Как рассчитать и намотать силовой низкочастотный трансформатор для блока питания УНЧ? FAQ Часть 1


Как рассчитать и намотать силовой низкочастотный трансформатор для блока питания УНЧ? FAQ Часть 1

Эта тема возникла в связи с написанием статьи о самодельном усилителе низкой частоты. Хотел продолжить повествование, рассказав о блоке питания и добавив ссылку на какую-нибудь популярную статью о перемотке трансформаторов, но не нашёл простого понятного описания. Что ж поделаешь, всё нужно делать самому. :) http://oldoctober.com/

В этом опусе я расскажу, на примере своей конструкции, как рассчитать и намотать силовой трансформатор для УНЧ. Все расчёты сделаны по упрощённой методике, так как в подавляющем большинстве случаев, радиолюбители используют уже готовые трансформаторы. Статья рассчитана на начинающих радиолюбителей.


Те же, кто хочет углубиться в расчёты, может скачать очень хорошую книжку с примерами полного расчёта трансформатора, ссылка на которую есть в конце статьи. Также в конце статьи есть ссылка на несколько программ для расчёта трансформаторов.


Близкие темы.

Блок питания для усилителя низкой частоты из доступных деталей. УНЧ, часть 3.

Как подружить Блокнот с Калькулятором Windows, чтобы облегчить расчёты?



Оглавление статьи.

  1. Как определить необходимую мощность силового трансформатора для питания УНЧ?
  2. Какую схему питания УНЧ выбрать?
  3. Расчёт выходного напряжения (переменного тока) трансформатора работающего на холостом ходу или без существенной нагрузки.
  4. Расчёт напряжения (постоянного тока) на выходе блока питания работающего при максимальной нагрузке.
  5. Типы магнитопроводов силовых трансформаторов.
  6. Как определить габаритную мощность трансформатора?
  7. Где взять исходный трансформатор?
  8. Как подключить неизвестный трансформатор к сети?
  9. Как сфазировать обмотки трансформатора?
  10. Как определить количество витков вторичной обмотки?
  11. Как рассчитать диаметр провода для любой обмотки?
  12. Как измерить диаметр провода?
  13. Как рассчитать количество витков первичной обмотки?
  14. Как разобрать и собрать трансформатор?
  15. Как намотать трансформатор?
  16. Как закрепить выводы обмоток трансформатора?
  17. Как изменить напряжение на вторичной обмотке не разбирая трансформатор?
  18. Программы для расчёта силовых трансформаторов.
  19. Дополнительные материалы к статье.

Страницы 1 2 3 4


Как определить необходимую мощность силового трансформатора для питания УНЧ?




Для колонок описанных здесь, я решил собрать простой усилитель мощностью 8-10 Ватт в канале, на самых дешёвых микросхемах, которые только удалось найти на местном радиорынке. Ими оказались – TDA2030 ценой всего по 0,38$.


Предполагаемая мощность в нагрузке должна составить 8-10 Ватт в канале:


10 * 2 = 20W


КПД микросхемы TDA2030 по даташиту (datasheet) – 65%.


20 / 0,65 = 31W


Я подобрал трансформатор с витым броневым магнитопроводом, так что, КПД можно принять равным – 90%.http://oldoctober.com/


31 / 0,9 = 34W


Приблизительно оценить КПД трансформатора можно по таблице.

Мощность трансформатора (Вт) КПД трансформатора (%)
Броневой штампованный Броневой витой Стержневой витой Кольцевой
5-10 60 65 65 70
10-50 80 90 90 90
50-150 85 93 93 95
150-300 90 95 95 96
300-1000 95 96 96 96

Значит, понадобится сетевой трансформатор мощностью около 30-40 Ватт. Такой трансформатор должен весить около килограмма или чуть больше, что, на мой взгляд, прибавит моему мини усилителю устойчивости и он не будет «бегать» за шнурами.

Если мощность трансформатора больше требуемой, то это всегда хорошо. У более мощных трансформаторов выше КПД. Например, трансформатор мощностью 3-5 Ватт может иметь КПД всего 50%, в то время как у трансформаторов мощностью 50–100 Ватт КПД обычно около 90%.

Итак, с мощностью трансформатора вроде всё более или менее ясно.

Теперь нужно определиться с выходным напряжением трансформатора.

Вернуться наверх к меню


Какую схему питания УНЧ выбрать?

Для питания микросхемы, я решил использовать двухполярное питание.

При двухполярном питании не требуется бороться с фоном и щелчками при включении. Кроме того, отпадает необходимость в разделительных конденсаторах на выходе усилителя.

Ну, и самое главное, микросхемы, рассчитанные на однополярное питание и имеющие соизмеримый уровень искажений, в несколько раз дороже.

Это схема блока питания. В нём применён двухполярный двухполупериодный выпрямитель, которому требуются трансформатор с двумя совершенно одинаковыми обмотками «III» и «IV» соединёнными последовательно. Далее все основные расчёты будут вестись только для одной из этих обмоток.

Обмотка «II» предназначена для питания электронных регуляторов громкости, тембра и стереобазы, собранных на микросхеме TDA1524. Думаю описать темброблок в одной из будущих статей.

Ток, протекающий через обмотку «II» будет крайне мал, так как микросхема TDA1524 при напряжении питания 8,5 Вольта потребляет ток всего 35мА. Так что потребление здесь ожидается менее одного Ватта и на общей картине сильно не отразится.

Вернуться наверх к меню


Расчёт выходного напряжения (переменного тока) трансформатора работающего на холостом ходу или без существенной нагрузки.

Этот расчёт необходимо сделать, чтобы обезопасить микросхему от пробоя.

Максимальное допустимое напряжение питания TDA2030 – ±18 Вольт постоянного тока.

Для переменного тока, это будет:


18 / 1,41 ≈ 12,8 V


Падение напряжения на диоде* выпрямителя при незначительной нагрузке – 0,6 V.


12,8 + 0,6 = 13,4 V


*Схема применённого выпрямителя построена так, что протекающий в любом направлении ток создаёт падение напряжения только на одном из диодов. При использовании одной вторичной обмотки и мостового выпрямителя, таких диодов будет два.


При повышении напряжения сети, напряжение на выходе выпрямителя увеличится. По нормативам, напряжение сети должно быть в пределах – -10… +5% от 220-ти Вольт.

Уменьшаем напряжение на вторичной обмотке трансформатора для компенсации повышения напряжения сети на 5%.


13,4 * 0.95 ≈ 12,7 V


Мы получили значение максимального допустимого напряжения переменного тока на вторичной обмотке трансформатора при питании микросхемы TDA2030 от двухполярного источника без стабилизации напряжения.

Проще говоря, это чтобы напряжение не вылезло за пределы ±18V и не спалило микруху. :)


Те же значения для этой линейки микросхем.

Тип микросхемы На выходе трансформатора (~В) Напряжение питания max (±В)
TDA2030 12,7 18
TDA2040 14 20
TDA2050 17,4 25

Вернуться наверх к меню


Расчёт напряжения (постоянного тока) на выходе блока питания работающего при максимальной нагрузке.

Этот расчёт необходимо сделать, чтобы оценить максимальную мощность на нагрузке и ограничить её путём снижения напряжения, если она выйдет за допустимые пределы для данного типа микросхемы или нагрузки.

Под нагрузкой напряжение переменного тока на вторичной обмотке понижающего трансформатора может уменьшиться.


12,7 * 0.9 ≈ 11,4V


Падение напряжения на диоде* выпрямителя резко возрастёт под нагрузкой и может достигнуть, в зависимости от типа диода, – 0.8… 1,5V.


11,4 – 1,5 = 9,9V


*Схема применённого выпрямителя построена так, что протекающий в любом направлении ток создаёт падение напряжения только на одном из диодов. При использовании одной вторичной обмотки и мостового выпрямителя, таких диодов будет два.


После выпрямителя получаем на конденсаторе фильтра напряжение постоянного тока:


9,9 * 1,41 ≈ 14V


Но, под нагрузкой, конденсатор не будет успевать заряжаться до максимально возможного напряжения. Поэтому, и в этом случае, исходное напряжение увеличивают на 10%.


14 * 0.9 = 12,6V




В реальности, действующее напряжение может быть и выше, а 12,6 Вольта, это тот уровень, на котором предположительно возникнет ограничение аудио сигнала. На картинке изображён эпюр напряжения на нагрузке, снятый при воспроизведении частоты синусоидального сигнала. Сигнал ограничен напряжением питания УНЧ.

При ограничении сигнала возникают сильные искажения, которые фактически и ограничивают выходную мощность УНЧ.






По даташиту, при напряжении питания ±12,6 Вольта и нагрузке 4 Ω, микросхема TDA2030 развивает синусоидальную мощность 9 Ватт. Этой мощности вполне хватит для моих скромных колонок и она не выйдет за пределы допуска для TDA2030.



Выходная мощность микросхем этой серии на нагрузке 4 Ω при использовании нестабилизированного блока питания с максимальным допустимым напряжением.

Тип микросхемы Мощность на нагрузке (Вт) Напряжение питания на выходе БП под нагр. (±В)
TDA2030 9 12,6
TDA2040 22 14
TDA2050 35 18

Получив необходимые исходные данные, можно приступать к перемотке трансформатора.

Вернуться наверх к меню


Страницы 1 2 3 4


Не удивляйтесь! Эти адреса не связаны со статьей, но они проверены и даже могут представлять интерес для Вас или ваших друзей. Если ничего ценного не нашли, то учтите: мопэд не мой, я только дал объяву. (с)


Нашли ошибку в тексте?Выделите ошибочный текст мышкой и нажмите Ctrl + Enter
Спасибо за помощь!

Комментарии (47)

Страниц: « 1 2 3 4 [5] Показать все

РюмкинЯнварь 11th, 2011 at 14:35

По поводу главы «Как намотать трансформатор?» счётчик не всегда есть под рукой и в продаже,можно и использовать идею одного автора который вместо счетчика применил старый калькулятор как в статье http://datagor.ru/practice/diy-tech/page,1,1,862-stanok-dlja-namotki-transformatorov-i-katushek.html в «Счётчик витков»,что приводит к минимуму деталей ,и конечно вместо геркона с магнитом можно ставить обычную кнопку и болт на оси на вашем валу который будет выполнять нажатие на кнопку :) )

РюмкинЯнварь 21st, 2011 at 13:46

У меня возникли несколько вопров к автору.
Вопрос 1:
При двухкаркасной намотке на витом разрезном сердечнике какое правильное направление намотки бобин будет? Как в ТОРах,в одном направлений по магнитопроводу?
Вопрос 2:
Если я достал например витой разрезной 100Ватный магнитопровод,но мне нужен 50Ватник,то как мне рассчитывать обмотки на 50Ватник или на 100Ватник?
Вопрос 3:
Если есть подозрение в изоляций провода(наример мелкие трещинки и т.д.) то чем мне лучше пропитывать слои?И по поводу плотной бумаги для изоляций,можно ли применить обычную мелованную офисную бумагу и какой плотности?
Вопрос 4:
Если нет для изоляций обмоток лакоткани,что можно применить вместо неё из доступных материалов,например ФУМлента,тряпочная изолента и т.д.?
Вопрос 5:
В витых разрезных сердечниках в местах соединения иногда закрепляют какой то гадостью,чем можно прочистить,так же и касается ржавчины.Потом после сборки чем крепить(заливать) места соединения(если это нужно).

adminЯнварь 21st, 2011 at 15:50

Рюмкин

1. Безразлично, если потом фазировать обмотки. Но, если не желаете фазировать, то нужно пометить начало каждой обмотки и мотать их все в одну сторону.

2. При расчёте количества витков имеет значение только габаритная мощность или индукция мангитопровода (но эти параметры взаимосвязаны). А вот сечение провода обмоток определяет, какую мощность сможет передать трансформатор через ту или иную обмотку. В вашем случае, можно уменьшить сечение провода по сравнению со 100-ваттным трансформатором.

3. При намотке обычных понижающих силовых трансформаторов иногда используют прокладки из папиросной бумаги. Но, делают это, либо при бескаркасной намотке, либо при намотке высоконадёжных трансформаторов, например, для военной техники. Почему папиросной? Чтобы сэкономить место в окне могнитопровода. Окно ведь вырубают исходя из габаритной мощности железа и часто бывает, что запаса на прокладки там нет. Но, между первичными и вторичными обмотками, прокладка должна быть обязательно. Достаточно двух слоёв любой плотной бумаги (0,1… 0,15мм). Нужно следить, чтобы витки вторички не провалились с краю этой прокладки и не коснулись витков первички.

4. ФУМ-ка – не годится, так как слишком пластина и со временем может прорезаться проводом. Киперная лента (х/б) иногда используется в качестве изоляции при намотке обмоток на крупные кольцевые (тороидальные) магнитопроводы. Лакоткань – самый удобный материал, используемый при намотке кольцевых магнитопроводов. При намотке обычных трансов, поверх последней обмотки наматывают полтора слоя плотной бумаги, на которую наносят информацию об обмотках. Если поверх этой бумаги намотать полтора витка лакоткани, то трансформатор приобретёт законченный и вполне промышленный вид.

5. Ответ есть в статье.

РюмкинЯнварь 21st, 2011 at 16:23

«Если после разборки магнитопровода, на нём остались остатки старой эпоксидной смолы, то их можно удалить при помощи самой мелкой наждачной шкурки (нулёвки).» я понял,но там не написано есть ли необходимость потом выполнить заливку соединений эпоксидкой после окончательной сборки или так ржаветь оставить?
По поводу второго вашего ответа я так понял что на стоваттку можно мотать 50ватку без последствий типа нагрев и т.д. и изменений стандартных расчётов?
Но так как вы не ответили полностью на один из моих вопросов я переспрошу:Вопрос 3:
Если есть подозрение в изоляций провода(наример мелкие трещинки и т.д.) то чем мне лучше пропитывать слои?Например Эпоксидкой разбавленной ацетоном, про шеллак скажу что его достать надо ещё,но некоторые говорят что шеллак со спиртом аналогичен французкому полиролю French Polish? http://www.lacom.ru/rustins/french_polish.php или у вас есть совет получше?
И по поводу бумаги,если допустим возникнет необходимость изолировать слои то папиросную бумагу или допустим плотную бумагу (0,1… 0,15мм), во сколько слоёв нужно ложить?Мне кажется что плотную бумагу (0,1… 0,15мм) ложить в один слой с нахлестом,а папиросную как?
больше вопросов нет.

РюмкинЯнварь 21st, 2011 at 17:19

Да и ещё вот немного дополнил к предыдущему посту, я на днях в библиотеку за справочником ходил,время оставалось и я почитал там старую подборку журналов.Оказывается есть ещё один вид переделаного трансформатора что уменьшает его высоту и увеличивает площадь окон вдвое что весьма существенно при «невлезаний»обмоток когда вместо расчитанного провода применяется провода потолще.Это смотрите в РАДИО 1992 №2-3 стр.65.Я посчитал что средняя перегородка вообще излишняя,и подумал а что если пластины промазать эпоксидкой и склеить половинки отдельно через скажем струбцинчики(тут нужна точность и рукастость) а торцы стыка удалить от эпоксидки по вашему методу.Получится нечто похожее на витой разрезной экономичный.И я по изложенной статье сделал расчёты по штамповке,и что то у меня не сходится с указанной первичкой в статье 4400витков.У меня выходило от3257до3850 витков,про диаметр я вообще молчу.Что то здесь не так,может я неправильно расчитал или это уже считать витым разреным.Вы как специалист может подскажете?

adminЯнварь 21st, 2011 at 17:55

Рюмкин

Если не склеить половинки магнитопровода эпоксидной смолой, то велика вероятность, что трансформатор будет сильно гудеть (резонировать на 50-ти Герцах). Склейку нужно производить, когда всё изделие готово и исправно работает. Вдруг, во время испытаний изделия выясниться, что нужно отмотать или домотать какую-либо обмотку.

…стоваттку можно мотать 50ватку…

Нужно рассчитать каждую обмотку с учётом потребляемой мощности. Первичную нужно рассчитывать более чем на 50-т Ватт с учётом КПД конкретного транса. В данном случае, КПД будет выше, так как можно исходить из габаритной можности, а она у нас 100 Ватт.

…например мелкие трещинки…

Если Вы мотаете виток к витку, то трещинки в лаковом покрытии не мешают, так как между соседними витками и даже витками соседних слоёв напряжение невелико. Но, если сколоты значительные участки лака, то может произойти, так наз., межвитковое замыкание. И от этого никакая пропитка не спасёт.

.

В качестве ремонтопригодной пропитки можно использовать стеарин, парафин, воск или смеси этих веществ. Делается это так. Берёте консервную банку подходящего размера и бросаете туда несколько, нарезанных на части, самых дешёвых толстых свечек, купленных в хоз. товарах. Затем, эту банку кладёте в кастрюлю с водой и доводите воду до кипения. Когда стеарин растает, опускаете туда готовую и испытанную катушку вместе с бобышкой (имеется в виду бескаркасная намотка). Выдерживаете какое-то время, чтобы стеарин проник в щели. Вынимаете катушку, остужаете и только потом выбиваете бобышку.

.

Папиросную или другую бумагу, используемую как межслоевую прокладку, кладут в один слой внахлёст. Участок прокладки намотанной вахлёст располагают так, чтобы он не попал в окно будущего магнитопровода. Это позволяет сэкономить немного места.

Если я говорю, что можно обойтись без межслоевых прокладок, то это не значит, что не нужно изолировать выводы обмоток. Выводы и отводы обмоток располагаются перпендикулярно виткам обмотки, что создаёт дополнительно давление на лаковое покрытие.

.

Ответ на Ваш последний пост в форуме.

adminЯнварь 21st, 2011 at 18:05

Дальнейшее обсуждение статьи и ответы на вопросы перенесены в форум. Для перехода в соответствующую тему воспользуйтесь, пожалуйста, ссылкой.

Как рассчитать и намотать силовой трансформатор. >>>

Страниц: « 1 2 3 4 [5] Показать все