Проверка подмагничивания трансформатора постоянным током

Как это все проверить экспериментально.

1. Моделирование. Нормальных моделей трансформаторов я не видел, и скорее всего таких моделей, которые моделируют магнитные процессы в трансформаторах просто не существует. Поэтому моделируется только вторичная обмотка. Вот такая модель:

Проверка подмагничивания трансформатора постоянным током

Резисторы R2 и R5 – датчики тока в обмотке. Дальше идет стандартный блок питания и “кусок усилителя” – транзисторы Q1 и Q2 образуют выходной каскад, работающий в классе В. Источник V3 создает ему входное напряжение. Обратите внимание на его начальную фазу. При начальной фазе 0 или 180 градусов постоянка максимальна. При фазе 90 градусов равна нулю. Резистор R1 – нагрузка усилителя (колонка).

Ток вторичной обмотки превращается в напряжение резисторами R2 и R5 и становится доступен для измерения. В принципе вольтметр постоянног тока, подключенный к концам этих резисторов, покажет постоянку. Мне интереснее было посмотреть на осциллографе, а для этого надо непряжения на R5 и на R2 (относительно земли) вычесть друг из друга (т.к. они включены встречно). Этим занимаются операционники. U1 инвертирует напряжение на R5, а U2 суммирует это инвертированное напряжение с напряжением на R2. Получается разность этих напряжений (относительно земли).

Ток в реальном блоке питания отличается от того, что я писал в теории – он не синусоидален, а потребляется короткими импульсами большой амплитуды, возникающими из-за заряда емкостей фильтра. Чтобы на фоне этих импульсов было хорошо видно постоянку, я поставил RC фильтр НЧ, который сильно давит переменный ток. Это R6С3. С конденсатора С3 снимается напряжение, пропорциональное току в обмотках трансформатора.

Поскольку усиление сумматора-вычитателя единичное, то ток в обмотках равен (напряжение на С3)/(R2+R5).

Вот что получилось (это график переходного процесса):

Проверка подмагничивания трансформатора постоянным током

Постоянная составляющая тока хорошо видна (волнистость линии – это недостаточно подавленная переменка). Если начальную фазу входного сигнала усилителя сделать 180 градусов, то постоянный ток поменяет направление и будет положительным.

Величина постоянки: 100 мВ / 0,1 Ом = 1ампер.

В первичке искать что-либо бесполезно, т.к. модель трансформатора упрощенная.

Теперь попробуем это реализовать в железе. Собираем такую же схему, но с реальным усилителем. Усилитель моно.

Проверка подмагничивания трансформатора постоянным током

Включаем, смотрим.

Выходное напряжение 4 вольта амплитудных:

Проверка подмагничивания трансформатора постоянным током

На вид довольно симметрично, хотя чуть-чуть сдвинуто вверх. На самом деле в нижнем углу измеренное среднее напряжение (а это и есть постоянка) 38,3 мВ. Ток: 38,3 / (0,22+0,22) = 87 мА.

Увеличиваем выходное напряжение. Теперь оно 20 вольт амплитуды:

Проверка подмагничивания трансформатора постоянным током

Постоянка выросла: 92,3 / (0,22+0,22) = 209 мА.

Но наблюдать ее на фоне такой большой переменки неудобно. И я решил сделать такой же фильтр, как и в моделировании. Сделал. И получил ноль на выходе! Что такое? А все оказалось очень просто. У меня генератор выдавал не ровно 25 Гц, а примерно 25,16 Гц (в нем есть встроенный частотометр, но нет точной подстройки частоты). Такая маленькая разность частот эквивалентна постоянно изменяющейся фазе. Поэтому вместе с изменением фазы, менялась и постоянка. Собственно, она уже была не столько постоянкой, сколько переменным напряжением частотой примерно 0,35 Гц. И мой фильтр НЧ ее прекрасно резал. Пришлось изменить номиналы элементов фильтра. Схема получилась вот такая:

Проверка подмагничивания трансформатора постоянным током

Вот теперь постоянку хорошо заметно. Правда от ее “плавания” мне избавиться не удалось. Вот что получилось:

это анимированный GIF-файл, если он не “двигается”, включите анимацию в браузере.

Проверка подмагничивания трансформатора постоянным током

Когда генератор от прогрева подходил совсем близко к 25 Гц, плавание замедлялось, а точно на 25 Гц останавливалось в каком-то из положений (в зависимости от установившейся фазы).

Теперь давайте посмотрим в первичку. Вот ее ток:

это анимированный GIF-файл, если он не “двигается”, включите анимацию в браузере.

Проверка подмагничивания трансформатора постоянным током

Никаких огромных значений он не принимает. Это потому, что транс далек от насыщения. Кстати, это тороидальный трансформатор. И с ним ничего страшного не происходит. Тип трансформатора не важен.. Большой ток может получиться у трансформатора любой конструкции. А может и не получиться – тут уж как повезет.

Как найти влияние подмагничивание на трансформатор? Во-первых вот это небольшой пик, который то положительный, то отрицательный (на рисунке показаны лишь крайние ситуации, а в реальности этот пик растет и уменьшается в зависимости от фазы сигнала 25 Гц). А главное – разница между максимальным и минимальным значениями тока. Вот пример осциллограммы тока холостого хода трансформатора, показывающий влияние подмагничивания постоянкой “в чистом виде”:

Проверка подмагничивания трансформатора постоянным током

Видите, какая пошла несимметрия?

Чтобы проверить себя, кручу генератор, изменяя частоту в 10 раз. Вот ток первички в тех же условиях, но при усилении частоты 250 Гц:

Проверка подмагничивания трансформатора постоянным током

Как видим, максимальные положительное и отрицательное напряжения (токи) равны. Потому что никакой постоянки во вторичке нет.

Итак, разница максимального и минимального напряжений 336 – 304 = 32 мВ. Это на сопротивлении 0,22 Ом. Итого дополнительный ток первички, вызванный подмагничиванием постоянкой равен 32 / 0,22 = 145 мА. По сравнению с максимальным током, равным 336 / 0,22 = 1,5 ампера это копейки.

Вывод: в моем случае довольно значительное подмагничивание не приносит никакого вреда. Скорее всего потому, что у меня хороший ненасыщеный трансформатор.

Попробую его насытить. Для этого я запитал трансформатор через ЛАТР, подав 245 вольт ему на первичку. Вот что получилось:

Проверка подмагничивания трансформатора постоянным током

Дополнительный ток первички здесь (232 – 216) / 0,1 = 160 мА. Практически ничего не изменилось (чуть-чуть ток все же возрос).

Дело в том, что использованный в тесте трансформатор (тороидальный 75 ВА) имеет ток холостого хода, равный 4 мА!!! Поэтому скорее всего даже напряжение питания 240 вольт (при этом напряжении я ток хх замерить забыл) не так уж его и насыщает.

Так что вполне возможно, что даже при усилении сигнала частотой 25 Гц на полную мощность ничего страшного не произойдет. Собственно, именно это я и пытаюсь донести до читателя:

  • В реальном звуковоспроизведении о подмагничивании постоянкой вообще не надо задумываться!
  • Нет никакой разницы между трансформаторами (я свой тор вообще никак не смог намагнитить до какого-либо заметного состояния).
  • Нет никакой разницы между схемами выпрямления! Это с точки зрения подмагничивания. С точки зрения падения напряжения на выпрямительных диодах схема со средней точкой транса и одним мостом предпочтительнее.

НО!

Но я не поручусь, что все трансформаторы при вот таком мощном воспроизведении частоты 25 Гц будут вести себя хорошо! Я постараюсь подобрать “плохой” трансформатор и посмотреть, что будет. Но не обещаю, что это будет скоро – мне это не очень интересно, ведь я не собираюсь заниматься намагничиванием сердечников!

05.09.2010

Total Page Visits: 215 - Today Page Visits: 1