Отправлено: 29.08.13 11:12. Заголовок: Как работает трансформатор

Да кто же не знает, как работает трансформатор! Все знают.
Я тоже всю жизнь знал, пока не вздумал написать цикл статей (точнее, - заметок) по аудиотрансформаторам. И тут некие вопросы возникли.

Полез я в ТОЭ. Возникли ещё бОльшие вопросы. Полез в физику. В Савельева. Вопросы остались. В Нобелевского лауреата Р. Фейнмана. И, вроде, улеглось всё.
Вот и хочу "улёглостью" этой поделиться.

Возьмём главную формулу для расчёта силового трансформатора. Вообще-то она универсальная.
So*Sc=k*P/(f*j*kzm*B).
Итак, габариты сердечника зависят от мощности. Т.е. мощность (энергия) передаётся из первички в сердечник, оттуда во вторичку.
Но мы знаем основной закон трансформатора.
I1*w1+I2*w2=0.
Отлично. Для реального трансформатора надо дополнить это равенство током через индуктивность рассеяния Ls. Не весь ток перебирается во вторичку. Часть рассеивается в окружающем пространстве. Стало ещё лучше.

Открываем ф-лу для расчёта Ls. И что видим? А там среднегеометрические размеры, числа витков и никакого сердечника...
Привет, а как же так? Мощность (энергия) передаётся, а сердечника нет?
А так. У первички есть индуктивность. Забудем пока о наличии вторички. Нет у нас нагрузки и вторичка не нужна. Стало быть, через первичку потечёт индуктивный ток, или, как принято называть, ток х.х.
Мотанём виток и в сеть воткнём. Появится у нас кз и фузы полопаются.
Значит, витков должно быть много. Где много витков, там много активных сопротивлений. Много - это сколько?
Мощность, рассеиваемая на акт.сопре первички от нагрузки:
Pn1=r1*(Pn/U1)².
Мощность, рассеиваемая на акт.сопре первички от протекания тока хх:
Pxx1=r1*Ixx².
Понятно, что вторая мощность не должна превосходить первую.
И тут появляется мысль: а не вставить ли нам в обмотки трансформатора ферромагнитный сердечник? Индуктивность увеличим, кол-во витков уменьшим, длину провода уменьшим, кпд увеличим.
Так вот зачем седечник нужен! Никакого поля ему передавать не надо, никакой обмен энергиями между обмотками он не осуществляет, только ток х.х. уменьшает. И всё.

Продолжение следует.

 Отправлено: 30.08.13 00:39. Заголовок: Хорошая идея статьи,..

Хорошая идея статьи, хорошее начало.
Одно маленькое предложение: что если термин актсопр заменить на официальное актанс?

 Отправлено: 30.08.13 01:11. Заголовок: Ага, хорошее. Только..

Ага, хорошее. Только кроме Вас никто не заитересовался.
А стОит вопрос поднять, какие конденсаторы покупать и почём, так желающие высказаться в очередь выстраиваются.

Актсопр является прямым сокращением Активное Сопротивление. Заменившее устаревшее омическое сопротивление.
А актанс я в классической литературе не встречал что-то.
Ещё хочу добавить в топик некоторые мелочи по трансформаторам, которые гуляли по разным темам.

 Отправлено: 30.08.13 02:39. Заголовок: Итак, пошли дальше. ..

Итак, пошли дальше. Индуктивность первички:
L=mu*mu0*w1^2*Sc/lm.
Можем мы, зная теперь, как работает трансформатор, увеличить индуктивность?
lm - длина магнитной линии сердечника, зависит от площади окна и ширины ярма сердечника. Окно определяется сечением провода и кол-вом витков. Ничего уменьшить не можем. Ширину сердечника немного можем. Но в разумных пределах, иначе вспучивание увеличится и кзм уменьшится. Так так и делается: ширина ярма пластины к толщине набора сердечника 1:1 до 1:2.
Остановимся на коэфф. заполнения окна по меди. Для трансформаторов 50-тых годов кзм рекомендовали 0.2 .. 0.28. Сейчас 0.28 .. 0.35. Раньше картон для каркасов ставили, сейчас стекло, даже углепластик. Минимизирован зазор сердечник - каркас. Уменьшена толщина межслойных и межобмоточных прокладок. Тщательная укладка, увеличиваем заполнение по слою. Недомотка по краям теперь вообще недопустима. Высококачественная изоляция проводов. Даже выводы своим проводом делаются, чтобы выводные провода МГШВ, МГТФ место в окне каркаса не занимали.
Скучно даже. Знаем больше, а рассчитываем также, как цать лет назад. Почти.
Продолжение следует.

 Отправлено: 31.08.13 05:59. Заголовок: illarionovsp пишет: ..

illarionovsp пишет:

цитата:

Ага, хорошее. Только кроме Вас никто не заитересовался.

Добрый день Сергей Палыч. Ну это Вы зря. Очень внимательно читаем и, как говорится, добавить нечего.
С уважением Антонов Сергей Иванович.

 Отправлено: 31.08.13 16:18. Заголовок: Да я так спросил, ра..

Да я так спросил, разговор поддержать.
А если серьёзно, то приводил полный маткадовский расчёт РР стержневого трансформатора. Маткадовский с комментариями, это научная статья. Всё хорошо, все довольны. Проходит месяц, обсуждаем аналогичный трансформатор. Появляется дух и приводит результаты расчёта по Кризе/Малинину. Где сей дух был, когда я методику и расчёт приводил? Вот бы и писал, что Кризе/Малинин по-другому считают. Вот бы и разбирались, почему в 1950 г. ни компьютеров, ни Маткадов не было. Чего отмалчивался?
Вот я и боюсь, никто не читает, потом трансовелосипеды изобретает...

 Отправлено: 31.08.13 18:20. Заголовок: Итак, продолжим обсу..

Итак, продолжим обсуждение. Раз мы решили для уменьшения массогабаритов пользовать ферромагнетик, например, электротехническую сталь, то вынуждены считаться с насыщением и допустимой рабочей индукцией Br.
Возьмём ф-лу расчёта числа витков обмотки по индукции:
w=E/(4.44*f*Sc*Br).
ЭДС Е - действующее значение (RMS).
По петле гистерезиса мы знаем, что для стали 3408 насыщение наступает при индукции 1.9 .. 2.1 Тл. Очень хорошо. Открываем справочник и читаеv: рекомендованное напряжение одного витка сердечника ШЛМ25х40х45 Е⁽¹⁾ 0.26 В. Вычисляем рекомендованную индукцию:
B=E⁽¹⁾/(4.44*f*Sc)=0.26/(4.44*50*10*10^-4)=1.17 Тл.
Хорошо, а откуда разница такая 1.17 и 1.9 Тл?
Начинаем разбираться.
Ну, во-первых, 2.5х4.0=10 по обозначению, а на деле 2.4х4.0. Разница 0.96.
Во-вторых, в сердечнике не только стальная лента, но и клей. Железа только 0.95.
Живой индукции 1.17/(0.96*0.95)=1.28.
Запомним эту цифру, она нам пригодится.

Теперь - третье, самое интересное. Чтобы сердечник работал, он должен быть обмотан проводом. Стало быть, витки внутри и снаружи. А у кольца (С-кора) внутренний периметр меньше чем внешний. Возьмём закон Ампера для расчёта индукции. Я картинку на нашем форуме приводил, можно найти. Так индукция по внутреннему контуру магнитопровода больше, чем по наружному. И здорово больше. Мы считаем индукцию по среднему сечению и по средней длине магнитной линии.
Врзьмём стандартный тор ОЛ40х64840, так у него индукция в 1.3 раза больше, чем по средней. У нашего ШЛМ25х40 тоже в 1.3 раза больше.
Оставим геометрию, обратимся к практике. Заводские умельцы намотали тор-транс под индукцию 1.7 Тл. А он гудит, как Волховская электростанция. Перемотали на 1.4 Тл и - "тишина, только мёртвые..." (С).
К нашим козлам. 1.28*1.3=1.67 Тл.
Остался запас на всплеск напряжения сети: 1.9/1.67=1.14. Не сильно и много, если 10% по СНиПу положено.
Я сам петлю гистерезиса 3408 снимал и подтверждаю, 1.25 Тл для силовика в самый раз. Материалы выложены на форуме вегалаба.

Теперь несколько слов о работе силовых трансформаторов. Как мы в быту говорим: "Отличный трансформатор": не гудит, не греется, под нагрузкой проседает совсем немного.
В цифрах:
Перегрев не превосходит 25 град.
Просадка под нагрузкой не более 5 -10 %.
Силовик под нагрузкой обязательно должен греться. Иначе железо/медь/деньги на ветер. Но электротехнический допуск на перегрев 50 град - для нас "многовато будет".

Продолжение следует...

 Отправлено: 02.09.13 18:40. Заголовок: Продолжим. Чтобы зак..

Продолжим. Чтобы закончить с "дроссельной" тематикой. рассмотрим индуктивность первички. Почему-то до сих приводятся данные по Кризе 1950 г.
L=mu*mu0*w^2*Sc/lm.
mu - проницаемость железа.
Для электротехнических сталей обычно разделяют начальную проницаемость, максимальную и среднюю.
3408 - начальная 1000, максимальная 10000, средняя 7000.
У современных сталей HiB начальная повышена до 3000 и более.
А в формулу подставляется по-прежнему mu=400, как для стали ХВП (Костин, "Валакон")
В трансформаторах РР, сигнал м.б. любой, хоть милливольтовых уровней. И полоса по НЧ определяется насыщением, а не индуктивностью. Уже при mu=1000, такая зависимость есть.
Силовые же работают при фиксированном напряжении сети и для определения индуктивности и тока хх надо в ф-лу подставлять среднюю проницаемость. Да и сам ток значения не имеет. 5 мА или 35, разницы нет.
Продолжение следует...

 Отправлено: 14.09.13 17:22. Заголовок: С.П. здравствуйте,оч..

С.П. здравствуйте, оч.интересен первый пост,меня вот тоже интересует природа/физика явления, а уже потом ее описание теорией с привлечением математики.
Про инд.рас. и ток который рассеивается на ней интересно не знал. Собственно хотел ,чтобы Вы при наличии времени и желания порассуждали с Р.Фейнманом над вопросом намотки первички (выходник СЕ,простейшее секционирование I-II-I) в один проход от щечки до щечки,т.е на одной щечке горячий конец,а на другой холодный,также можем мотать и вторичку.Изоляция и т.п. нас не волнует,больше волнует отличия на уровне физ.явлений(полей) от традиционной послоевой/реверсной намотки туда-обратно.