9zip.ru Ламповый звук hi-end и ретро электроника Расчёт однотактного выходного трансформатора

Эту методику прислал один из посетителей, она встретилась ему на одном из форумов. Приводим её в первозданном виде.


Я пользуюсь упрощёнными формулами, подсмотренными у буржуинов. Ну, конечно они с оговорками и, как правило, рассчитаны на использование EI пластин G.O.S.S., но с достаточной точностью подходят и для других магнитопроводов. Округляем всё чуть в большую сторону и всё получится нормально. В целом это выглядит примерно так:

Надо SE 10 - 12Вт. Подходит (из имеющегося в закромах) ГУ-50 в пентоде при Ua=300V, Ug2=250V, Ia0=130мА, Ra = 1,8 ÷ 2 кОм, Pa max = 13 Вт.
Железа есть всякого, но надо пока хотя бы прикинуть.

Итак, расчёты.

1. Sc = 4*sqrt(Pвых) - сечение сердечника (учёными рейха допущены следующие упрощения: стандартные пластины EI, железо с 4% ориентированных зёрен Si - допускает Во = 0,5Тл, Fн = 25 Гц, поэтому в формулах отсутствуют индуктивность, мю, Вмах и т.п.).
Для экстремалов: при Fн = 20 Гц Sc = 4,5*sqrt(Pвых). Кстати, вот таблица, чтоб не считать:
Таблица возможных размеров сердечников в зависимости от выходной мощности. (Посчитано «для экстремалов», данные с интернета + мои промежуточные дополнения + колонка So*Sc).

Мощность трансф-ра, Ватт	Sc, кв.см	Теорети ческая T, мм.	Сердечник T x S, мм. вариант 1		Сердечник T x S, мм.вариант 2		So*Sccм^(округл.)
50	31,81	56,4	50	65	44	80	760
35	26,62	51,6	50	52	44	62	530
28	23,81	48,8	50	47	44	55	425
25	22,50	47,4	44	52			380
20	20,12	44,9	44	46	38	55	305
16	18,00	42,4	38	48			245
14	16,83	41,0	38	45	32	57	210
12	15,60	39,5	38	41			185
10	14,23	37,7	38	38	32	48	150
7	11,90	34,4	32	38	25	60	105
5	10,06	31,7	32	32	25	50	75
4	9,0	30,0	32	28	25	36	60
3	7,8	28,0	25	32			45
2	6,4	25	25	25			30
1	4,5	21	19	24	16	28	15
0,5	3,2	18	16	20			7,8

При внимательном изучении таблицы, видна одна важная закономерность. Соотношение величин в последнем столбце и в первом около 15. Т.е. обмериваем всё имеющееся железо и создаём собственную таблицу пригодности по выходной мощности.

Sc = 4*sqrt(12) ≈ 14 см^2, извлекаем корень и получаем «теоретический сердечник» EI 37х37, с окном 18,5 х 55,5. По-хорошему необходимо учесть коэффициент заполнения сталью, т.е. добавить 10% для пластин и 5% для ленты, получится 15,5 см^2. Итого требуется EI 40x40.
Как быть, если такого железа нет? Надо искать железяку с такой же габаритной мощностью. Pгаб = Sс * Sо – произведение сечений сердечника и окна.

У EI пластин геометрия примерно такая: ширина всей пластины в 3 раза шире керна, боковые полосы и окно равны половине ширины керна. Высота окна в 3 раза больше его ширины. У расчётной (гипотетической) железки Ргаб = 4*4*2*6 = 192 cм^4.

У меня есть стопка высотой 130 мм пластин EI38 от 2кВт УПСа с окном 57 х 19 мм. При наборе 50 мм Ргаб = 3,8*5*1,9*5,7 = 205 cм^4.

Так, с железкой определились, теперь с обмотками.

2. Амплитуда переменки на первичке трансформатора Uam = sqrt(Pвых*Ra) = sqrt(8Вт*4000Ом) = 180 Вольт.
(Вот здесь кстати, мне непонятно: в разных источниках имеются расхождения. Есть ещё формула Uam = sqrt(2*Pвых*Ra). Разница в том, что в одном случае считается действующее напряжение, а в другом амплитудное. Как правильно, я не знаю. Можно “заложиться” и по последней формуле Uam = 250V. Разница в 1,41 раза. Я считаю по первой).

3. Число витков первички W1 = 180*Uam/Sc = 180*180/14 = 2300 витков (формула упрощённая, допущения те же: Во = 0,5Тл, Fн = 25 Гц).
Для экстремалов: при Fн = 20 Гц W1 = 200*Uam/Sc.

Как видно из формулы, при одинаковых Ргаб, транс с меньшим Sc будет иметь большее число витков. К примеру, на сердечнике ТС-160 с Ргаб более 180, и сечением Sc = 8 см^2 потребуется более 4000 витков провода.

4. Диаметр провода первички D1 = (0,7 - 0,9)*sqrt(I), где I - ток через лампу в А, коэффициенты 0,7 - плотность тока 2,5 А/мм^2, 0,9 - 1,5 А/mm^2..
0,7*sqrt(0,13) = 0,252 --- 0,9*sqrt(0,13) = 0,324. Вот в этих пределах (0,25 – 0,33) и будет находиться минимальный диаметр. Оптимально, видимо, 0,28 – 0,3.
У меня есть в достаточном количестве ПЭТВ-2 0,25 (0,3), ПЭТВ-2 0,315(0,37) и импортный 0,3(0,33) – с десяток петель размагничивания кинескопов. Попробуем ПЭТВ-2 0,315.

5. Активное сопротивление первички Rакт = 0,0175*W1*Lср/D1*D1, где Lcр - средняя длина витка, вычисляется как периметр каркаса Р + pi*h, где h –высота щёчек каркаса. В моём случае Lср = 2*(42+54) + 3,14*16 = 0,23 м, значит Rакт = 0,0175*2300*0,23/0,315*0,315 = 93 Ом. Если в первичку влезет витков больше - лучше, но надо следить, чтобы потери в первичке 100%*(Rакт+Ra)/Ra в сумме с потерями во вторичке не превысили 7%, иначе общий КПД трансформатора получится низким. У меня 100%*92/2092 = 4,4%. Некоторые ещё связывают потери в меди с Ri лампы, типа не более 10%, лучше 5%, - это скорее всего справедливо для триодов. Ну, что ж, пусть связывают, да будет так. А у меня пентод с огромным Ri.

6. Коэффициент трансформации Ктр = sqrt(Ra/(Rн*1,25)) = sqrt(4000/(4*1,25)) = 28,3 - для 4 Ом. Для 8 Ом Ктр будет в 1,41 раза меньше. Для 16 – в 2 раза.
У меня есть акустика 6 Ом. Ктр = sqrt(4000/(6*1,25)) = 23.

7. Дальше считаем число витков в слое. Здесь уже расчёт ведём по диаметру провода с изоляцией. Ширину каркаса делим на диаметр провода по лаку и умножаем на 0,95 (неплотность намотки). У меня влезает 130 вит/сл. Соответственно 20 слоёв = 2600 витков. Толщина слоя с прокладкой из бумаги для выпечки = 0,37 + 0,05 = 0,42. Итого 8,5 мм от высоты каркаса (17 мм) займёт первичка со своими прокладками – многовато, но терпимо. На крайний случай можно обойтись конденсаторной бумагой 0,01, но она менее технологична. Реальное Ra при 2600 составит около 105 Ом.

8. Секционирования В-П-В-П-В или П-В-П-В-П вполне достаточно. В первом случае две секции первички по 10 слоёв, во втором 5-10-5 или 10-7-3.

Таблица для выбора вариантов секционирования

Рвых, Вт	Число слоёв перв.	Чередование слоёв	Секционирование
0 - 7	10 – 24	S - 10p÷24p - S	2S + 1P
7 - 15	10 – 20	S - 5p~10p - S - 5p~10p - S	3S + 2P
7 - 15	10 – 20	2p~4p – S – 4p~8p – S – 4p~8p – S – 2p~4p	3S + 4P
15 -30	12	2p - S - 4p - S - 4p - S - 2p	3S + 4P
15 -30	12	S - 4p - S - 4p - S - 4p - S	4S + 3P
15 -30	13	2p - S - 3p - S - 3p - S - 3p - S - 2p	4S + 5P
15 -30	14	2p - S - 3p - S - 4p - S - 3p - S - 2p	3S + 4P
15 -30	14	S - 5p - S - 4p - S - 5p - S S - 5p - S - 4p - S - 5p - S	4S + 3P
15 -30	15	S - 5p - S - 5p - S - 5p - S	4S + 3P
15 -30	16	3p - S - 5p - S - 5p - S - 3p	3S + 4P
15 -30	16	S - 4p - S - 4p - S - 4p - S - 4p - S	5S + 4P
15 -30	16	2p - S - 4p - S - 4p - S - 4p - S - 2p	4S + 5P
15 -30	18	3p - S - 6p - S - 6p - S - 3p	3S + 4P
15 -30	18	S - 4p - S - 5p - S - 5p - S - 4p - S S - 4p - S - 5p - S - 5p - S - 4p - S	5S + 4P
15 -30	20	3p - S - 7p - S - 7p - S - 3p	4S + 3P
15 -30	20	S - 5p - S - 5p - S - 5p - S - 5p - S	5S + 4P
15 -30	20	2p - S - 5p - S - 6p - S - 5p - S - 2p	4S + 5P

9. Теперь вторичку посчитаем. 2600 : 23 = 113 витков. Лучший вариант: последовательное соединение секций. Т.е. по 38 витков в секции при 3-х секциях или по 56 витков – при 2-х. Ширина каркаса 54 мм. Диметр провода по лаку 54*0,95/38 = 1,35 мм. Есть 1,25, но я им мотать не буду – тяжело. Возьму 0,67 сдвоенный (по меди вроде 0,61 - 0,63 – катушки без маркировки). Толщина слоя с изоляцией = 0,72.
Во втором варианте (56 витков) получается 0,92 мм или 0,46. У меня есть 0,45 по лаку. Тоже «проходит». Толщина слоя с изоляцией = 0,51.

10. Теперь вспомним, что у нас осталось 7,5 мм высоты каркаса. По сколько там тире в п. 7?
По четыре. Значит нам надо 4 межсекционные прокладки. Без фанатизма по 3-4 слоя бумаги для выпечки толщиной 0,05 мм. Или 2 слоя бумаги и между ними 1 слой фторопласта 0,04 мм. 4 х 0,2 = 0,8 мм займёт межсекционная изоляция. Осталось совсем мало: 6,7 мм. 6,7 : 0, 72 = 8 целых слоёв, по четыре (если мотать аккуратно) в секции. Либо 6,7 : 0,51 = 12 слоёв. Вот этот вариант я и выберу.

В идеале коэффициенты заполнения окна первичкой и вторичкой должны быть равны.
Кзм = (пи*D^2/4)*W/So, здесь D – диаметр провода, W – количество витков обмотки. So – площадь окна.
Кзм1 = (3,14*D1*D1*W1)/4*So = 3,14*0,315*0,315*2600/56*18 *4 = 0,2
Кзм2 = 3,14*0,4*0,4*112*12/56*18 *4 = 0,17
Примерно на четвёрочку. Общий Кзм = 0,37 – это неплохо.

11. Rакт вторички.
Rакт = 0,0175*58*0,2/0,4*0,4 = 1,3 Ома – это сопротивление 58 витков провода диаметром 0,4 по меди. Общее Rакт = 1,3 + 1,3 = 2,6 Ома. Да 12 жил в параллель = 0,22 Ома

В идеале Rакт первички и приведённое вторички должны быть равны (при этом достигается максимальный КПД).
Rпр вторички = Rакт2*Ктр^2 = 0,22*23*23 = 115 Ом. При Rакт1 = 105 Ома – относительно неплохо.

12. Потери в меди.
Потери в первичке (100%*105)/(2105) = 5%. И потери во вторичке. Для 6 Ом это (100%* Rакт)/(Rакт+Rн) = 3,5%. Суммарные потери = 8,5%. Многовато, но терпимо.

13. Схема намотки. По сути я уже определился: 5сл.П - 6сл.В - 10сл.П - 6сл.В - 5сл.П.

14. Зазор (теоретический). Lз=μ0*W1*I/B=1,26*10^-6*2600*0,13/0,5=0,21мм.

Можно посчитать и по ещё более простой эмпирической формуле:
Lз = W1*I/(15;16)*10^5 = 2600*130/16*10^5 = 0,21 мм, т.е. результат тот же.
Толщина прокладки 0,1 мм
Lз - величина зазора(мМ)
w - количество витков в обмотке
I - величина тока подмагничивания, протекающего через обмотку в мА.
15 и 16 - эмпирический коэффициент. Для трансформатора = 16, для дросселя = 15.

15. Индуктивность первички (теоретическая) L1= μ0*W1^2*Sс/Lз
L1 = 1,26*10^-6*2600*2600*14*10^-4/(0,21*10^-3) = 56 Гн. Сечение и зазор в метрах.

Понравилась статья? Коля говорит: поделись с друзьями!