Резонансный трансформатор Степанова: рабочая схема и расчёт

Содержание
  1. Ламповый двухтактный усилитель начального уровня.
  2. Как использовать резонансный трансформатор в системе отопления
  3. Резонансный трансформатор: конструкция и принцип работы
  4. Выбор типа магнитопровода.
  5. Сборка и настройка
  6. Сборка трансформаторов
  7. Режим работы под нагрузкой
  8. Напряжения
  9. Настройка конденсатора С3
  10. Настройка Конденсатора С2
  11. Нижняя часть схемы
  12. Получение исходных данных для простого расчёта импульсного трансформатора.
  13. Марганец-цинковые ферриты.
  14. Никель-цинкове ферриты.
  15. Особенности намотки импульсных трансформаторов.
  16. Дифференциальный выходной трансформатор в двухтактных ламповых УМЗЧ
  17. Как рассчитать диаметр провода для первичных и вторичных обмоток?
  18. Низкочастотный резонанс в лабиринте: польза и вред от увеличения звуковой мощности в 200 раз
  19. Свежий взгляд или хорошо забытое старое
  20. Идея и результат
  21. Резонанс как закадычный враг
  22. Перспективы применения
  23. Как рассчитать число витков первичной обмотки?
  24. Общее представление о работе схемы и о сборке и настройке схемы
  25. Как выбрать ферритовый кольцевой сердечник?
  26. Используемые детали
  27. Сердечники
  28. Трансформатор Т1
  29. Трансформатор Т2
  30. Трансформатор Т3
  31. Трансформатор Т4
  32. Конденсаторы
  33. Конденсатор С1

Ламповый двухтактный усилитель начального уровня.

После сборки несимметричного усилителя я хотел сделать что-то более мощное, но я понятия не имел, с чем мне придется иметь дело. Во-первых, десятки схем пришлось просмотреть на специализированных интернет-ресурсах. Так как мощности требовалось много, схемы с выходной лампой пришлось отложить — даже параллельное или тройное соединение ламп в один шлейф не даст серьезной мощности, конечно, если это не 6П45С или 300 В — с высокий анод. Но эффективность такой конструкции не выдерживает критики, поэтому мне пришлось пойти по стопам Маршалла и взять за основу стандартную двухтактную схему с 6H9C в фазоинверторе. Именно такое включение позволяет без искажения АЧХ и амплитуды вращать фазу сигнала и равномерно усиливать каждую полуволну. Принципиальная схема лампового усилителя мощности.

Собрал запчасти по всей России — лампы 6П3С (вместо 6П6С — решил поставить 6П3С) из Новосибирска, 6Н1П (вместо 6Н9С) из Уфы, трансформаторы из Смоленска. Также можно оставить в схеме оригинальные лампы. Все остальное терпение и ручной труд.

Основным элементом лампового усилителя является выходной трансформатор. Поскольку сложность изготовления трансформаторов является препятствием не только для новичков, но и для многих опытных радиолюбителей, выбор был сделан в пользу готовых трансформаторов. Но выходные трансформаторы особых размеров и с обмоткой обычно очень дороги. Интересное альтернативное решение было предложено С.Комаровым в серии статей в журнале «Радио» — использовать на выходе унифицированные трансформаторы TAN. Главное достоинство этого варианта — цена, которая на порядок ниже, чем у трансформаторов вывода звука. Это было основным фактором в пользу использования трансформаторов TAN. Для этого усилителя были выбраны имеющиеся трансформаторы ТАН3-127 / 220-50.

Вместо этих трансформаторов можно использовать ТАН13, ТАН14, ТАН15, а также ТАН27, ТАН28, ТАН29. Чтобы использовать трансформаторы TAN в качестве выходных, необходимо учесть, что сетевая обмотка трансформатора должна быть разделена розеткой на 127 вольт (трансформатор имеет маркировку 127/220). TAN3 также используются в качестве силовых трансформаторов. Трансформатор с сетевой обмоткой всего на 220 вольт (ТАН3-220-50) здесь уже вполне подойдет. Путем последовательного подключения вторичных обмоток к выходу трансформатора получается необходимое напряжение. Блок питания усилителя собран по классической трансформаторной схеме (см. Схему) с мостовым выпрямителем и LC-фильтром. Для увеличения нагрузочной способности обмотки накала соединены параллельно. Для снижения уровня фона была создана искусственная средняя точка из резисторов R15 и R16. В LC-фильтре используются унифицированные индуктивности D21N с индуктивностью 2,5 Гн, рассчитанные на ток 0,14 А. Обмотки индуктивности соединены последовательно. Не столько для продления срока службы ламп, сколько для различных гармоник, исходящих от диффузоров во время нагрева катода, я решил добавить в усилитель мощности схему задержки анодной мощности.

Задержка анодного напряжения около минуты, схема простая, из дорогих деталей — просто полевой транзистор. Как известно, в любом электронном устройстве в целом, а особенно в ламповой технике, корпус — самая сложная часть конструкции, изготовить которую в домашних условиях проблематично. Часто это занимает больше времени, чем электронное заполнение. Пришлось потрудиться, чтобы металлический корпус выглядел достойно и элегантно на столе среди современного оборудования, но результат того стоил.

Когда вся конструкция светится желтыми и синими огнями, это становится чрезвычайно красивым и расслабляющим зрелищем. Мои лампы не совпали, поэтому пришлось подобрать катодные резисторы R12-R12 ′ (в исходной схеме катоды выходных ламп соединены вместе и к ним подключены резистор и конденсатор), баланс между анодами на выходных лампах оказалось 0,09 В.

Возможно, кто-то скажет, что это чисто гитарный усилитель: пентодное переключение выходных ламп, трансформаторы на выходе — нормальные унифицированные ТАН… Но этот ламповый усилитель мощности звучит лучше музыкальных центров средней ценовой категории. Автор — Николай Константинович ELWO.RU

Как использовать резонансный трансформатор в системе отопления

Резонансный трансформатор Мишина способен увеличивать мощность в 10 раз. По сути, это реактивная мощность, создаваемая стоячими электромагнитными волнами, которую можно удалить с помощью какого-либо оборудования.

Если использовать несколько таких преобразователей, мощность возрастет в сотни раз. Теоретически это можно использовать даже в системе отопления для экономии энергии.

Максимальный эффект от резонанса можно получить, если увеличить добротность (отношение тока в реактивной составляющей к току в активной составляющей) второй цепи в 30-200 раз. В этом случае реактивный ток будет протекать через реактивную емкость и индуктивность, которые во много раз превышают ток на входе. Обычно он остается в цикле из-за противофазы. То есть фазы компенсируют друг друга, но создают магнитное поле. Этот эффект уже используется в электродвигателях, где КПД зависит от степени резонанса.

серый мишин трансформатор

Вы не можете построить резонансный контур из материалов, которые только что попали в ваши руки, его нужно строить сознательно. Только тогда из сети будет потребляться несколько ватт и реактивная энергия будет большой. Его можно перенести на односторонний трансформатор или котел отопления.

Например, у нас есть домашняя сеть 220 Вольт, 50 Гц Задача: получить на индуктивности в резонансном контуре ток 70 Ампер.

По закону Ома мощность цепи индуктивности переменного тока в преобразователе Седоя должна быть:

I = U / R, где R — сопротивление обмотки.

R = 2πfL, где:

L — индуктивность обмотки (измеряется в Генри);

f — частота (в домашней сети 50 Гц).

Это означает, что мощность:

I = U / 2πfL, а индуктивность:

L = U / 2πfI = 220 В / 2 * 3,14 * 50 * 70 = 0,010 Гн (Генри).

То есть, чтобы получить 70 А, индуктивность должна быть 0,010 Гн.

Емкость конденсатора (закон Томсона):

f = 1 / (2π * √ (L * C)) = 1 / (4 * (3,14 * 3,14) * 0,01 H * (50 Гц * 50 Гц)) = 0,001014 F (1,014 мФ)

Потребление сети 220 В составит 6,27 Вт.

серый мишин трансформатор и инструменты

Мишин использовал двухпроводной статор от электродвигателя для создания вторичной обмотки. Для удобства вырезал выступы, витки не считал, наматывал одновременно 2 провода сечением 1 мм до полного заполнения двухпроводки, для ограничения мощности сети использовал лампа накаливания, при входном напряжении 70 В. Первичная обмотка — один виток медной трубки.

На самом деле достоверных и точных данных о том, как использовать такой самодельный прибор для отопления, нет. Хотя известно, что на этом принципе работают вихревые индукционные нагреватели.

трансформер Мишина

Резонансный трансформатор: конструкция и принцип работы

Резонансный трансформатор часто называют трансформатором Тесла или катушкой Тесла. Устройство было запатентовано Соединенными Штатами Америки двадцать второго сентября тысяча восемьсот девяносто шестого года под названием «Аппарат для производства электрического тока максимального потенциала и частоты». Как следует из названия, это устройство изобрел известный ученый Никола Тесла.

Простейший резонансный трансформатор состоит из двух катушек без агрегатного сердечника. Первичная обмотка имеет всего несколько витков (от трех до десяти). Однако эта обмотка намотана толстым электрическим проводом. Вторичную обмотку такого устройства, как резонансный трансформатор, часто называют высоковольтным. Он имеет намного больше смен, чем первичный (до нескольких сотен). Однако он обмотан более тонким электрическим проводом.

В результате такой простой конструкции резонансный трансформатор имеет ТТ (коэффициент трансформации), который в несколько десятков раз превышает значение отношения витков вторичной обмотки к первичной обмотке. Выходное напряжение на таком трансформаторе может превышать один миллион вольт. На основе этого проекта уже разработаны такие устройства, как генераторы резонанса. Кроме того, такие электромобили часто используются как демонстрационные устройства. Из-за огромного напряжения на резонансной частоте такое устройство способно создавать электрические разряды прямо в воздухе. К тому же их длина может быть действительно впечатляющей. В зависимости от входного напряжения длина разряда может достигать нескольких десятков метров. Сама конструкция электрической установки, такой как резонансный трансформатор Теслы, довольно проста и понятна. Он состоит из катушек (двух — вторичной и первичной), разрядника (также известного как переключатель). В этом устройстве обязательно должны быть конденсаторы (как для компенсации, так и для накопления заряда). Часто используются тороидальные катушки и клеммы (для создания такого устройства, как резонансный трансформатор с усилением мощности).

резонансный трансформатор с усилением мощности

Как упоминалось выше, первичная обмотка традиционно имеет несколько витков, а вторичная обмотка — несколько сотен. Кроме того, часто бывает плоская, горизонтальная, цилиндрическая, коническая или вертикальная первичная обмотка. Также в таком устройстве, как резонансный трансформатор, нет ферромагнитного сердечника (в отличие от силовых или измерительных трансформаторов). Следовательно, он имеет гораздо меньшую взаимную индукцию между обмотками обеих катушек, чем у обычных традиционных трансформаторов (усиление индуктивной связи достигается именно благодаря наличию ферромагнитного сердечника).

Следовательно, конденсатор и первичная обмотка составляют колебательный контур. Сюда входит нелинейный элемент — разрядник, который состоит из двух электродов с зазором. Вторичная обмотка также образует аналогичную цепь, но здесь вместо конденсатора используется тороид. Именно наличие двух связанных схем генераторов составляет всю основу работы такого устройства, как резонансный трансформатор Теслы.

Частоты вибрации человеческого тела и органов
Резонансный трансформатор
Частоты вибрации человеческого тела и органов
Резонансный трансформатор
Резонансный трансформатор

Выбор типа магнитопровода.

Наиболее универсальными магнитопроводами являются сердечники брони W-образной и чашеобразной формы. Их можно использовать в любом импульсном блоке питания, благодаря возможности устанавливать зазор между частями сердечника. Но мы намотаем импульсный трансформатор для двухтактного полумостового преобразователя, сердечник которого не нуждается в зазоре и поэтому кольцевой магнитопровод вполне подойдет.

Для сердечника кольца делать каркас и делать намоточное устройство не обязательно. Единственное, что нужно сделать, это сделать простой шаттл.

Размер кольцевой магнитной цепи можно определить по следующим параметрам.

D — внешний диаметр кольца.

d — внутренний диаметр кольца.

H — высота кольца.

В справочниках по ферритовым магнитопроводам эти размеры обычно указывают в следующем формате: КDxdxH.

Сборка и настройка

Сборка трансформаторов

Используются обычные медные лакированные провода (с лакокрасочной изоляцией). В случае тороидального трансформатора T1 сначала наматывается вторичная обмотка W2, а на нее наматывается первичная обмотка W1 — НЕПРАВИЛЬНО. Коррекция 46 мин 30 сек. Сначала оборачивается первичная обмотка, затем фольга, вторичная обмотка и снова фольга. Кроме того, вторичка не оборачивается на 360 градусов тора, а оставляется зазор, чтобы в этом месте можно было соединить фольгу из нескольких слоев (нет контакта — используется изоляция). Если кривые не помещаются в один слой, вам нужно пропустить этот свободный сектор и продолжить обертывание второго слоя за ним.

Пример трансформатора с сердечником 3 кВт показан на фотографиях:

Режим работы под нагрузкой

Катушка W2 отключена от магнитного соединения с W1, потому что она находится в экране. Кроме того, обмотка W3 отключена от W4, по этой причине начинает работать схема W2-W3-C1 — она ​​разряжается и, следовательно, тоже. Так что этот контур хорошо держит резонанс — он не ломается. Резонанс трансформатора Т1 проверяется после включения следующим образом: если обмотка W1 нагревается больше, чем сердечник, то все в норме — есть резонанс и если сердечник нагревается больше, чем обмотка, трансформатор собран неправильно . В сердечнике легко найти место, которое начинает сильнее нагреваться, если есть пирометр — это может быть участок болтов или другие там и ошибка сборки.

В цепи W2-W3-C1 вращается ток 28А. На обмотке W4 измерения показывают напряжение 220В.

При резонансе сердечник трансформатора Т1 мощностью 3кВт нагревается до 80-90 градусов. Трансформатор Т2 также нагревается до 80 градусов. Если мощность цепи W2-W3-C1 составляет 5кВт, то на выходе L1 может быть снято только 1,5-2кВт мощности, так как схема начинает выходить из строя из-за нагрева ядра. Те, если нужно на выходе снять 2 кВт, трансформатор Т1 и трансформатор Т2 должны быть по 5 кВт.

Напряжения

W3 — резонанс 230 В.

Настройка конденсатора С3

На выходе используется индукционный нагреватель мощностью 1,5 кВт — L1 в качестве потребления. Добавляя емкость C3, мы вводим в резонанс минимальный ток W4-L1 или косинус phi должен быть равен 1 (при регулировке косинусом токовые клещи подключаются к клеммам L1, а сами они размещаются на проводе W4. -L1) — тогда мощность потребления уменьшается и цепь W2-W3-C1 разряжается.

Настройка Конденсатора С2

Конденсатор C2 регулирует косинус phi cosφ = 1, так что претензий со стороны сетевой компании нет. Конденсатор C2 зависит от того, сколько реактивной энергии возвращается обратно (около 40-50 мкФ). Необходимо сделать косинус напряжения между W1 и C2 и тока I1 равным единице. Косинус измеряется специальными зажимами, которые надеваются на провод с током I1 и соединяются клеммами с W1.

Нижняя часть схемы

Нижняя часть схемы (T3 ⇐ = ⇒ T4) — это обратная связь для настройки — сравните нагрузку с входом, чтобы не нарушился резонанс.

Саморегулирование работает так: при нагреве, если ток в W5 уменьшается, то в W6 он уменьшается, в W7 уменьшается и в W8 напряжение уменьшается, кроме того, возможно, что подключение трансформатора T4 поменялось местами в цепи и должен быть подключен с противоположной полярностью, чтобы напряжение давало противоположный эффект. Из каждой катушки трансформаторов Т3 и Т4 лучше сделать по 20 кабелей для настройки.

Получение исходных данных для простого расчёта импульсного трансформатора.

Помню, когда иностранцы еще не приватизировали наши электросети, я строил импульсный источник питания. Работа затянулась до вечера. Во время нескольких последних тестов было внезапно обнаружено, что ключевые транзисторы начали сильно нагреваться. Оказалось, что напряжение в сети ночью поднялось до 256 вольт!

Конечно, 256 Вольт — это многовато, но руководствоваться ГОСТ 220 + 5–10% тоже не стоит. Если выбрать максимальное напряжение сети 220 В + 10%, тогда:

242 * 1,41 = 341,22 В (учитывать значение амплитуды).

341,22 — 0,8 * 2 ≈ 340В (вычесть падение на выпрямителе).

Определите приблизительное значение индукции по таблице.

Пример: 2000НМ — 0,39Т.

Частота генерации самовозбуждающегося преобразователя зависит от многих факторов, в том числе от величины нагрузки. Если вы выберете 20-30 кГц, вы вряд ли ошибетесь.

Предельные частоты и значения индукции диффузных ферритов.

Марганец-цинковые ферриты.

Параметр Марка феррита
6000 Нм 4000 Нм 3000 Нм 2000 Нм 1500 Нм 1000 морских миль
Частота среза при tg δ ≤ 0,1, МГц 0,005 0,1 0,2 0,45 0,6 1.0
Магнитная индукция B при Hm = 800 А / м, Тл 0,35 0,36 0,38 0,39 0,35 0,35

Никель-цинкове ферриты.

Параметр Марка феррита
200NN 1000NN 600NN 400NN 200NN 100NN
Частота среза при tg δ ≤ 0,1, МГц 0,02 0,4 1.2 2.0 3.0 тридцать
Магнитная индукция B при Hm = 800 А / м, Тл 0,25 0,32 0,31 0,23 0,17 0,44

Особенности намотки импульсных трансформаторов.

Обмотка импульсных трансформаторов, в частности трансформаторов на кольцевых и тороидальных магнитопроводах, имеет некоторые особенности.

Дело в том, что если одна обмотка трансформатора неравномерно распределена по периметру магнитопровода, отдельные участки магнитопровода могут стать насыщенными, что может привести к значительному снижению мощности блока питания и даже привести к его неудача.

Казалось бы, можно просто посчитать расстояние между отдельными витками катушки, чтобы витки обмотки точно уместились в один или несколько слоев. Но на практике наматывать такую ​​обмотку сложно и утомительно.

Мы пытаемся завернуть в «ленивую упаковку». И в этом случае самый простой способ — намотать однослойную обмотку «по очереди».

Что для этого нужно?

Необходимо подбирать провод такого диаметра, чтобы он одним слоем подходил «виток к витку» в окне существующего кольцевого сердечника, а также чтобы количество витков первичной обмотки не сильно отличалось из того, что рассчитано.

Если полученное в калькуляторе количество витков не отличается более чем на 10-20% от количества, полученного в формуле расчета стека, можно смело наматывать обмотку, не считая витков.

Правда, для такой обмотки, скорее всего, придется выбирать магнитопровод с немного завышенной общей мощностью, которую я уже рекомендовал выше.

1 — кольцевидное ядро.

3 — витки обмотки.

D — диаметр, по которому можно рассчитать периметр, занимаемый витками обмотки.

При намотке «от поворота к повороту» расчетный периметр будет намного меньше внутреннего диаметра ферритового кольца. Это связано с диаметром самой проволоки и толщиной полосы.

Фактически, фактический периметр, который будет заполнять провод, будет еще меньше. Это связано с тем, что обмоточный провод не прилегает к внутренней поверхности кольца, образуя определенный зазор. Кроме того, существует прямая зависимость между диаметром проволоки и размером этого зазора.

Нет необходимости увеличивать натяжение провода при намотке, чтобы уменьшить этот зазор, так как это может повредить изоляцию и сам провод.

Используя приведенную ниже эмпирическую формулу, можно рассчитать количество витков на основе диаметра существующего провода и диаметра центрального окна.

Максимальная погрешность расчета составляет примерно –5% + 10% и зависит от плотности нити.

w = (D — 10S — 4d) / d, где:

w — количество витков первичной обмотки,

— 3,1416,

D — внутренний диаметр кольцевого магнитопровода,

S — толщина изоляционной полосы,

d — диаметр провода с изоляцией,

/ — дробная черта.

Здесь описано, как измерить диаметр провода и определить толщину изоляции.

Некоторые примеры расчета реальных трансформаторов.

● Мощность — 50 Вт.

Магнитопровод — К28 х 16 х 9.

w = π (16 — 10 * 0,1 — 4 * 0,39) / 0,39 ≈ 108 (оборотов).

Действительно подходит — 114 кругов.

● Мощность — 20 Вт.

Магнитопровод — К28 х 16 х 9.

w = π (16 — 10 * 0,1 — 4 * 0,25) / 0,25 ≈ 176 (оборотов).

Действительно подходит — 176 кругов.

● Мощность — 200 Вт.

Магнитопровод — два кольца К38 х 24 х 7.

w = (24 — 10 * 0,1 — 4 * 1,07) / 1,07 ≈ 55 (оборотов).

Он действительно измеряет 58 кругов.

В практике радиолюбителя редко удается подобрать диаметр обмоточного провода с необходимой точностью.

Если проволока слишком тонкая для обмотки «виток на поворот», как это часто бывает при намотке вторичной обмотки, всегда можно немного удлинить обмотку, сдвинув витки в сторону. А если сечения провода не хватает, обмотку можно намотать сразу на несколько проводов.

Дифференциальный выходной трансформатор в двухтактных ламповых УМЗЧ

Профиль Напишите сообщение. У каждого свой рыбный суп. Катодный повторитель — это не кишечник. Слушал такой усилитель, он далек от трансформатора SE по звуку. На более высокие уши работает терпимо, но ох не для него. И поэтому каждый должен решить для себя, что для него лучше всего и чего они стоят. Сейчас я это слушаю. Наушники на meandr 63 Senior Member offline meandr 63 Senior Member Уважаемый, но дело не в этом.

Ваш SRPP звучит лучше. Вы хотите, чтобы кто мешал? Но я фанат трансформаторного вывода. Думаю, не стоит. Стоило бы. А так, увы, ваш будет лучше. Я не умею мат. Может купить готовый есть где под усилитель для наушников? Отказаться рекомендую двухтактную схему с одной лампой GU32 и одним выходом TN36 на канал. Хотелось бы сделать оригинальный ламповый стереоусилитель на двоих по одному в канале ГУ. Ну, если уж вы хотите воткнуть как выход VT, ради бога.

Хватай схему Сергея Комарова на 6П14П и вперед! Половина GU32 примерно эквивалентна 6П14П. Просто в такой схеме целесообразно вводить ООС с глубиной db.

Есть где-то на домашнем компе импортные схемы на А. Вечером посмотрю и добавлю сюда. БП вольт. Если громкости с наушниками не хватает, накручиваем витки на ТВЗ проводом 0,3 мм. Таких схем в Интернете много. Это тоже нормально, хотя и немного хуже. Спасибо за скетч. Поэтому GU32 по характеристикам примерно похож на c6p14p. Другой вопрос? Можно ли оставить номиналы резисторов прежними? Я видел в сети ламповую схему на трансформаторах TAN и так далее. Кстати, на фото я видел ваш усилитель. Я думаю о чем-то похожем.

Внешний вид ГУ Истин 6Ж52П бросается в глаза, поэтому лучше всего использовать лампы, которые я указал выше. Если вы имеете в виду резисторы при замене 12AT7 на 6H8C, то да, я не менял номиналы. Но вторичные блоки TN должны быть подключены так, чтобы сопротивление Raa было близко к 8 Ом, в зависимости от типа динамиков, которые у вас есть, 4 или 8 Ом. Края прямоугольного сигнала с частотой 2 кГц уже «размазаны», 10 кГц — это что-то вроде «треугольника», 15 кГц — не «прямоугольник.

Мощность тр-р. Таблица 1. Raa Ом под нагрузкой. А если серьезно, то очевидно, что использовать TH в качестве выходного дня — не инстинкт. У лампы 6Э5П схема такая? Схема такая, смотрите распиновку. Ну анодное напряжение на 6э5п давать уже не стоит. В катоде установлен резистор на 62 Ом. Питание, что-то от ТАН малой мощности с вторичным напряжением, потом диодный мост, конденсатор хв. Так что дроселек на gn вы можете получить Dr, 08 от col. Также появился дросель. Зимние шины. Метро остановили из-за того, что на пути помешала женщина.

Волшебная цена в рублях. Тайный гость пошел на презентацию матраса. Перейти в раздел. Следственная комиссия опровергла версию очевидца. Дневник Renault Arkana: первое ТО. Женщина только что купила машину и не помнит, где она ее оставила. Wargaming закрыла студию в Финляндии. Google попросил установить на новые смартфоны только Android, брестчанин купил фирменную отвертку, а получил игрушку для детей.

Как рассчитать диаметр провода для первичных и вторичных обмоток?

Диаметр провода первичной и вторичной обмоток зависит от параметров мощности, введенных в модуль. Чем выше ток намотки, тем больше требуется диаметр провода. Ток первичной обмотки пропорционален «используемой мощности трансформатора».

Низкочастотный резонанс в лабиринте: польза и вред от увеличения звуковой мощности в 200 раз

В этом году в журнале Американского акустического общества ученые Цзяцзюнь Чжао, Ликун Чжан и Инь Ву опубликовали статью «Усиление монохромного мультипольного излучения с помощью субволновой оболочки вырожденных резонансов Ми» об их изобретении, которое увеличивает звуковую мощность низких частот за счет резонансы. Судя по отчету исследователей, изобретенный ими пластиковый корпус диаметром 10 см, изготовленный на 3D-принтере, способен увеличить звуковую мощность вуфера в 200 раз.

Традиционно для увеличения громкости (звукового давления) используется увеличение мощности сигнала, а в случае низких частот — большая площадь излучения. У этих классических методов есть очевидные недостатки — большие габариты и высокое энергопотребление. В связи с этим повышение звукового давления с помощью акустического дизайна стало популярной практической проблемой. Разработчики движимы желанием максимизировать мощность при низком уровне громкости. В традиционных динамиках этот эффект был достигнут благодаря фазоинвертору. Теперь настала очередь портативного аудио. Под сокращением несколько слов об инновации и возможных перспективах ее развития, а также об единственном изъяне в бочке блестящих перспектив.

Свежий взгляд или хорошо забытое старое

Реализация довольно смелой идеи продиктована необходимостью. Обилие портативной техники требует решений, в которых невозможно применить акустическое оформление с большим объемом, а потребитель хочет «много фона». Поэтому предложенное учеными решение наверняка будет востребовано смартфонами, портативными портативными колонками, док-станциями.
В то же время известно, что разработки такого рода велись с конца XIX века (опыты Гельмгольца) до 1920-х годов, то есть до того времени, когда пассивные средства повышения звукового давления могли составить конкуренцию электроакустическим. Так появилось акустическое оформление рожка.

Авторы статьи «Повышение уровня излучения звуковых излучателей с помощью резонатора из акустического метаматериала» писали об исторической преемственности, лежащей в основе описанного изобретения. Можно утверждать, что, войдя в ситуацию, когда у электромобилей исчерпался ресурс эффективности, разработчики вспомнили время, когда рупорная конструкция громкоговорителей была основным трендом.

Идея и результат

Идея заключалась в том, чтобы значительно увеличить амплитуду звуковых волн, излучаемых вуфером, отказавшись от традиционного увеличения мощности усилителя и увеличив размер излучателя. Еще одна цель заключалась в том, чтобы сохранить диаграмму направленности, поскольку классический рупор меняет ее. Для реализации идеи ученые использовали резонансные моды, которые были сформированы с помощью либиринтной акустической конструкции.
Проще говоря, разработчики применили принцип, который можно соблюдать, поместив источник звука (например, смартфон) в чашку. Звук усиливается, когда чашка становится резонансной камерой.

Здесь принцип близок, но вместо одного резонатора используются специально разработанные лабиринты, позволяющие выборочно усиливать низкочастотный диапазон.

Разработчик Инь Ву в интервью описал принцип работы следующим образом:

«За счет резонанса воздуха внутри каналов в звуковую энергию преобразуется гораздо больше электрической энергии от источника, чем это могло бы произойти в противном случае.»
«Резонанс воздуха в каналах позволяет получить большую звуковую мощность, чем без них (каналы — про Авто.) При том же энергопотреблении”

Реальные рамки для снижения выбросов
а) Конструкция сделана из жестких материалов (серая часть), где спиральные каналы, заполненные воздухом, удлиняют путь звука (красная линия), чтобы уменьшить его эквивалентную радиальную скорость вдоль жестких стенок канала (азимутальная анизотропия ρθ → ∞ ρθ → ∞) b) Фазовое распределение звуковых полей, излучаемых униполярным источником, моделируемое на трех резонансных частотах (см рис. 2 (c) c) Как b), но для дипольного источника. (d, e) Сравнение направленности в дальней зоне с имитацией покрытия и без него для наименьшего резонанса в b) и c) соответственно.

Как видно на рисунке, от центра круглого корпуса десятиметрового устройства, где расположен динамик, проходят лабиринтные ходы, которые обеспечивают появление резонансных режимов и, как следствие, пассивно увеличивают мощность звука определенных частот. Важно учитывать, что шкала дБ является логарифмической, поэтому увеличение мощности в двести раз приведет к увеличению звукового давления примерно на 20 дБ. Один из авторов, писавших на эту тему, сравнил 20 дБ с восемью делениями на шкале громкости iPhone.
В результате сравнительных и контрольных замеров выяснилось, что использование конструкции действительно позволяет в 200 раз усилить мощность звука в низкочастотном диапазоне. Конструкция также позволяет существенно не менять модель направленности, что было бы невозможно с классическими рупорными системами. Подробнее о результатах эксперимента читайте в статье, которая опубликована в открытом доступе.

Очевидно, что полученный результат (в случае успешного развития мероприятия по данному нововведению, о котором идет речь в следующем разделе) может быть использован для создания портативной беспроводной акустики, мобильных гаджетов и наушников.

В статье теоретически продемонстрирована возможность резонансного увеличения мощности в 200 раз, приведены сравнительные формулы и измерения, но, как в старинном анекдоте, есть нюанс…

Резонанс как закадычный враг

НЧ усиление за счет резонансов имеет ряд особенностей, которые затрудняют использование этого метода при создании высококачественного оборудования. Многие хорошо осведомлены о пагубном влиянии этого метода на качество звука акустической конструкции с фазоинвертором. При использовании фазоинвертора вы также получаете низкое усиление из-за резонанса, с той лишь разницей, что с этим форм-фактором фазоинвертор менее эффективен, чем лабиринт.
Неоднозначность использования резонансов для увеличения мощности низких частот подробно описана в статье «The Great Low Frequency Deception», опубликованной журналом Show Master, любезно переведенной сайтом www.sound-consulting.net.

Наверное, многие отметили, что в ходе исследования проводились сравнительные измерения звуковой мощности в низкочастотном диапазоне и оценивались изменения диаграммы направленности, обращая внимание на свойства используемых материалов. При этом стандартные измерения коэффициента гармонических искажений, линейности АЧХ, появления паразитных нюансов и других явлений, искажающих звук, не проводились.

Как упоминалось в упомянутой выше статье, резонансная система не может запускаться и останавливаться мгновенно и, как следствие, возникают задержки. Учитывая количество отражений в представленной лабиринтной резонансной системе, можно предположить, что эти задержки будут больше, чем у аналогичной с фазоинвертором или классическим замкнутым ящиком.

Таким образом, используя резонансное усиление, мы можем значительно снизить импульсную характеристику. Кроме того, неизвестно, вносит ли такая система искажения, шум и т.д. (исследование не содержит сравнения искажений до и после использования нового акустического оформления).

Перспективы применения

Устраняя все гипотетически вероятные проблемы, инновации могут многое изменить. Сохранение свойств за счет уменьшения размеров позволит использовать такое акустическое оформление в смартфонах, что значительно увеличит громкость. Использование с портативными беспроводными колонками снизит энергопотребление и, следовательно, продлит срок службы портативных устройств.

Как рассчитать число витков первичной обмотки?

Вводим исходные данные, полученные в предыдущих пунктах, в виде калькулятора и получаем количество витков первичной обмотки. Изменяя размер кольца, степень феррита и частоту генерации преобразователя, можно изменить количество витков первичной обмотки.

Следует отметить, что это очень и очень упрощенный расчет импульсного трансформатора.

Но свойства нашего замечательного самовозбуждающегося источника питания таковы, что преобразователь сам подстраивается под параметры трансформатора и величину нагрузки, изменяя частоту генерации. Таким образом, при увеличении нагрузки и попытке трансформатора войти в насыщение частота генерации увеличивается и работа нормализуется. Таким же образом компенсируются незначительные ошибки в наших расчетах. Я пытался изменить количество витков одного и того же трансформатора более чем в полтора раза, что отражено в приведенных ниже примерах, но не смог найти каких-либо существенных изменений в работе блока питания, кроме изменения в частота генерации.

Общее представление о работе схемы и о сборке и настройке схемы

Обмотка W1 является основным соединением для перемагничивания сердечника. Эта обмотка должна быть намотана так, чтобы при включении она потребляла минимум 150 мА (для входного трансформатора T1 мощностью 3 кВт). Обмотка W2 намотана таким образом, что, начиная с ее центра, выдается много выводов — примерно 60-80 выводов — которые могут сделать как можно больше, примерно 2 вольта на 1 вывод. Катушка должна соответствовать 150-160-180В.

При настройке резонанса конденсатор C1 подключается к выводам обмотки W2, резонанс контура W2-C1 можно обнаружить сразу после подключения к сети. В резонансе напряжение на W2 и C1 достигает 400 В. Обмотку W3 нужно наматывать со скоростью 300В, так как она снизит напряжение, почти до 220В, тоже лучше это делать с лишними выводами в случае падения напряжения.

Трансформатор Т2 — съемный силовой трансформатор

Контур W2-W3-C1 хорошо экранирован и обеспечивает хорошую изоляцию между мощностью и потреблением.

Конденсатор C2 регулирует косинус phi cosφ = 1, так что претензий со стороны сетевой компании нет.

Как выбрать ферритовый кольцевой сердечник?

Подобрать примерный размер ферритового кольца можно с помощью калькулятора для расчета импульсных трансформаторов и справочника по ферритовым магнитным цепям. И то, и другое можно найти в «Дополнительных материалах».

См. Также: Мощность асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Вставляем данные предлагаемой магнитопровода и данные, полученные в предыдущем абзаце, в модуль вычислителя для определения общей мощности сердечника.

Не стоит выбирать размер сквозного кольца при максимальной мощности нагрузки. Маленькие кольца заворачивать не так уж и удобно, да и витков придется наматывать еще много.

Если в корпусе будущей конструкции достаточно свободного места, можно выбрать кольцо с заведомо большей габаритной мощностью.

В моем распоряжении оказалось кольцо М2000НМ типоразмера К28х16х9мм. Я ввел входные данные в модуль калькулятора и получил общую мощность 87 Вт. Для моего 50-ваттного БП этого более чем достаточно.

Запустите программу. Выбрать «Расчет преобразователя полуавтоматической коробки передач с задающим генератором».

Чтобы калькулятор не «ругался», заполните нулями окна, не используемые для расчета вторичной обмотки.

Используемые детали

Сердечники

Для трансформаторов подходят как W-образные, так и тороидальные сердечники. В обмотках W можно хорошо экранировать обмотки, а в тороидальных — затруднительно.

Основной материал должен быть простым — железо. Высокочастотные материалы с частотой 50 Гц не подходят.

Для достижения минимального потребления 150 мА необходимо аккуратно собрать сердечник, удалить все заусенцы с пластин, покрасить, если он старый. Проверьте тестером, не закорочены ли пластины. Чтобы не мучиться с такой посудой, можно взять абразивный диск и снова отшлифовать — удалить все заусенцы и снова покрасить автомобильной краской из баллончика, присыпать тальком, чтобы они не прилипали друг к другу. Вместо металлических шайб полезно использовать текстолитовые. Если сердечник неисправен, он перегревается из-за вихревых токов, резонанс будет слабым и схема будет неэффективной

Трансформатор Т1

Первичная обмотка W1 трансформатора Т1 намотана со скоростью 0,9 витка на 1 В на напряжение 220 В, используется провод диаметром 2,2 мм.

Вторичная обмотка W2 выполнена из проволоки диаметром 3 мм, тоже 0,9 витка на вольт. Где-то от центра обмотки до ее конца надо через каждые 2 вольта делать выводы.

Ядро. Необходимо аккуратно собрать сердечник, удалить с пластин все заусенцы, подкрасить, если он старый. Проверьте тестером, не закорочены ли пластины. Чтобы не мучиться с такой посудой, можно взять абразивный диск и снова отшлифовать — удалить все заусенцы и снова покрасить автомобильной краской из баллончика, присыпать тальком, чтобы они не прилипали друг к другу.

Для трансформатора T1 вторичная обмотка должна быть экранирована, а для T2 — первичная.

Обмотка W1 является основным соединением для перемагничивания сердечника. Эту обмотку желательно перемотать так, чтобы при включении она потребляла минимум 150 мА (для входного трансформатора T1 мощностью 3 кВт). Чтобы получить потребление как минимум 150 мА, необходимо тщательно собрать сердечник. В первом эксперименте автора ему пришлось намотать 35 витков, а коэффициент 0,9 вит / вольт изменился в сторону увеличения. При начальном количестве витков ток холостого хода составлял 400 мА, а после 35 витков — 150 мА. Соответственно, внимательно относитесь к остальным обмоткам в схеме и следите за ними с точки зрения своей логики.

Обмотка W2 намотана таким образом, что, начиная с ее центра, выдается много выводов — примерно 60-80 выводов — которые могут сделать как можно больше, примерно 2 вольта на 1 вывод. Катушка должна соответствовать 150-160-180В, при желании можно добавить на всякий случай. При резонансе напряжение на W2 выскочит выше 220 В, но это не значит, что W2 не следует заводить на 180 В, потому что резонанс будет именно на этих витках, то есть никаких дополнительных витков не потребуется.

Трансформатор Т2

Первичная обмотка W3. Первичная обмотка W3 состоит из провода диаметром 2,2 мм, также 0,9 витка на вольт. Обмотка W3 намотана в соответствии с реально присутствующим в резонансе напряжением. В резонансе эффективное напряжение на W2 превышает обычное и выходит за пределы не только 170 В, но и 220 В. Если при настройке резонанса в замкнутом контуре W2-C1 будет 400 В, то W3 нужно наматывать со скоростью 300 В, потому что он снизит напряжение, почти до 220 В, лучше это делать с ненужные выводы при падении напряжения.

Напоминание: W2 не должен работать при 180 В, потому что резонанс будет правильным на этих витках, но первичная обмотка W3 трансформатора T2 должна быть намотана для фактического резонансного напряжения, т.е.он будет иметь значительно больше витков, чем вторичный W2.

Вторичная обмотка W4 трансформатора T2 может быть намотана, когда схема W1, W2 и W3 сконфигурирована. Затем, намотав 10 витков, можно измерить напряжение и узнать, сколько витков нужно, чтобы получить 220В. Для нагрузки 2 кВт можно использовать кабель диаметром 2,2 мм.

Сердечник трансформатора Т2 должен обрабатываться так же, как трансформатор Т1, чтобы вихревые токи были минимальными. Для трансформатора T1 вторичная обмотка должна быть экранирована, а для T2 — первичная.

Демонстрация трансформатора Т1 / Т2 для 14м40с видео размещена в начале статьи.

Если необходимо снять 2 кВт на выходе, трансформатор Т1 и трансформатор Т2 должны быть по 5 кВт каждый.

Трансформатор Т3

Трансформатор Т3 — это трансформатор тока.

Первичная обмотка W5 имеет около 20 витков

Вторичный W6 имеет около 60 витков и несколько отводов, чтобы цепь с резистором и диодами не перегружалась.

Трансформатор Т4

В первичной обмотке W7 200 витков

Вторичный W8 имеет около 60-70 патронов.

Из каждой катушки трансформаторов Т3 и Т4 лучше сделать по 20 кабелей для настройки.

Конденсаторы

Конденсаторы должны быть не полярным электролитом, а неполярным полимером, а точнее их набором: это могут быть пусковые конденсаторы для переменного тока.

Конденсаторы необходимо проверить, что они не полярны — это можно сделать на осциллографе, это делается так: один провод от ножки конденсатора вставляется в осциллограф, а другой провод от другой ножки берется за руку и на осциллографе наблюдают налет переменного тока: какая амплитуда, то концы конденсатора меняют положение и снова смотрят на амплитуду. Разница в амплитудах используется для оценки полярности конденсатора. Симметрия должна быть достигнута с отклонением не более 5%. Надо брать конденсаторы поменьше и покороче.

Конденсатор С1

Емкость C1 — 285 мкФ.

Вы можете взять конденсаторы 1 мкФ и соединить их блоками в геометрической прогрессии (удвоение), например 1 мкФ, 2 мкФ, 4 мкФ, 8 мкФ, 16 мкФ, 32 мкФ, 64 мкФ, 128 мкФ. Тогда можно будет сделать из них систему и переключатели (хорошие кнопочные переключатели), которые включают и выключают эти блоки, и благодаря этому можно будет получить любое значение емкости с точностью до 1 мкФ. Например, 185мкФ будет состоять из блоков 128 + 32 + 16 + 8 + 1. Имея такой конденсаторный накопитель, можно сэкономить на количестве проводов от обмотки W2, ведь резонанс еще можно обнаружить. Кроме того, резонанс будет лучше, если индуктивное реактивное сопротивление равно емкостному реактивному сопротивлению. Их можно рассчитать по формуле или измерить, и если они не совпадают, они должны быть одинаковыми.

Емкость конденсатора C1 для трансформатора мощностью 3 кВт составляет 285 мкФ. Можно использовать конденсатор с меньшей емкостью, например, 185 мкФ, но тогда напряжение на вторичной обмотке W2 необходимо будет увеличить, и будет намотано больше витков, а затем больше витков будет намотано на первичной обмотке W3 трансформатора T2. Конденсатор С1 должен быть не полярным электролитом, а неполярным полимером, а скорее их набором — это могут быть пусковые конденсаторы на переменный ток.

Оцените статью
Блог о трансформаторах
Adblock
detector