторичных обмоток по паспорту составляет 2,29А, если параллельно соединить две одинаковые обмотки, то получим нагрузочную способность 4,58А (2,29 + 2,29).
После выбора остается только правильно соединить выходные обмотки параллельно и последовательно.
Соединяем обмотки последовательно для подключения к сети 220 вольт. Включаем вторичные обмотки последовательно, набирая необходимое напряжение 36 В на обеих половинах трансформатора, и подключаем их параллельно, чтобы получить удвоенную нагрузочную способность.
Самое главное — правильно соединить обмотки при параллельном и последовательном соединении как первичной, так и вторичной обмоток.

Если обмотки трансформатора включить неправильно, он будет гудеть и перегреваться, что приведет к преждевременному выходу из строя.

По такому же принципу можно выбрать готовый трансформатор практически на любое напряжение и ток, на мощность до 200 Вт, конечно, если напряжение и ток имеют более-менее стандартные значения.
Разные вопросы и советы.
1. Проверяем готовый трансформатор, ток его первичной обмотки оказывается завышенным, что делать? Чтобы не перематывать и не терять лишнее время, намотайте на нее еще одну обмотку, включив последовательно с основной.
2. При намотке первичной обмотки, когда мы делаем большой запас, чтобы уменьшить ток холостого хода, то учитываем, что эффективность транса соответственно снижается.
3. Для качественной намотки, если провод диаметром 0.6 и выше, то его нужно расправить, чтобы он не имел ни малейшего изгиба и плотно прилегал при намотке, зажмите один конец провода в тисках и с силой протяните его через сухую ткань, затем намотайте нужным усилие, постепенно наматывая слой за слоем. Если вам нужно сделать перерыв, подумайте о том, чтобы починить катушку и провод, иначе вам придется делать это снова. Иногда подготовительные работы занимают много времени, но они того стоят, чтобы получить качественный результат.
4. Для практического определения количества витков на вольт для утюга в сарае можно намотать проволоку на сердечник.Для удобства лучше наматывать кратное 10, то есть 10 витков, 20 витков или 30 витков, больше наматывать не имеет особого смысла. Далее от LATR постепенно подаем напряжение, увеличивая его от 0 и пока тестируемое ядро ​​не начнет гудеть, это предел. Затем мы делим полученное напряжение, подаваемое с LATR, на количество витков намотки и получаем количество витков на вольт, но мы немного увеличиваем это значение. На практике для выбора напряжения и тока холостого хода лучше намотать дополнительную обмотку с отводами.
5. При разборке — сборке сердечников брони обязательно отметьте половинки, как они подходят друг к другу, и соберите их в обратном порядке, иначе вы будете уверены в гудении и дребезжании. Иногда гудения не избежать даже при правильной сборке, поэтому рекомендуется собрать сердечник и закрепить его чем-нибудь (или собрать на столе, а сверху приложить большую нагрузку через кусок платы), подать напряжение и попытаться найти хорошее положение половинок и только потом окончательно исправить.Помогает и этот совет, готовый собранный трансформатор покрыть лаком и затем хорошо просушить при температуре до полного высыхания (иногда используют эпоксидную смолу, склеивая концы и просушивая до полной полимеризации под тяжестью).

Соединение обмоток индивидуальных трансформаторов

Иногда необходимо получить напряжение необходимой величины или ток большей величины, и есть готовые индивидуальные унифицированные трансформаторы, но на более низкое напряжение, чем необходимо, возникает вопрос: можно ли включить индивидуальные унифицированные трансформаторы. трансформаторы вместе, чтобы получить необходимое значение тока или напряжения?
Для получения постоянного напряжения от двух трансформаторов, например 600 вольт постоянного тока, необходимо иметь два трансформатора, которые после выпрямителя выдавали бы 300 вольт, а после их последовательного соединения два источника постоянного тока. напряжение, получаем на выходе 600 вольт.

Практические рекомендации — Трансформаторы | Трансформеры

Мощность

Как уже отмечалось, трансформаторы должны быть хорошо спроектированы, чтобы обеспечить приемлемую связь по мощности, точное регулирование напряжения и низкие искажения тока возбуждения. Кроме того, трансформаторы должны быть спроектированы так, чтобы без проблем передавать ожидаемые значения тока первичной и вторичной обмоток.

Это означает, что проводники обмотки должны быть изготовлены из проволоки соответствующего калибра, чтобы избежать проблем с нагревом.

Идеальный трансформатор

Идеальный трансформатор должен иметь идеальную связь (без индуктивности рассеяния), идеальное регулирование напряжения, идеально синусоидальный ток возбуждения, отсутствие гистерезиса или потерь на вихревые токи и достаточно толстый провод, чтобы выдерживать любой ток. К сожалению, идеальный трансформатор должен быть бесконечно большим и тяжелым, чтобы соответствовать этим целям проектирования.

Таким образом, при разработке практического трансформатора необходимо идти на компромиссы.

Кроме того, изоляция проводов обмотки является проблемой там, где встречаются высокие напряжения, как это часто бывает в повышающих и понижающих распределительных трансформаторах.

Не только обмотки должны быть хорошо изолированы от стального сердечника, но и каждая обмотка должна быть достаточно изолирована от другой, чтобы поддерживать электрическую изоляцию между обмотками.

Номинальные характеристики трансформатора

С учетом этих ограничений трансформаторы рассчитаны на определенные уровни напряжения и тока первичной и вторичной обмоток, хотя номинальный ток обычно выводится из номинального значения вольт-ампер (ВА), присвоенного трансформатору.

Например, возьмите понижающий трансформатор с номинальным напряжением первичной обмотки 120 В, номинальным напряжением вторичной обмотки 48 В и номинальной мощностью 1 кВА (1000 ВА) в ВА.Максимальные токи обмотки можно определить как таковые: кВА (1000 ВА). Максимальные токи обмоток можно определить как таковые:

Иногда обмотки имеют номинальный ток в амперах, но это обычно наблюдается на небольших трансформаторах. Большие трансформаторы почти всегда рассчитываются с точки зрения напряжения обмотки и ВА или кВА.

Потери энергии

Трансформаторы передают мощность с минимальными потерями. Как было сказано ранее, КПД современных силовых трансформаторов обычно превышает 95%.Однако хорошо знать, куда уходит часть этой утраченной силы и что вызывает ее потерю.

Конечно, есть потери мощности из-за сопротивления обмоток проводов. Если не используются сверхпроводящие провода, всегда будет рассеиваться мощность в виде тепла через сопротивление проводников с током. Поскольку для трансформаторов требуются провода такой большой длины, эти потери могут быть существенным фактором.

Увеличение диаметра обмоточного провода — один из способов минимизировать эти потери, но только при значительном увеличении стоимости, размера и веса.

Вихретоковые потери

Помимо резистивных потерь, большая часть потерь мощности трансформатора связана с магнитными эффектами в сердечнике. Возможно, наиболее значительным из этих «потерь в сердечнике» является потери на вихревые токи , которые представляют собой рассеяние резистивной мощности из-за прохождения индуцированных токов через железо сердечника.

Поскольку железо является проводником электричества, а также отличным «проводником» магнитного потока, в железе будут индуцироваться токи так же, как есть токи, индуцированные во вторичных обмотках из-за переменного магнитного поля.

Эти наведенные токи — как описано в пункте закона Фарадея о перпендикулярности — стремятся проходить через поперечное сечение сердечника перпендикулярно виткам первичной обмотки.

Круговое движение дало им необычное название: как водовороты в потоке воды, которые циркулируют, а не движутся по прямым линиям.

Железо является хорошим проводником электричества, но не так хорошо, как медь или алюминий, из которых обычно изготавливаются проволочные обмотки. Следовательно, эти «вихревые токи» должны преодолевать значительное электрическое сопротивление, когда они циркулируют по сердечнику.

Преодолевая сопротивление утюга, они рассеивают энергию в виде тепла. Следовательно, у нас есть источник неэффективности трансформатора, который трудно устранить.

Индукционный нагрев

Это явление настолько выражено, что его часто используют как средство нагрева черных (железосодержащих) материалов. На фотографии ниже показан блок «индукционного нагрева», повышающий температуру большого участка трубы.

Петли из проволоки, покрытые высокотемпературной изоляцией, опоясывают окружность трубы, вызывая вихревые токи внутри стенки трубы за счет электромагнитной индукции.Чтобы максимизировать эффект вихревых токов, используется высокочастотный переменный ток, а не частота линии электропередачи (60 Гц).

Блоки в правой части рисунка производят высокочастотный переменный ток и регулируют величину тока в проводах, чтобы стабилизировать температуру трубы на заранее определенном «заданном значении».

Индукционный нагрев: Первичная изолированная обмотка наводит ток в железную трубу с потерями (вторичную).

Смягчение вихревых токов

Основная стратегия смягчения этих расточительных вихревых токов в сердечниках трансформаторов состоит в том, чтобы сформировать железный сердечник в виде листов, каждый из которых покрыт изолирующим лаком, чтобы сердечник был разделен на тонкие пластинки.В результате ширина сердечника очень мала для циркуляции вихревых токов:

Разделение стального сердечника на тонкие изолированные пластинки сводит к минимуму потери на вихревые токи.

Ламинированные сердечники , подобные показанному здесь, входят в стандартную комплектацию почти всех низкочастотных трансформаторов. Напомним, что на фотографии трансформатора, разрезанного пополам, железный сердечник состоял из множества тонких листов, а не из одной цельной детали.

Потери на вихревые токи увеличиваются с увеличением частоты, поэтому в трансформаторах, предназначенных для работы от высокочастотной энергии (например, 400 Гц, используемой во многих военных и авиационных приложениях), необходимо использовать более тонкие пластины, чтобы снизить потери до приемлемого минимума.

Это имеет нежелательный эффект увеличения стоимости изготовления трансформатора.

Другой аналогичный метод минимизации потерь на вихревые токи, который лучше подходит для высокочастотных приложений, — это изготовление сердечника из железного порошка, а не из тонких листов железа.

Подобно ламинированным листам, эти гранулы железа по отдельности покрыты электроизоляционным материалом, который делает сердечник непроводящим, за исключением ширины каждой гранулы.Сердечники из порошкового железа часто используются в трансформаторах, работающих с радиочастотными токами.

Магнитный гистерезис

Еще одна «потеря в сердечнике» связана с магнитным гистерезисом . Все ферромагнитные материалы имеют тенденцию сохранять некоторую степень намагниченности после воздействия внешнего магнитного поля.

Эта тенденция оставаться намагниченным называется «гистерезисом», и требуются определенные затраты энергии, чтобы преодолеть это противодействие, изменяющееся каждый раз, когда магнитное поле, создаваемое первичной обмоткой, меняет полярность (дважды за цикл переменного тока).

Этот тип потерь может быть уменьшен за счет правильного выбора материала сердечника (выбор сплава сердечника с низким гистерезисом, о чем свидетельствует «тонкая» гистерезисная кривая B / H) и проектирования сердечника с минимальной магнитной индукцией (большая площадь поперечного сечения ).

Скин-эффект на высоких частотах

Потери энергии в трансформаторе увеличиваются с увеличением частоты. Скин-эффект внутри проводников обмотки уменьшает доступную площадь поперечного сечения для потока электрического заряда, тем самым увеличивая эффективное сопротивление при повышении частоты и создавая больше мощности, теряемой из-за резистивной диссипации.

Потери в магнитном сердечнике также увеличиваются из-за более высоких частот, вихревых токов и эффектов гистерезиса, которые становятся более серьезными. По этой причине трансформаторы значительных размеров предназначены для эффективной работы в ограниченном диапазоне частот.

В большинстве систем распределения электроэнергии, где частота сети очень стабильна, можно подумать, что чрезмерная частота никогда не будет проблемой. К сожалению, это происходит в виде гармоник, создаваемых нелинейными нагрузками.

Как мы видели в предыдущих главах, несинусоидальные формы сигналов эквивалентны аддитивным сериям нескольких синусоидальных сигналов с разными амплитудами и частотами.В энергосистемах эти другие частоты являются целыми числами, кратными основной (линейной) частоте, что означает, что они всегда будут выше, а не ниже проектной частоты трансформатора.

В значительной степени они могут вызвать серьезный перегрев трансформатора. Силовые трансформаторы могут быть спроектированы для обработки определенных уровней гармоник энергосистемы, и эта способность иногда обозначается рейтингом «K-фактор».

Паразитная емкость и индуктивность

Помимо номинальной мощности и потерь мощности, трансформаторы часто имеют другие нежелательные ограничения, о которых следует знать разработчикам схем.Как и их более простые аналоги — индукторы — трансформаторы обладают емкостью из-за изоляционного диэлектрика между проводниками: от обмотки к обмотке, от витка к витку (в одной обмотке) и от обмотки к сердечнику.

Частота резонанса трансформатора

Обычно эта емкость не имеет значения в силовых приложениях, но приложения с малым сигналом (особенно высокочастотные) могут плохо переносить эту причуду.

Кроме того, эффект наличия емкости наряду с расчетной индуктивностью обмоток дает трансформаторам возможность резонировать на определенной частоте, что определенно является проблемой проектирования в сигнальных приложениях, где приложенная частота может достигать этой точки (обычно резонансная частота силовой трансформатор выходит далеко за пределы частоты переменного тока, для которой он был разработан).

Удерживание флюса

Сдерживание потока (обеспечение того, чтобы магнитный поток трансформатора не ускользнул, чтобы не мешать другому устройству, и убедиться, что магнитный поток других устройств экранирован от сердечника трансформатора) — еще одна проблема, которую разделяют как индукторы, так и трансформаторы.

Индуктивность утечки

Тесно связана с проблемой сдерживания флюса индуктивность рассеяния. Мы уже видели пагубное влияние индуктивности рассеяния на регулирование напряжения с помощью моделирования SPICE в начале этой главы.Поскольку индуктивность рассеяния эквивалентна индуктивности, последовательно соединенной с обмоткой трансформатора, она проявляется как последовательное сопротивление с нагрузкой.

Таким образом, чем больше ток потребляет нагрузка, тем меньше напряжения на выводах вторичной обмотки. Обычно при проектировании трансформатора требуется хорошее регулирование напряжения, но существуют и исключительные области применения.

Как указывалось ранее, цепи разрядного освещения требуют повышающего трансформатора с «слабым» (плохим) регулированием напряжения для обеспечения пониженного напряжения после возникновения дуги в лампе.Один из способов удовлетворить этот критерий проектирования — спроектировать трансформатор с путями рассеяния магнитного потока в обход вторичной (ых) обмотки (ов).

Результирующий поток рассеяния будет создавать индуктивность рассеяния, которая, в свою очередь, приведет к плохому регулированию, необходимому для разрядного освещения.

Насыщенность ядра

Трансформаторы

также ограничены в своей работе из-за ограничений магнитного потока сердечника. Для трансформаторов с ферромагнитным сердечником необходимо учитывать пределы насыщения сердечника.

Помните, что ферромагнитные материалы не могут поддерживать бесконечную плотность магнитного потока: они имеют тенденцию «насыщаться» на определенном уровне (продиктованном материалом и размерами сердечника), а это означает, что дальнейшее увеличение силы магнитного поля (ммс) не приводит к пропорциональному увеличению поток магнитного поля (Φ).

Когда первичная обмотка трансформатора перегружается из-за чрезмерного приложенного напряжения, поток сердечника может достигать уровней насыщения в пиковые моменты цикла синусоидальной волны переменного тока.Если это произойдет, напряжение, индуцированное во вторичной обмотке, больше не будет соответствовать форме волны, как напряжение, питающее первичную катушку.

Другими словами, перегруженный трансформатор исказит форму волны от первичной до вторичной обмоток, создавая гармоники на выходе вторичной обмотки. Как мы обсуждали ранее, содержание гармоник в энергосистемах переменного тока обычно вызывает проблемы.

Пиковые трансформаторы

Специальные трансформаторы, известные как пиковые трансформаторы , используют этот принцип для создания коротких импульсов напряжения вблизи пиков формы волны напряжения источника.Ядро рассчитано на быстрое и резкое насыщение при уровнях напряжения значительно ниже пикового.

Это приводит к сильно обрезанной форме волны потока синусоидальной волны и импульсам вторичного напряжения только при изменении потока (ниже уровней насыщения):

Формы сигналов напряжения и магнитного потока для пикового трансформатора.

Работа на частотах ниже нормы

Другой причиной ненормального насыщения сердечника трансформатора является работа на частотах ниже нормы.Например, если силовой трансформатор, предназначенный для работы на частоте 60 Гц, вынужден работать на частоте 50 Гц, поток должен достигать более высоких пиковых уровней, чем раньше, чтобы создать такое же противоположное напряжение, необходимое для балансировки с напряжением источника.

Это верно, даже если напряжение источника такое же, как и раньше.

Магнитный поток выше в сердечнике трансформатора, работающем на 50 Гц, по сравнению с 60 Гц для того же напряжения.

Поскольку мгновенное напряжение обмотки пропорционально скорости изменения мгновенного магнитного потока в трансформаторе, форма волны напряжения, достигающая того же пикового значения, но требующая больше времени для завершения каждого полупериода, требует, чтобы магнитный поток поддерживал та же скорость изменения, что и раньше, но на более длительные периоды времени.

Таким образом, если поток должен расти с той же скоростью, что и раньше, но в течение более длительных периодов времени, он поднимется до более высокого пикового значения.

С математической точки зрения, это еще один пример исчисления в действии. Поскольку напряжение пропорционально скорости изменения потока, мы говорим, что форма волны напряжения — это производная формы волны потока, «производная» — это операция вычисления, определяющая одну математическую функцию (форму волны) с точки зрения скорости: замены другого.

Если мы возьмем противоположную точку зрения и свяжем исходную форму волны с ее производной, мы можем назвать исходную форму волны интегралом производной формы волны. В этом случае форма волны напряжения является производной формы волны магнитного потока, а форма волны магнитного потока является интегралом формы волны напряжения.

Интеграл любой математической функции пропорционален площади, накопленной под кривой этой функции. Поскольку каждый полупериод сигнала 50 Гц накапливает большую площадь между ним и нулевой линией графика, чем будет форма сигнала 60 Гц — а мы знаем, что магнитный поток является интегралом напряжения, — поток будет достигать более высоких значений в рисунок ниже.

Поток, изменяющийся с той же скоростью, возрастает до более высокого уровня при 50 Гц, чем при 60 Гц.

Еще одна причина насыщения трансформатора — наличие постоянного тока в первичной обмотке. Любая величина постоянного напряжения, падающего на первичную обмотку трансформатора, вызовет дополнительный магнитный поток в сердечнике. Это дополнительное «смещение» или «смещение» потока будет подталкивать форму волны переменного магнитного потока ближе к насыщению в одном полупериоде, чем в другом.

Постоянный ток в первичной обмотке сдвигает пики формы волны в сторону верхнего предела насыщения.

Для большинства трансформаторов насыщение сердечника является очень нежелательным эффектом, и его можно избежать за счет хорошей конструкции: проектирование обмоток и сердечника так, чтобы плотности магнитного потока оставались значительно ниже уровней насыщения.

Это гарантирует, что соотношение между mmf и Φ будет более линейным на протяжении всего цикла магнитного потока, что хорошо, поскольку способствует меньшим искажениям в форме волны тока намагничивания.

Кроме того, проектирование сердечника для низких плотностей магнитного потока обеспечивает безопасный запас между нормальными пиками магнитного потока и пределами насыщения сердечника, чтобы приспособиться к случайным, ненормальным условиям, таким как изменение частоты и смещение постоянного тока.

Пусковой ток

Когда трансформатор первоначально подключен к источнику переменного напряжения, может возникнуть значительный скачок тока через первичную обмотку, называемый пусковым током . Это аналогично пусковому току электродвигателя, который запускается при внезапном подключении к источнику питания, хотя броски тока трансформатора вызваны другим явлением.

Мы знаем, что скорость изменения мгновенного потока в сердечнике трансформатора пропорциональна мгновенному падению напряжения на первичной обмотке. Или, как указывалось ранее, форма волны напряжения является производной формы волны магнитного потока, а форма волны магнитного потока является интегралом формы волны напряжения.

В непрерывно работающем трансформаторе эти две формы сигнала сдвинуты по фазе на 90 °. Поскольку поток (Φ) пропорционален магнитодвижущей силе (mmf) в сердечнике, а mmf пропорционален току обмотки, форма волны тока будет синфазной с формой волны магнитного потока, и оба будут отстать от формы волны напряжения на 90 °:

Непрерывный установившийся режим работы: Магнитный поток, как и ток, отстает от приложенного напряжения на 90 °.

Предположим, что первичная обмотка трансформатора внезапно подключается к источнику переменного напряжения в точный момент времени, когда мгновенное напряжение достигает своего положительного пикового значения.

Для того, чтобы трансформатор создавал противоположное падение напряжения, чтобы уравновеситься с этим приложенным напряжением источника, должен генерироваться магнитный поток быстро возрастающей величины. В результате ток в обмотке увеличивается быстро, но на самом деле не быстрее, чем при нормальных условиях:

Подключение трансформатора к сети при пиковом напряжении переменного тока: поток быстро увеличивается от нуля, как и в установившемся режиме.

И магнитный поток сердечника, и ток катушки начинаются с нуля и достигают тех же пиковых значений, которые наблюдаются при непрерывной работе. Таким образом, в этом сценарии нет «всплеска», «броска тока» или «тока».

В качестве альтернативы, давайте рассмотрим, что произойдет, если подключение трансформатора к источнику переменного напряжения произойдет в точный момент времени, когда мгновенное напряжение равно нулю.

Во время непрерывной работы (когда трансформатор был запитан в течение некоторого времени), это момент времени, когда и магнитный поток, и ток обмотки достигают своих отрицательных пиков, испытывая нулевую скорость изменения (dΦ / dt = 0 и di / dt = 0).

По мере того, как напряжение достигает своего положительного пика, формы волны магнитного потока и тока нарастают до своих максимальных положительных скоростей изменения и повышаются до своих положительных пиков по мере того, как напряжение опускается до нулевого уровня:

Запуск при e = 0 В — это не то же самое, что непрерывный запуск на рисунке выше. Эти ожидаемые формы сигналов неверны — Φ и я должен начинать с нуля.

Однако существует значительная разница между работой в непрерывном режиме и условием внезапного пуска, предполагаемым в этом сценарии: во время непрерывной работы уровни магнитного потока и тока были на своих отрицательных пиках, когда напряжение было в нулевых точках; однако в трансформаторе, который простаивает, и магнитный поток, и ток обмотки должны начинаться с ноль .

Когда магнитный поток увеличивается в ответ на возрастающее напряжение, он будет увеличиваться от нуля вверх, а не от ранее отрицательного (намагниченного) состояния, как это обычно бывает в трансформаторе, на который некоторое время подается питание.

Таким образом, в трансформаторе, который только что «запускается», магнитный поток будет примерно в два раза больше обычного пикового значения, поскольку он «интегрирует» область под первым полупериодом формы волны напряжения:

Начиная с e = 0 В, Φ начинается с начального состояния Φ = 0, увеличиваясь в два раза по сравнению с нормальным значением, если предположить, что это не насыщает сердечник.

В идеальном трансформаторе ток намагничивания также увеличился бы примерно в два раза по сравнению с нормальным пиковым значением, генерируя необходимый mmf для создания этого потока, превышающего нормальный.

Однако большинство трансформаторов не спроектированы с достаточным запасом между нормальными пиками магнитного потока и пределами насыщения, чтобы избежать насыщения в таких условиях, и поэтому сердечник почти наверняка будет насыщаться в течение этого первого полупериода напряжения.

Во время насыщения для генерации магнитного потока необходимо непропорционально большое количество ммс.Это означает, что ток обмотки, который создает МДС, вызывающую магнитный поток в сердечнике, непропорционально возрастет до значения , легко превышающего в два раза больше его нормального пика:

Начиная с e = 0 В, ток также увеличивается в два раза по сравнению с нормальным значением для ненасыщенного сердечника или значительно выше в (рассчитанном на) случае насыщения.

Это механизм, вызывающий пусковой ток в первичной обмотке трансформатора при подключении к источнику переменного напряжения.Как видите, величина пускового тока сильно зависит от точного времени, когда электрическое подключение к источнику выполнено.

Если трансформатор имеет некоторый остаточный магнетизм в его сердечнике в момент подключения к источнику, бросок тока может быть еще более серьезным. Из-за этого устройства максимальной токовой защиты трансформатора обычно относятся к «медленнодействующим», чтобы выдерживать такие скачки тока без размыкания цепи.

Тепло и шум

Помимо нежелательных электрических эффектов, трансформаторы могут также проявлять нежелательные физические эффекты, наиболее заметными из которых являются выделение тепла и шума.Шум — это прежде всего неприятный эффект, но нагрев — потенциально серьезная проблема, поскольку изоляция обмотки будет повреждена, если будет допущен перегрев.

Нагрев можно минимизировать за счет хорошей конструкции, гарантирующей, что сердечник не приближается к уровням насыщения, что вихревые токи сведены к минимуму, и что обмотки не будут перегружены или работают слишком близко к максимальной допустимой нагрузке.

У больших силовых трансформаторов сердечник и обмотки погружены в масляную ванну для передачи тепла и глушения шума, а также для вытеснения влаги, которая в противном случае нарушила бы целостность изоляции обмотки.

Теплоотводящие «радиаторные» трубки на внешней стороне корпуса трансформатора обеспечивают конвективный путь потока масла для передачи тепла от сердечника трансформатора к окружающему воздуху:

Большие силовые трансформаторы погружены в теплоизолирующее масло.

Безмасляные или «сухие» трансформаторы часто оцениваются с точки зрения «повышения» максимальной рабочей температуры (превышения температуры окружающей среды) в соответствии с системой буквенного класса: A, B, F или H.Эти буквенные коды расположены в порядке от наименьшей термостойкости до наибольшей:

.

  • Класс A: Повышение температуры обмотки не более чем на 55 ° C при температуре окружающего воздуха 40 ° C (максимум).
  • Класс B: Повышение температуры обмотки не более чем на 80 ° C при температуре окружающего воздуха 40 ° C (максимум).
  • Класс F: Повышение температуры обмотки не более чем на 115 ° Цельсия при температуре окружающего воздуха 40 ° Цельсия (максимальной).
  • Класс H: Повышение температуры обмотки не более чем на 150 ° C при температуре окружающего воздуха 40 ° C (макс.).

Слышимый шум — это эффект, в основном возникающий из явления магнитострикции : небольшого изменения длины ферромагнитного объекта при намагничивании.

Знакомый «гул», слышимый вокруг больших силовых трансформаторов, — это звук расширения и сжатия железного сердечника с частотой 120 Гц (в два раза выше частоты системы, которая в США составляет 60 Гц) — один цикл сжатия и расширения сердечника для каждого пика. формы волны магнитного потока — плюс шум, создаваемый механическими силами между первичной и вторичной обмотками.

Опять же, поддержание низких уровней магнитного потока в сердечнике является ключом к минимизации этого эффекта, что объясняет, почему феррорезонансные трансформаторы, которые должны работать в режиме насыщения для большей части формы волны тока, работают как в горячем состоянии, так и в шумном.

Потери из-за наматывающих магнитных сил

Еще одно шумовое явление в силовых трансформаторах — это физическая сила реакции между первичной и вторичной обмотками при большой нагрузке.

Если вторичная обмотка разомкнута, через нее не будет тока и, следовательно, магнитодвижущая сила (ммс), создаваемая ею.Однако, когда вторичная обмотка «загружена» (в настоящее время подается на нагрузку), обмотка генерирует МДС, которой противодействует «отраженная» МДС в первичной обмотке, чтобы предотвратить изменение уровней магнитного потока сердечника.

Эти противоположные МДС, возникающие между первичной и вторичной обмотками в результате вторичного (нагрузочного) тока, создают физическую силу отталкивания между обмотками, которая заставляет их вибрировать.

Конструкторы трансформаторов

должны учитывать эти физические силы при конструкции обмоток, чтобы обеспечить адекватную механическую опору для выдерживания напряжений.Однако в условиях большой нагрузки (высокого тока) эти напряжения могут быть достаточно большими, чтобы вызвать слышимый шум, исходящий от трансформатора.

ОБЗОР:

  • Силовые трансформаторы ограничены по мощности, которую они могут передавать от первичной обмотки (обмоток) ко вторичной. Большие блоки обычно имеют номинальные значения в ВА (вольт-амперы) или кВА (киловольт-амперы).
  • Сопротивление в обмотках трансформатора снижает эффективность, поскольку ток рассеивает тепло, тратя энергию.
  • Магнитные эффекты в железном сердечнике трансформатора также способствуют снижению эффективности. Среди эффектов — вихревых токов, (циркулирующие индукционные токи в железном сердечнике) и гистерезис (потеря мощности из-за преодоления тенденции железа к намагничиванию в определенном направлении).
  • Повышенная частота приводит к увеличению потерь мощности в силовом трансформаторе. Присутствие гармоник в энергосистеме является источником частот, значительно превышающих нормальные, что может вызвать перегрев больших трансформаторов.
  • И трансформаторы, и катушки индуктивности обладают определенной неизбежной емкостью из-за изоляции проводов (диэлектрика), отделяющей витки обмотки от стального сердечника и друг от друга. Эта емкость может быть достаточно значительной, чтобы дать трансформатору естественную резонансную частоту , что может быть проблематичным в сигнальных приложениях.
  • Индуктивность утечки возникает из-за того, что магнитный поток не на 100% связан между обмотками трансформатора. Любой поток, не связанный с , передающий энергию от одной обмотки к другой, будет накапливать и выделять энергию, так работает (само) индуктивность.Индуктивность утечки имеет тенденцию ухудшать регулировку напряжения трансформатора (вторичное напряжение «проседает» больше при заданной величине тока нагрузки).
  • Магнитное насыщение сердечника трансформатора может быть вызвано чрезмерным первичным напряжением, работой на слишком низкой частоте и / или наличием постоянного тока в любой из обмоток. Насыщение можно минимизировать или избежать с помощью консервативной конструкции, которая обеспечивает достаточный запас прочности между пиковыми значениями плотности магнитного потока и пределами насыщения сердечника.
  • Трансформаторы часто испытывают значительные пусковые токи при первоначальном подключении к источнику переменного напряжения. Пусковой ток наиболее велик, когда подключение к источнику переменного тока выполняется в момент, когда мгновенное напряжение источника равно нулю.
  • Шум — обычное явление, проявляемое трансформаторами, особенно силовыми трансформаторами, и в первую очередь вызвано магнитострикцией сердечника. Физические силы, вызывающие вибрацию обмотки, также могут создавать шум в условиях большой (сильноточной) нагрузки вторичной обмотки.

% PDF-1.4
%
565 0 obj>
эндобдж

xref
565 109
0000000016 00000 н.
0000004828 00000 н.
0000004966 00000 н.
0000005221 00000 н.
0000005264 00000 н.
0000005416 00000 н.
0000005794 00000 н.
0000006883 00000 н.
0000007081 00000 п.
0000008429 00000 н.
0000009511 00000 н.
0000010589 00000 п.
0000011667 00000 п.
0000012738 00000 п.
0000013826 00000 п.
0000014907 00000 п.
0000016001 00000 п.
0000017086 00000 п.
0000018167 00000 п.
0000019255 00000 п.
0000020329 00000 п.
0000021407 00000 п.
0000022492 00000 п.
0000023571 00000 п.
0000024644 00000 п.
0000025728 00000 п.
0000026814 00000 п.
0000027903 00000 н.
0000028998 00000 н.
0000030082 00000 п.
0000031161 00000 п.
0000032229 00000 п.
0000033321 00000 п.
0000033344 00000 п.
0000074082 00000 п.
0000074274 00000 п.
0000074296 00000 п.
0000078776 00000 п.
0000078974 00000 п.
0000078997 00000 п.
0000103184 00000 п.
0000103372 00000 н.
0000103394 00000 п.
0000106846 00000 н.
0000107041 00000 п.
0000107064 00000 н.
0000118369 00000 н.
0000118553 00000 н.
0000118576 00000 н.
0000126970 00000 н.
0000127172 00000 н.
0000127195 00000 н.
0000135873 00000 н.
0000136071 00000 н.
0000136093 00000 н.
0000140936 00000 н.
0000141131 00000 н.
0000141154 00000 н.
0000165180 00000 н.
0000165382 00000 н.
0000165405 00000 н.
0000175948 00000 н.
0000176139 00000 н.
0000176162 00000 н.
0000188375 00000 н.
0000188573 00000 н.
0000188596 00000 н.
0000197717 00000 н.
0000197905 00000 н.
0000197928 00000 н.
0000212142 00000 н.
0000212333 00000 п.
0000212356 00000 н.
0000220988 00000 н.
0000221191 00000 н.
0000221214 00000 н.
0000239982 00000 н.
0000240175 00000 н.
0000240198 00000 п.
0000278013 00000 н.
0000279093 00000 н.
0000279116 00000 н.
0000307576 00000 н.
0000307758 00000 н.
0000307781 00000 н.
0000320067 00000 н.
0000320264 00000 н.
0000320287 00000 н.
0000334365 00000 н.
0000334563 00000 н.
0000334586 00000 н.
0000345523 00000 п.
0000345710 00000 н.
0000345732 00000 н.
0000351438 00000 н.
0000351634 00000 н.
0000351657 00000 н.
0000356302 00000 н.
0000356489 00000 н.
0000356512 00000 н.
0000363245 00000 н.
0000363426 00000 н.
0000363449 00000 н.
0000369569 00000 н.
0000369751 00000 п.
0000369774 00000 н.
0000398095 00000 п.
0000398302 00000 н.
0000002531 00000 н.
трейлер
] >>
startxref
0
%% EOF

673 0 obj> поток

Справочное руководство по компонентам Multisim — National Instruments

% PDF-1.6
%
1 0 obj
> поток
application / pdf

  • Справочное руководство по компонентам Multisim — National Instruments
  • Технические коммуникации
  • Acrobat Distiller 4.05 для Windows; изменено с помощью iText® 5.5.4 © 2000-2014 iText Group NV (версия AGPL) 374485 3244852006-12-07T09: 28: 44Z2018-11-29T07: 11: 25-06: 00FrameMaker 6.0

    конечный поток
    эндобдж
    2 0 obj
    > / DigestMethod / MD5 / DigestValue / TransformMethod / UR >>] / Содержание (0K \ t * H \ r810 \ t +

    .

    Related Posts

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.