Когда проводятся расчёты по трансформатору – надо определиться с результатом, который интереснее всего для конечного пользователя, создающего выходной трансформатор для ГУ50. Правильность проведения расчётов для выходных трансформаторов – вопрос, который часто возникает у начинающих радиолюбителей.
Советы от экспертов
Параметры выходного транса выглядят по-разному для одного и того же устройства, причиной чего становится применение различных методик. Особенно заводит в тупик разница более чем в два раза между показателями коэффициента трансформации и количества витков.
Усилители отличаются такими основными параметрами:
- Кдемп – коэффициент по демпфированию.
- Кг – коэффициент гармоник.
- Fb – воспроизводимая частота, верхняя.
- Fh – тоже частота воспроизведения, только ниже.
- Р – мощность.
Все указанные выше параметры определяются выходными трансформаторами. Предположим при этом, что схема неизменна, не содержит ООС. Иногда происходит так, что невозможно получить высокие показатели по одним параметрам без противоречий с другими. К примеру, с большой вероятностью приходится пожертвовать мощностью, чтобы увеличить Кдемп и уменьшить Кг.
Не получится добиться оптимального соотношения абсолютно по всем цифрам. Между качеством и мощностью – такой выбор стоит перед владельцами. В случае с ГУ50 выходной трансформатор не предполагает исключений.
Более подробное объяснение по параметрам
Стоит подробнее рассмотреть, от чего зависит каждый из них.
- Мощность, которая обозначается как Р.
Зависит от того, какой выбран коэффициент альфа. Он нужен для отображения соотношения между сопротивлением нагрузки и внутренним сопротивлением лампы. Мощность увеличивается по мере уменьшения показателя. Процесс в некоторой степени попадает под влияние активного сопротивления у обмоток. Если сопротивление уменьшается – потерь меньше. Увеличение мощности продолжается.
- Fн – нижняя мощность.
Определяется индуктивностью, характерной для первичной обмотки. В свою очередь, последний вид показателя определяется типом железа, объёмом этого материала, витками. Индуктивность надо увеличить, чтобы Fn снижалась. Значит, масса или объём железа вместе с количеством витком тоже должны быть больше.
- Fв. Это частота верхнего типа выходного трансформатора для ГУ50.
Прямо зависит от того, как идёт намотка, какой толщины пластины, какое берётся железо. Увеличение показателя – результат применения тонких пластин. Обмотку выбирают секционную.
- Кг.
Определяется тем, какую владелец выбирает рабочую точку, сопротивление нагрузке. КГ уменьшается при большем сопротивлении нагрузки. Но мощность в такой ситуации будет меньше.
- Кдемп.
Равнозначен показателю альфа. Только активное сопротивление обмоток не учитывается. Чем больше альфа – тем больше Кдемп. Ситуация снова ведёт к меньшей мощности.
О типе/марки трансформаторной стали
При двухтактных усилителях и выходном трансформаторе среди отечественных марок рекомендуют выбирать следующие несколько типов, в том числе – для ГУ 50:
- Э330.
- Э330А.
- Э310.
Что касается импортного трансформаторного железа, то чаще всего выбор останавливают на таких типах изделий:
- М4.
- М6.
Сталь М4 китайского производства по свойствам очень напоминает российский аналог с номером 3413.
М6 – это разновидность кремнистого железа, которое создаётся специально для трансформаторов. При возможности рекомендуется приобретать сразу этот вариант. Все фирменные трансформаторы мотаются именно на таком виде железа. Потери на вихревые токи при перемагничивании снижаются благодаря применению кремния. Омническое сопротивление стали увеличивается.
Сталь обладает и другими преимуществами в виде высокой индукции насыщения, начальной проницаемости. Такое устройство способствует уменьшению размеров трансформатора, либо общему увеличению мощности. Нижняя граничная также легко понижается, если возникает необходимость.
Выходной трансформатор сохраняет эффективность.
Магнитопровода: какой должна быть геометрия?
Заводское изготовление для сердечника при таких обстоятельствах обязательно. Отдельно надо проследить за наличием известных видов маркировок. Трансформаторная сталь – основа для сердечников двух видов:
- Наборные, или ламинированные.
В этом случае сердечник собирают пакетом, из штампованных пластин.
- Витые ленточные.
На оправку нужной формы наматывают непрерывную ленту.
Витая группа сердечников тоже делится на разновидности – тороидальные, разрезные.
Тороидальные представляют, по сути, цельные кольца. Разрезные – тоже кольца, но разрезанные на две части.
По электромагнитным параметрам витые разновидности находятся несколько выше по сравнению с ближайшими аналогами. Причина – применение в изготовлении только холоднокатанной анизотропной стали. Все виды обработки налажены в условиях завода, включая термическую и механическую. Сердечник уже на этом этапе практически готов.
При подключении ламп, работающих парно, строгая симметрия – главное требование для трансформаторов в большинстве случаев. В этом плане у сердечников типа ПЛ – масса преимуществ по сравнению с обычными тороидальными изделиями, которые тоже могут применять в ГУ50.
На какие правила опираться?
Использование следующих советов помогает добиться результатов при конструировании трансформаторов, в том числе – для ГУ50.
- Сердечник с обмотками на двух стержнях – целесообразное решение, когда создают двухтактные усилители в комплекте с выходными трансформаторами. Глубина симметрии, как и секционирования, увеличены.
- Оптимальный выбор – один большой сердечник типа ПЛ, обладающий нужным диаметром. Не стоит объединять несколько других разновидностей в одну конструкцию. Тогда соотношение размеров по сечению будет оптимальным.
- ПЛ и П – симметрия одинаковая, материалы изготовления тоже. Параметры у них тоже практически не отличаются друг от друга.
- Намагничивание на малых сигналах, по индуктивности – ещё один параметр, важный для трансформаторов. Длина магнитной линии сердечника тоже оказывает влияние на данный параметр. Предпочтительнее выбирать меньшую длину линии.
- Ленточные сердечники группы ПЛ отличаются ограничениями технологического характера в смысле геометрии. У шихтованных сердечников ограничения отсутствуют. Можно нарубать пластины по-разному.
- Трансформаторные сердечники не участвуют в серийном производстве на предприятиях. При проектировании изделий часто выбирают определённые параметры вроде минимальных габаритов, веса, стоимости и так далее. Чем крупнее компании-заказчики – чем больше у них возможностей по выставлению определённых индивидуальных характеристик для изделий.
Толщина железа или ленты, листа
0,3-0,35 мм – оптимальная толщина для большинства ситуаций. Относительно вопросы эксперты дают некоторые рекомендации:
- Материал сердечника, толщина листа не связаны напрямую. Связь работает опосредованно, по области применения. К примеру, конкретная разновидность материала подходит для определённой сферы применения, где важно соблюдать конкретные показатели толщины.
- М6 – тип стали, чьи магнитные свойства лучше, как и меньше потеря.
- Коэффициент по заполнению стали меньше, если пластины тоньше.
Выбор мощности, сечения магнитопровода
200-300 ватт – габаритная мощность стандартного сердечника на 50-60 Ггц. Количество ватт рекомендуется увеличить 400, если сердечник используется из стали 3408. Тогда допустимая индукция будет больше.
Достаточно простых расчётов для вычисления сечения магнитопровода, который обеспечит необходимый уровень мощности. Обычно речь идёт о 17-20 квадратных сантиметрах. Один такой выходной трансформатор будет весить 5,5 килограмм. За приобретение техники придётся отдать около 300-400 долларов.
Несколько дополнительных практических рекомендаций
При расчёте трансформатора важно добиться оптимального сочетания между числом витков и размерами сердечника, которые позволяют добиться нужного результата. Индуктивность любой величины получают двумя методами:
- Малое число витков на сердечнике большой мощности.
- Значительное количество витков, с малыми сердечниками.
В первом случае для трансформатора будет характерен высокий показатель КПД. Но стоимость оборудования тоже серьёзная. Во второй ситуации показатели на низком уровне, в противоположную сторону. С выбором сердечников определились, пока не высчитаны допустимые потери по полезной мощности.
2 куб.д./Вт – стандартный показатель для трансформаторов серийного производства, если верить тем, кто создал технику. Пластины такого набора работают на мощности до 20 Вт.
Сравнительно редко в этом направлении отжигают штамповые пластины. Потому и величины на практике часто снижены по сравнению с идеальными условиями.
Выводы
Выходной трансформатор не так сложно собрать своими руками. Только на первый взгляд решение вопроса кажется сложным. Но требуется постоянно искать компромиссы между всеми характеристиками. Идеальных параметров при большой массе достичь практически невозможно. Улучшая один параметр, мы всегда ухудшаем другие.
Главное – исходить из разумных показателей с самого начала. Надо грамотно использовать то, что оборудование может предоставить своему владельцу. Тогда и результаты будут радовать долгое время.
