» » » О явлении подмагничивания сердечника трансформатора БП постоянным током

 
 
 
17

О явлении подмагничивания сердечника трансформатора БП постоянным током

Разместил AudioKiller 15 сентября 2010. Просмотров: 21 862

Существует мнение, что если усилитель воспроизводит синусоидальный сигнал частотой 25 Гц (половина частоты питающей сети), то при этом сердечник трансформатора подмагничивается постоянным током.

Давайте разбираться!


Я встретился с подмагничиванием в статье Константина Никитина «Электропитание аудиоаппаратуры: мифы и реальность», опубликованной в журнале «Аудио Магазин» №1 за 1998 год. Меня эта информация тогда сильно не зацепила – уж очень маловероятно, что в реальном музыкальном сигнале встретилась составляющая точь-в-точь частотой 25 Гц с большой амплитудой и длительностью.
Однако недавно я заинтересовался этим вопросом и довольно быстро выяснил, что у всех этих мнений единственный первоисточник – вышеупомянутая статья. Других публикаций на эту тему я не нашел.
Общение на радиолюбительских форумах показало, что все сводится (я немного упрощаю) к двум позициям:

1. Постоянка присутствует исключительно в схеме выпрямителя со средней точкой:

Если же у трансформатора две вторички, каждая из которых имеет свой выпрямитель:

то никакого подмагничивания не случится.

2. Применять тороидальные трансформаторы опасно, т.к. из-за отсутствия зазора в сердечнике подмагничивание сказывается на них очень сильно. Поэтому мощность трансформатора надо выбирать раза в два больше, чем нужно.

Я проанализировал работу трансформатора в таком режиме (теоретически и экспериментально), но несколько сомневался в своих результатах. Поэтому я связался по электронной почте с автором статьи Константином Никитиным, доктором технических наук, профессором, заведующим кафедрой Силовой электроники в Санкт-Петербургском государственном университете телекоммуникаций им. Бонч-Бруевича.

И получил полное одобрение следующих «пяти положений о подмагничивании»:

1. При усилении синусоидального сигнала частотой 25 Гц возникает подмагничивание сердечника трансформатора постоянным током, вызывающим насыщение сердечника. Физическая причина подмагничивания при работе выпрямительно-трансформаторной схемы на усилитель проста: усилитель потребляет не постоянный ток, а сигнал с частотой, равной удвоенной частоте усиления. Следовательно, вполне возможны ситуации, когда условия работы трансформатора от периода к периоду сетевой частоты будут существенно разниться. Так как в штатной ситуации трансформатор подводится к насыщению исключительно током холостого хода (рабочие токи обмоток создают равные и противоположные потоки), то достаточно минимального, соизмеримого с током холостого хода (в пересчете на первичную обмотку), тока подмагничивания – и авария обеспечена.

2. Такое подмагничивание характерно для усилителей, выходной каскад которых работает в классе В или АВ и отсутствует у усилителей, выходной каскад которых работает в классе А.

3. На практике частота сигнала не обязательно должна быть именно 25 Гц – трансформатору для насыщения хватает и не нулевой (но достаточно малой) частоты подмагничивания.

4. Подмагничивание происходит как в схеме выпрямителя со средней точкой и одним общим диодным мостом, так и в схеме с отдельными обмотками трансформатора и отдельными мостами в каждом плече. С точки зрения подмагничивания схемы не эквивалентны, но оно есть везде.

5. В силу того, что в реальном звуковом сигнале составляющие «критических» частот имеют малую амплитуду и продолжительность, указанная опасность невелика, но вот на спецсигналах может быть спровоцирована ситуация, когда всё будет плохо.

Что плохого в этом подмагничивании?


Плохо то, что трансформатор работает на переменном токе и не работает на постоянном. Поэтому, если на переменном токе ток вторичной обмотки компенсируется током первичной, то на постоянном такой компенсации не происходит. И постоянный ток дополнительно намагничивает сердечник трансформатора, который и без того уже намагничен под завязку. Ток первичной обмотки при этом сильно повышается, обмотка сильно нагревается. Хорошо, если сгорит предохранитель в первичной обмотке, а не сама обмотка.

Теперь по поводу тороидальных трансформаторов


Мощность трансформатора никак не связана с сопротивляемостью подмагничиванию, поэтому увеличение мощности практически ничего не даст. Как и величина сопротивления обмоток. Отсутствие зазора в сердечнике ситуацию ухудшает, но не так сильно, как обычно считают – в броневых и стержневых трансформаторах зазор достаточно мал, и в реальности разница между таким маленьким зазором и его полным отсутствием малозаметна.
Гораздо лучшие результаты дает снижение рабочей индукции трансформатора, правда это тоже не выход.

Но на самом деле со всем этим можно не заморачиваться – на реальном сигнале если подмагничивание и произойдет, то несильно и кратковременно, так что ничего плохого не случится.
Так же, как и кратковременное наличие частоты 25 Гц при тестировании колонок свип-синусом.

Выводы:

Для меня здесь важны только 2 вещи:
1. Подмагничивание постоянным током реально существует
2. В реальной работе по воспроизведению звукового сигнала об этом подмагничивании можно не беспокоиться.

Полный материал с формулами и расчетами на моём сайте electroclub.info
Игорь Рогов (AudioKiller)
Местоположение в тайне.
Профиль AudioKiller
Радиолюбительством начал увлекаться еще в школе, году в 1977, занимался в радиокружке. В 1978, 1979, 1980-м на городских соревнованиях юных радиолюбителей занимал 1-е место в номинации \"Лучший теоретик\", и 2-е или 3-е место в какой-нибудь еще (с теорией у меня всегда было лучше, чем с практикой - ленив).

Потом поступил и закончил ВУЗ по весьма подходящей специальности, включающей множество электрических дисциплин. Работал в лаборатории инженером, разрабатывал электронные приборы для оборонки, писал диссертацию. Участвовал в разработке устройства, серийно выпускавшегося Московским радиозаводом.

В годы перестройки лаборатория закрылась. Тогда был спад и в работе, и в хобби. А теперь снова подъем...
http://www.electroclub.info/index.html
 

Понравилось? Палец вверх!

  • всего лайков: 18

Поделись с друзьями!

Связанные материалы:


Схема на Датагоре. Новая статья CARCASS 1.0 - программа для расчета и печати эскиза каркаса трансформатора... Камрад Игорь (igor1969) на нашем форуме показал мне маленькую полезную и бесплатную программу для...
Схема на Датагоре. Новая статья Дополнения к статье "Прибор для наладки и тестирования импульсных блоков питания и сварочников"... Теперь у меня обновка: вместо этого старенького С1-101 — цифровой Rigol После публикации моей...
Схема на Датагоре. Новая статья Вредный полезный термопредохранитель трансформатора питания... Попал мне в руки ресивер фирмы SONY, марку точно не запомнил, да это и не важно. Важно то, что во...
Схема на Датагоре. Новая статья Сделай сам простой ламповый усилитель для комбика на 6П14П. Полная версия... Ламповый усилитель на 6П14П для комбика и просто для души. Просто захотелось сделать… С...
Схема на Датагоре. Новая статья Taschibra (Ташибра, Tashibra). Лабораторный импульсный блок питания. Часть 2. ЛБП на компараторах + блок защиты... Продолжая тему о быстром изготовлении лабораторного блока питания (далее ЛБП) из доступных...
Схема на Датагоре. Новая статья Transformer: программа расчета маломощного (до 500 Вт) силового трансформатора на частоте 50 Гц... Предлагаю начинающим очень простую программулину для расчета силовых трансформаторов. Автор...
Схема на Датагоре. Новая статья Бандаж для трансформатора из червячного хомута... Понадобился мне давеча маломощный трансформатор питания для лампового преампа. Требования к трансу...
Схема на Датагоре. Новая статья Клей на девелопере для скрепления половинок ПЛ-железа трансформаторов ТС, ТСА... Хочу рассказать про интересный способ изготовления клея, необходимого для скрепления половинок...
Схема на Датагоре. Новая статья Диодно-тиристорный выпрямитель со схемой управления для сварочного аппарата... Мною давно изготовлен сварочный аппарат на базе трансформатора на кольцевом сердечнике от...
Схема на Датагоре. Новая статья Измерение индуктивности трансформатора или дросселя... Часто самодельщики-ламповики озадачены определением индуктивности обмотки(ок)...
Схема на Датагоре. Новая статья Усилитель на двух лампах 6П44С в параллель мощностью 10 Ватт... Вступление После создания однотактника на сдвоенных 6П14П (см. статью на Датагоре Усилитель на двух...
Схема на Датагоре. Новая статья PowerTrans - программа для расчета параметров трансформатора линейного БП... Еще одна программа для расчета параметров трансформатора. Существует множество программ для...
<
  • Прохожий
15 сентября 2010 12:19

/ AlexAKAohm

Цитата
  • С нами с --
  • 0 комментариев
  • 0 публикаций
 
  • 0
Интересно, я как раз поступил в этот универ, может мне как-нибудь профессор Константин Никитин лично про это расскажет winked

<
  • Кандидат
15 сентября 2010 13:25

Николай / DeaDyIIIka

Цитата
  • С нами с 21.12.2009
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 4 комментария
  • 0 публикаций
 
  • 0
Вывод - собираем все в классе А wink
А вообще, очень познавательная статья.

<
  • Гражданин
15 сентября 2010 14:40

Андрей / Dogma

Цитата
  • С нами с 13.01.2009
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 31 комментарий
  • 2 публикации
 
  • 0
на второй схеме ошибка, у вас по сути не получится двухполярное питание tongue

От Датагора:
Схема исправлена!

<
  • Гражданин
15 сентября 2010 15:12

Роман / Romik

Цитата
  • С нами с 14.01.2010
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 39 комментариев
  • 3 публикации
 
  • 0
Спасибо, Игорь, мне нравится такое вникание в дело. У самого часто не бывает возможностей проводить эксперименты ( времени сейчас у всех так мало sad), а Ваши статьи мне помогают (в т.ч. с сайта). В нашем деле знания очень важны и их постоянно надо пополнять. А вообще мне нравится убивать разного рода аудио мифы (и если я правильно понял, Вам тоже).

<
  • Прохожий
15 сентября 2010 15:14

/ вкн

Цитата
  • С нами с --
  • 0 комментариев
  • 0 публикаций
 
  • 0
Куда коварнее отечественные электросети!
Наличие постоянной составляющей при перекосе фаз с большей вероятностью следует ожидать в первичной (сетевой) обмотке. А там и витков намного больше, чем во вторичке.

<
  • Гражданин
15 сентября 2010 15:39

Игорь Рогов / AudioKiller

Цитата
  • С нами с 10.01.2012
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 293 комментария
  • 3 публикации
 
  • 0
Цитата: Dogma
на второй схеме ошибка, у вас по сути не получится двухполярное питание

Действительно! Делал схему по принципу "копировать-вставить", и лажанулся. Интересно, что больше никто не заметил. У себя исправлю, тут надо попросить редакторов сайта, а то неудобно получается.
Спасибо.

Цитата: вкн
Наличие постоянной составляющей при перекосе фаз с большей вероятностью следует ожидать в первичной (сетевой) обмотке

При перекосе фаз все же больше изменяется амплитуда. Постоянка не от этого. Я уже почти 3 недели наблюдаю за постоянкой в своей сети. Обычная величина 5 мВ. Вечером начинает подниматься до 10...15 мВ. До 20 мВ ни разу не доходило.

Цитата: AlexAKAohm
может мне как-нибудь профессор Константин Никитин лично про это расскажет

Вообще это не входит в учебную программу. Вот если будете дополнительно заниматься какой-нибудь научной работой... fellow

<
  • Главный редактор
15 сентября 2010 20:39

Игорь Петрович Котов / Datagor

Цитата
  • С нами с 25.02.2011
  • На сайте Пользователь Онлайн
  • 1 641 комментарий
  • 261 публикация
 
  • 0
Цитата: Dogma
на второй схеме ошибка, у вас по сути не получится двухполярное питание tongue
Спасибо самому внимательному!

Цитата: AudioKiller
Действительно! Делал схему по принципу "копировать-вставить", и лажанулся. Интересно, что больше никто не заметил. У себя исправлю, тут надо попросить редакторов сайта, а то неудобно получается.
Спасибо.
Тезка, так мы еще вперед тебя успеем обновить. bully Можешь нашу картинку взять.

<
  • Гражданин
16 сентября 2010 01:56

Сергей / drummer

Цитата
  • С нами с 4.12.2011
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 40 комментариев
  • 0 публикаций
 
  • 0
Нулевая гармоника - это, действительно, постоянный ток.
fбок.1,2 = F+- f = 50 +- 2х25 - это бред, откуда коэффициент 2?. Несущая частота всегда выше модулирующей, поэтому нижняя боковая частота всегда больше нуля...

<
  • Гражданин
16 сентября 2010 03:31

Юрий / inter02

Цитата
  • С нами с 13.10.2009
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 100 комментариев
  • 3 публикации
 
  • 0
не знаю почему, но все свои выпрямители строил по схеме 2, может звучание приятнее было ...

<
  • Прохожий
16 сентября 2010 11:37

/ RAPTOR DF

Цитата
  • С нами с --
  • 0 комментариев
  • 0 публикаций
 
  • 0
Большое спасибо за статью! Весьма полезный материал. :)

<
  • Гражданин
16 сентября 2010 13:48

Михаил / Godin0104

Цитата
  • С нами с 10.02.2010
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 113 комментариев
  • 5 публикаций
 
  • 0
Игорю - большое спасибо! Сейчас рассчитываю блок питания, статья заставила задуматься. Признаюсь, до ее прочтения, все "рисовалось" ясно и с легкостью...
Хотя, мой прибор и слаботочный, прочитав Вашу статью, одну схему БП, "отложил на полку".

<
  • Прохожий
16 сентября 2010 18:05

/ alexjc

Цитата
  • С нами с --
  • 0 комментариев
  • 0 публикаций
 
  • 0
я часто прогревал динамики частотой 25 Гц, подолгу, и ничего не случалось. может повезло...

<
  • Гражданин
17 сентября 2010 01:09

Александр / TANk

Цитата
  • С нами с 11.08.2011
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 159 комментариев
  • 16 публикаций
 
  • 0
А ведь проверить очень просто.
Подключаем усилитель в розетку через резистор в 5-10 Ом. К резистору цепляем тестер.
Подключаем к усилителю эквивалент нагрузки на выход, на вход подключаем звуковой генератор (или запускаем на компе программный генератор).
Генератором устанавливаем частоту 20 Гц и выкручиваем громкость на максимум. Фиксируем напряжение на измерительном резисторе. Потом с шагом в 1 Гц поднимаем частоту с 20 до 30 и строим график зависимости тока потребления от частоты.
Если эффект имеет место, то в районе 24-26 Гц ток потребляемый усилителем должен возрасти. После проведения такого доступного каждому эксперимента каждый сможет сам для себя решить стоит ли ему опасаться за работу своего усилителя или нет.
Давайте проведем такие измерения, результаты выложим на форуме. Каждый кто сделает такую лабораторную работу напишет еще какой усилитель он испытывал, на какой мощности. В результате получим интересные экспериментальные данные, которые или подтвердят или опровергнут выдвинутую теорию. В любом случае это будет очень полезно.

<
  • Гражданин
17 сентября 2010 02:19

Игорь Рогов / AudioKiller

Цитата
  • С нами с 10.01.2012
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 293 комментария
  • 3 публикации
 
  • 0
Цитата: drummer
Несущая частота всегда выше модулирующей

Это условие не является непреложным. Просто в 99,99999999% случаев так выгодней. Но в принципе никто ничего не запрещает.

Цитата: drummer
fбок.1,2 = F+- f = 50 +- 2х25 - это бред, откуда коэффициент 2

Дело в том, что при паботе усилителя в классе В, нагрузка поочередно подключается выходниками то к +, то к - питания. И ток полпериода усиливаемой частоты потребляется от одного плеча, пол периода - от другого. Т.е. ток от всего блока питания поребляетя полупериодами усиливаемой частоты. И выглядит как синусоида после двухполупериодного выпрямления. Получается, что это несинусоидальное колебание, состоящее из гармоник. 1-й гармоники там нет. Как и прочих нечетных. А четные есть, и самая большая - это 2-я гармоника, имеющая амплитуду 0,67 от амплитуды тока сигнала. Т.е. если макс. ток усилителя 10 А, то амплитуда 2-й гармоники будет 10х0,67=6,7 А.

А частота 2-й гармоники в 2 раза выше, чем частота сигнала. Поэтому если частота сигнала в точности равна 25 Гц, то 2-я гармоника как раз окажется 50 Гц. Это вот те самые 2х25.

Подробнее и с картинками у меня на сайте, я там еще добавлю, чтобы вообще разжевать.

Цитата: alexjc
я часто прогревал динамики частотой 25 Гц, подолгу, и ничего не случалось

Тут 2 фактора:
1. Частота врядли была точь-в-точь 25 Гц, а любое отступление от нее улучшает ситуацию.
2. Амплитуда врядли была большая, так что подмагничивалось совсем чуть-чуть


Цитата: TANk
опровергнут выдвинутую теорию

Это не та теория, которую надо опровергать. Это уже давно доказано. Просто данное явление больше попадает под определение "курьеза", который может случиться крайне редко. Учтите, что в усилителе класса А такого не бывает. В классе АВ подмагничивание зависит от тока покоя (и тока, потребляемого предусилителем). От конструкции блока питания, ведь конденсаторы фильтра потребляют большой импульсный ток, который сильно "смазывает" картину... Да и величина этой постоянки обычно не настолько велика (даже в самом "плохом" случае), чтобы что-то там спалить. Разве что при неудачном стечении обстоятельств.

Я написал это больше для того, чтобы не кричали насчет схем с раздельными обмотками - в них это тоже бывает.

А вообще-то проверить усилителями - это интересно. Только я бы на всякий случай начинал бы на 1/4 громкости. На тестовом усилителе проверю обязательно.

<
  • Прохожий
17 сентября 2010 16:23

/ camille

Цитата
  • С нами с --
  • 0 комментариев
  • 0 публикаций
 
  • 0
добрый день. возможно, несколоко не в тему выскожусь, но, хочу заметить:
несколько лет назад столкнулся с проблемой намогничивания магнитной ленты в видеомагнитафонах электроника ВМ23 (тем кто встречался по ремонту с этим аппаратам не надо объяснять, ну, а остальным скажу, что это тоже самое что и samsung 8220). Только на самсунге при многократной перезаписи не наблюдается этого эффекта, а на электронике после 10-20 перезаписования наленте явно видны артефакты...
сняв блок видеоголовок пронесли его через петлю размагничевания, после сборки аппарата деффект пропал...
проблема заключается в том,что материал из которого собран БВГ электроники накапливает статический заряд...
рекомедация: при конструировании и расчетах следует внимательтно тносится к материаллам как магнитопроводов, так и изоляционных материалловы иначе можно получить результаты прямопротивоположные ожидаемым.
спасибо

<
  • Гражданин
18 сентября 2010 18:24

Сергей / Chugunov

Цитата
  • С нами с 30.09.2009
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 309 комментариев
  • 29 публикаций
 
  • 0
На мой взгляд, это надуманная схоластическая "проблема", которая не имеет никакой практической пользы.
Напоминает доклад из фильма "Карнавальная ночь" - "Есть ли жизнь на Марсе".

<
  • Гражданин
20 сентября 2010 13:50

Игорь Рогов / AudioKiller

Цитата
  • С нами с 10.01.2012
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 293 комментария
  • 3 публикации
 
  • 0
Цитата: Chugunov
а мой взгляд, это надуманная схоластическая "проблема",

Действительно, жизнью на Марсе можно не заморачиваться. Пока не прилетят и не поработят (читайте Уэллса). smile
На деле в реальных звуковых сигналах про это вообще можно забыть. А вот при каких-нибудь измерениях есть шанс получить сгорание предохранителя в первичке. Небольшой, но есть. Хотя профессиональные тестовые сигналы частоту 25 Гц "обходят стороной".

Я ею заинтересовался (и написал про это) только потому, что некоторые "запрещают" использовать трансы с отводом от середины. А настаивают на схемах с двумя раздельными обмотками и двумя выпрямителями. А на самом деле с точки зрения подмагничивания - по барабану.

Добавление комментария


Налетай! Паяльники, станции, жала с доставкой
  • smilelolbyewinkyahoocoollaughing
    crazybadcryingsadirefulsickstraight
    ballooncakegooddrinksmailbombsun
    nightrainstarscolddashguitar-manhandshake
    musicnegativenopardonshoksleepunknown
    wackoyawnblushbullyhashsmokingwhew
Скопируйте текст вашего комментария на случай неверного ответа на контрольный вопрос.