Transformatorul de audiofrecventa- Calcul, proiectare, masuratori

[elman]

Multumesc pentru initiativa, de mult timp cautam relatia pentru calculul sectiunii functie de frecventa de lucru.

Editat Septembrie 6, 2017 de elman

[adigh]

@der_doktor,

Pentru o traducere corecta pe viitor, rezistenta magnetica se numeste reluctanta(termen tehnic).

A explica cu "rezistenta magnetica" e sugestiv si poate fi mai usor de inteles pentru cei care acum cad pe spate la vazul acestor noutati vechi de peste 100 de ani, dar e mai bine totusi sa folosum termenii corecti.

Nu e foarte gresit "rezistenta magnetica" dar termenul tehnic consacrat e "reluctanta".

Editat Septembrie 6, 2017 de adigh

[Vizitator]

..mda...era si normal...doar sunt lucruri vechi de exact 110 ani..adica din 1957..pe care, banuiesc ca le stiu toti...

Legat de ''reluctanta''...daca in articol scrie clar MAGNETISCHE WIDERSTAND...adica REZISTENTA MAGNETICA... tot asa traduc si eu...sau crezi ca daca scriam RELUCTANTA..se intampla ceva ..in plus..???

Probabil e mai modern spus ''reluctanta''...dar termenii sunt sinonimi..reprezinta acelasi lucru...na ja ..incepem sa ne legam de gramatica si mod de exprimare..ca trafurile..stim sa le calculam..

 

 

 

 

[adigh]

..mda...era si normal...doar sunt lucruri vechi de exact 110 ani..adica din 1957..pe care, banuiesc ca le stiu toti...

 

Sper ca nu ai sa susti ca articolul acela din 1957 a dezvaluit sau descoperit relatiile dintre flux, inductie, reluctanta, sectiune miez etc. etc.

Ai idee cind a fost facut primul transformator electric?

 

Si da, a avut timp toata lumea sa le afle, cine a fost interesat. Se invata la scoala la liceele de specialitate unde se studiaza masinile electrice (transformatorul fiind o masina electrica). De fapt e ceva banal daca esti in domeniu. Nu treci clasa daca nu stii lucrurile astea elementare fiindca sunt de nivel elementar. Abia daca ai trecut de nivelul asta poti merge mai departe in studiul mai serios al transformatorului.

 

Cit despre articolul respectiv sunt valabile principiile teoretice descoperite si neschimbate de atita amar de ani si vor fi la fel de valabile si peste 1000 de ani daca nu se schimba legile fizicii.

Dar atit, aici se opreste meritul articolului. Tabelele sunt expirate. Nu se mai fabrica tole atit de slabe ca acum 60 de ani. In exemplele din text si in tabele gasim tole cu permeabilitati de la citeva sute la citeva mii iar in ziua de azi niste tole medii de ferosiliciu au permeabilitati de zeci de mii.

Adica nu mai sunt valabile acele valori precalculate din tabele. Se pot folosi tabelele si pune tole actuale, bineinteles, si va functiona chiar mai bine, miezul lucrind rece. Numai ca miezul va fi folosit nejudicios si o recalculare cu un Bmax mai mare va conduce la mai putine sp/V si va duce la obtinerea de putere mai mare din acelasi miez.

Daca tot ne ocupam de proiectare atunci sa o facem cum trebuie.

 

https://www.edcorusa.com/core-steel

 

Editat Septembrie 6, 2017 de adigh

[Vizitator]

 

 

 

Dar atit, aici se opreste meritul articolului. Tabelele sunt expirate. Nu se mai fabrica tole atit de slabe ca acum 60 de ani. In exemplele din text si in tabele gasim tole cu permeabilitati de la citeva sute la citeva mii iar in ziua de azi niste tole medii de ferosiliciu au permeabilitati de zeci de mii.

Adica nu mai sunt valabile acele valori precalculate din tabele. Se pot folosi tabelele si pune tole actuale, bineinteles, si va functiona chiar mai bine, miezul lucrind rece. Numai ca miezul va fi folosit nejudicios si o recalculare cu un Bmax mai mare va conduce la mai putine sp/V si va duce la obtinerea de putere mai mare din acelasi miez.

Daca tot ne ocupam de proiectare atunci sa o facem cum trebuie.

 

https://www.edcorusa.com/core-steel

 

M6.jpg

@Adigh, se pare ca tu crezi orbeste in astia de la Edcor. Adevarul e ca ei fac cele mai bune trafuri de audiofrecventza, mici, ieftine si ...bune. M-am uitat la pretzuri....la 19$..e clar ce ...cumperi...e pretul pt un traf de retea facut in China. Dar asta e doar problema ta, daca ii simpatizezi si te simtzi pe deplin multzumit de produsele lor.

Legat de Bmax...si spire putzine...cred ca te referi la.... traful de retea, unde calculul se face tinand cont de valorile efective ale tensiunilor si curentilor manipulati si nu intereseaza pe nimeni forma de unda si nivelul distorsiunilor. In audio, distorsiunile conteaza mult mai mult decat randamentul energetic si pretul de fabricatie.

Zici ceva de ...proiectare...ca sa ma convingi de asta...pune un exemplu de calcul pt un traf de audiofrecventza, pt ca ...sincer sa fiu...n-am vazut niciunul pe forumul asta. Toti isi dau cu parerea despre trafuri...dar...nu vad nimic concret.

Sa vedem si noi cum alegi tu miezul, diametrul sarmei, numarul de spire, ce tehnica de bobinaj recomanzi si ...ca sa nu fiu rau....nu-tzi cer sa prezintzi metodele de evaluare a parametrilor sau cum faci masuratorile....

Sincer sa fiu..doar doua persoane si-au dezvaluit rezultatele muncii lor..adica au prezentat parametrii trafurilor realizate..unul e Dorin si celalalt e Marius. Probabil fiecare are metoda sa de calcul si de realizare practica, dar, cert este ca au pus masuratori reale si chiar arata bine.

Astept sa vad cum calculezi tu un traf de iesire....

[adigh]

@der_doktor. daca incepi sa bati cimpii nu mai discutam. Intelege ce am spun nu ce nu am spus.

 

Nu stiu de unde scoti ca cred orbeste in cei de la Edcor. Eu in general nu cred nimic pina nu verific. Ti-am dat exemplu de tole medii de la Edcor nu de tole de cea mai mare performanta. Daca-ti dadeam un exemplu de tole din virful de gama era si mai mare diferenta intre miezurile actuale si cele de acum 60 de ani.

 

Legat de Bmax si spire putine nu e valabil doar la trafurile de retea. Si la trafurile de iesire se modifica calculul. Cu tole cu Bmax mai mare si permeabilitate mai mare transformatorul coboara mai mult in frecventa. Iar daca ne propunem o anumita frecventa joasa miezul poate fi mai mic cu tole moderne de mai buna calitate.

 

Despre cum se calculeaza am scris chiar de multe ori. Daca ti-a scapat e pierderea ta, acum stiai niste lucruri.

 

Abtine-te sa mai perii pe unul si pe altul in speranta de a-i lua ca aliati in disputa asta.

Mentine-te, daca poti, la argumente tehnice. Nu discutam despre persoane si realizarile lor. Nici macar despre noi nu discutam. Pui problema emotional ceea ce e gresit. Discutam doar tehnic.

Editat Septembrie 7, 2017 de adigh

[Vizitator]

Aici

https://www.elforum.info/topic/107668-primul-amplificator-pe-tuburidupa-20-de-ani/?p=1592491

am pus niste poze cu masurarea unui transformator de iesire pt un PP UL 40%.

Schema de test era asta

 

 

iar oscilograma aici

 

 

CH1---> oscilograma in secundarul OT

CH2---> oscilograme in partea primara OT

Aici

https://www.elforum.info/topic/107668-primul-amplificator-pe-tuburidupa-20-de-ani/?p=1592706

 

am mentionat parametrii trafului

''Trafo este pe un miez M150, Za-a=1,68k, Zs=4Ohmi, LL=1,147mH/1KHz, 9 secundare in paralel si primarul impartit in 10 sectiuni.''

 

Raportul de transformare este Up/Us adica 264,5 x2/ 26,4=20,03=n

se stie ca n²=Zp/Zs, in cazul nostru primarul Za-a si Zs=4 ohmi

Za-a=n²x Zs=(20,03)² x 4=1606,06 Ohmi

Diferentele apar din eroarile de masura. Masurand tensiunile din secundar si primar cu voltmetre de precizie 4-5 digiti si TRUE RMS se obtin cca 1,68Kohmi

rezultat confirmat si de masurarea impendantei cu un LCR metru digital de la HP.

Cand voi avea ceva timp o sa descriu cum se masoara practic un transformator de iesire si ce aparate sunt necesare.

 

[Vizitator]

...

Partea a 7_a.pdf

Editat Noiembrie 20, 2017 de Vizitator

[Vizitator]

partea a 8-a...iar in urmatoarele vor fi detaliate transormatoarele de iesire SE, PP, trafuri pt microfon, interstage si de iesire pt etajele cu tranzistori.

Partea a 8_a.pdf

[Vizitator]

Calculul unui transformator SE, ala la care am tot cerut un model de calcul si nu s-a oferit nimeni....vorba lui @romicap xD

Partea a 9.pdf

[romicap]

Cred ca teoria din ,,Partea a 9-a.pdf a fost comandata de producatorii de sirma Cu Em ! Pe un miez de circa 7Cmp 5600 de spire 0,20mm

in primar e deja prea mult ! Ce impedanta va avea transformatorul respectiv cu o rezistenta in cc de circa 400 de ohmi?

Editat Decembrie 17, 2017 de romicap

[gsabac]

Transformatorul este functional si nimic nu este perfect oricit s-ar perfectiona.

Pentru masuratori virtuale am realizat montajul de test din poza, unde se vede si impedanta reflectata spre tub.

Click pentru marire.

Tubul vede o impedanta putin mai mare de 5200 ohmi, care scade cu frecventa si la 50Hz este de 4,5K.

Pentru un calcul simplificat, unde nu se tine seama de pierderi si dupa cum s-a spus, de optimizari,

rezultatul este foarte bun, deoarece variatia impedantei reflectate in prezenta unei boxe in secundar, este mult mai mare.

 

@gsabac

 

 

[Vizitator]

Cred ca teoria din ,,Partea a 9-a.pdf a fost comandata de producatorii de sirma Cu Em ! Pe un miez de circa 7Cmp 5600 de spire 0,20mm

in primar e deja prea mult ! Ce impedanta va avea transformatorul respectiv cu o rezistenta in cc de circa 400 de ohmi?

@romicap, inductantza primarului a fost aleasa pentru o frecventa inferioara limita, de -3dB, de 50Hz.

Poza este din ''partea a 9-a.pdf'' pagina a 4-a.

In graficul postat de @gsabac se observa o cadere de 30% de tensiune la 50Hz.

Sectiunea miezului e calculata pentru o inductie maxima de 0,4 Tesla si asta pentru a mentine factorul de distorsiuni cat mai mic. Poti folosi un miez mai mic si recalcula pentru 0,9 Tesla dar in mod sigur vei intra mai devreme in saturatie si distorsiunile vor fi pe masura.

Uite, in prima postare din topicul asta, am pus si varianta Telefunken de calcul a transformatoarelor de audio frecventa. In TFK_LB_004.pdf exista chiar un exemplu de calcul asemanator.

 

Dupa Limann rezulta:

-miez EI78 6,8cm²

-primar L1=21,5H ; 5600 spire CuEm 0,20mm

-secundar 2x174 spire Paralel fiecare CuEm 0,45 mm

 

Dupa Telefunken:

-miez EI66 4,9cm²

-primar L1=18,21H ;5350 spire CuEm 0,13mm

-secundar 2x170 spire CuEm 0,50mm

 

Se observa ca TFK a ales o reactanta inductiva a primarului de 1,1xRa iar Limann de 1,3xRa.

[Vizitator]

Cu alte cuvinte spus, pentru ca un transformator de audio frecventa sa poata reda frecventele joase este necesar ca reactantza inductiva (XL) a infasurarii primare sa nu coboare sub valoarea Ra. Asta presupune o sectiune corespunzatoare a miezului si implicit o inductanta primara mare calculata la frecventza inferioara de taiere (fu) dupa formula :

-Limann ---> L=1,3xRa/(2pi)xfu

-Telefunken---->L=1,1xRa/(2pi)xfu

[adigh]

Cu alte cuvinte spus, pentru ca un transformator de audio frecventa sa poata reda frecventele joase este necesar ca reactantza inductiva (XL) a infasurarii primare sa nu coboare sub valoarea Ra. Asta presupune o sectiune corespunzatoare a miezului si implicit o inductanta primara mare calculata la frecventza inferioara de taiere (fu) dupa formula :

-Limann ---> L=1,3xRa/(2pi)xfu

-Telefunken---->L=1,1xRa/(2pi)xfu

 

Pai tocmai despre asta e vorba der_doktor, despre asta discutam. Ca acele formule nu se pot aplica la transformatorul de iesire cu miez saturabil.

Acele formule pot fi folosite doar in doua cazuri.

1.- Bobine in aer si deci nesaturabile sau bobine cu miez saturabil care lucreaza in zona nesaturabila. Ceea ce nu e cazul trafului de iesire la frecventa limita.

2 - In cazul cind introducem L ca o functie, nu ca o constanta. Pentru ca atunci functia reflecta scaderea brusca a inductantei ca urmare a scaderii bruste a permeabilitatii atunci cind se ajunge la saturatie. Cita vreme se ia L ca si constanta acele formule nu vor reflecta corect comportarea la saturatie si pare a fi ceva liniar. Iar daca trasam diagrama Bode a raspunsului in amplitudine a unui transformator vom vedea ca nu are o cadere liniara inspre zero la scaderea frecventei. La un moment dat amplitudinea scade brusc in zero, sau cit de cit brusc. Acolo intervine saturatia.

 

Am mai avut discutia asta, daca erai atent. Si pe la noi se facea cindva simularea neluind in considerare Bmax si tratind traful de iesire ca si cind nu ar avea miez saturabil si am vorbi doar de Xl adica o reactanta nesaturabila.

Ma bucur ca pina la urma s-a inteles.

 

Formula corecta pentru calculul frecventei inferioare de taiere pentru trafuri cu miezuri saturabile e asta: Vrms = 4.44*f*N*A*Bmax*10⁻⁴

Bmax[T] A[cm²] N=nr de spire f[Hz] Vrms[V]

 

Formula se utilizeaza atit pentru calculul transformatoarelor de retea cit si al OT push-pull. Chiar si la SE dar acolo intervin si alti factori.

 

Spre exemplu la calculul trafurilor de retea formula de calcul a nr de sp/V de 50/S provine din aceasta formula punind in formula f=50Hz si Bmax=0,9T

N/V=1/(4,44 * 50 * 0,9 * 10⁻⁴ *S)=50/S

Calculul nu dureaza mai mult de 1 minut insa determinarea Bmax poate lua ceva timp daca vrem calcule foarte precise.

Nimeni nu se uita la miez si stie ce calitate are miezul. Diferenta intre un miez prost si un miez bun e foarte mare.

Pe linga asta mai depinde de aplicatie cu ce Bmax lucram. Un traf de retea tropicalizat va merge cu un Bmax mai mic pentru a nu se incalzi pe cind un traf ce alimenteaza un dulap cu relee nu conteaza prea mult ca se incalzeste si se lucreaza cu un Bmax mai mare si se face economie de material, traful fiind mai ieftin. Deasemenea cind folosim traful in aplicatii audio e bine sa mergem cu un Bmax mai mic pentru a intra mai putin in saturatie si a radia mai putin cimp in jur.

Avind in vedere proprietatile foarte diferite ale miezurilor si aplicatiile cu cerinte diferite formula 50/S poate suferi schimbari destul de mari.

Nu toata lumea stie sa tina cont de asemenea amanunte si aplica simplu formula 50/S pentru orice miez. Diferenta in practica va fi ca unele trafuri vor lucra calde iar altele reci. Unele vor radia mult cimp intrind bine in saturatie iar altele vor radia mai putin cimp.

 

Bmax nu e inductia maxima la care poate ajunge miezul. La acea inductie cind inductia tinde asimptotic spre orizontala, curentul de mers in gol va lua valori enorme iar miezul nu va fi utilizabil la acea inductie.

Bmax reprezinta un compromis la care avem un curent de mers in gol rezonabil in functie de aplicatia data.

Bmax nu-l putem lua din nici-un datasheet al miezului. Acele datasheet-uri sunt ale tablei din care se stanteaza tola. La un transformator intervine factorul de forma. Spre exemplu din acelasi material daca se fabrica miez C-core miezul va avea alte caracteristici decit un EI. La EI cimpul magnetic parcurge miezul pe anumite portiuni perpendicular sau oblic fata de orientarea cristalelor. In consecinta vor avea alta curba B-H.

Nu avem de unde sa luam informatie despre un miez ce ne pica in mina asa ca unica solutie pentru aflarea Bmax e experimentul practic.

Pentru un traf de retea nimeni nu se complica cu determinari practice si modifica usor formula 50/S apreciind la ochi tola. In general e suficient. Imprastierea caracteristicilor tolelor ducind la un curent de mers in gol diferit.

 

La un traf de iesire push-pull e cam acelasi lucru si folosim aceeasi formula. Vrms = 4.44*f*N*A*Bmax*10⁻⁴

Cu precizarea ca in cazul push-pull Bmax reprezinta inductia la care curentul de mers in gol provoaca o cadere de tensiune pe Ri a tubului atit de mare incit spunem ca din acel punct nu mai e acceptabil si deci avem frecventa limita inferioara. Poate fi la -3dB sau alta valoare.

Vrms in cazul PP este tentiunea alternativa Uaa din primarul trafului.

 

Si acest Bmax se determina practic daca vrem precizie in calcul. In general oamenii nu se complica cu determinari practice insa atunci in mod inevitabil trebuie sa accepte eroarea data de calcul. Fiindca avind in vedere diferenta mare intre cele mai bune miezuri ce ne pot cadea in mina si cele mai proaste, vom avea erori corespunzatoare de calcul.

Poate ca determinari practice se merita facute doar atunci cind lucram frecvent si constant cu un anumit tip de tola iar aceeasi determinare practica o putem folosi in multe ocazii.

Asta este, daca nu vrem bataie de cap trebuie sa acceptam imprecizia.

 

Sa zicem ca nu vrem bataie de cap si vrem sa stim cam cum stam ca ordin de marime cu un miez/transformator lucrind in PP luindu-ne doar dupa marimea miezului si calculind cite spire vom bobina pe traf.

In cazul asta putem folosi linistiti formula mentionata punind B=0,9T la o tabla mai buna si 0,5T la o tabla mai proasta. Vrms=tensiunea alternativa maxima rms din primar. Stiind sectiunea si numarul de spire din primar vom deduce frecventa limita inferioara.

Nu va fi precisa, bineinteles, avind in vedere ca am bagat din burta Bmax si nu am facut nici-o determinare practica. Dar rapid ca sa ne facem o idee putem proceda asa.

Putem obtine si precizie dar numai dupa ce aflam ce fel de miez avem.

E destul de nedrept ca la tuburi sa pretindem caracteristici de mare precizie iar la transformatoarele de iesire sa spunem "lasa ca merge si asa" dar pe de alta parte sa pretindem calcul precis fara a avea macar idee de caracteristicile miezului.

 

Dupa cum se vede in formula nu apare permeabilitatea. E inglobata oarecumva in Bmax, daca pot spune asa. Insa cind vorbim de frecventa limita si intrarea in saturatie conteaza mai mult valoarea inductiei decit permeabilitatea. La miezurile de mare permeabilitate nici nu prea mai conteaza permeabilitatea ci valoarea inductiei cind miezul intra in saturatie. O permeabilitate mare ne va da un curent de mers in gol mic sau foarte mic insa in momentul intrarii in saturatie va creste acel curent in mod exponential si ajunge repede la valoarea la care provoaca cadere de tensiune mare pe Ri a tubului. Iar mai importanta va fi inductia maxima decit permeabilitatea. Permeabilitatea are prima importanta la bobine nesaturabile insa cind vorbim de saturatie, Bmax e determinant nu permeabilitatea.

Editat Decembrie 19, 2017 de adigh