Кривые B – H магнитопровода и расчет сетевого трансформатора

Мне понадобилось намотать сетевой трансформатор. Под рукой есть Ш-образное железо, но я не знаю его параметров. Изрядно покопавшись в интернете обнаружил, что несмотря на то, что есть очень много публикаций на эту  тему, именно четкой методики определения параметров магнитопровода, которые необходимы для расчета трансформатора, по сути нет. Есть только отрывочные данные –  или совсем примитивные наукообразные  рассказы как сделать какой-то трансформатор с по сути непредсказуемыми параметрами на основе простеньких  эмпирических формул начала прошлого века( которые как правило дают неоправданно завышенные  габариты устройства ), или философствования с интегралами и дифференциалами, но ноль на выходе . Постараюсь заполнить этот пробелл, но только пока для Ш-образного сердечника. Хотя если сможете определить сами среднюю длину магнитной линии ls для другого типа сердечников – методика все равно подойдет.

Прежде всего нам нужны кривые намагничивания  B – H  – то есть зависимость магнитной индукции от напряженности магнитного поля Н.    Наклон этой кривой даст нам величину магнитной проницаемости имеющегося материала – мю.  Нюанс в том, что  магнитная проницаемость трансформаторного железа – величина не постоянная и она в свою очередь зависит от напряженности магнитного поля Н.  Кривую этой зависимости мы тоже построим. И после этого приступим к рассчету  самого  трансформатора.

Schematic

Для начала собираем простую схему из Рисунка выше.  Понадобится регулируемый  автотрансформатор П ( я взял школьный ЛАТР ), который сначала устанавливают в крайнее положение, чтобы на выходе был ноль вольт. Шунт R1 – это два двухваттных резистора по 1 Ом, включенных параллельно, но точный номинал не важен – просто изменится величина сопротивления, которую подставляем в рассчетную фомулу. Вместо варианта шунт + вольтметр можно использовать просто амперметр. Для трансформатора мощностью 100 – 200 ватт предел измерения должен быть 2 – 3 ампера.  Хотя, конечно лучше и точнее  использовать  все-таки шунт и  тестер – включенный в режиме миливольтметра переменного тока. Конденсатор С  – неполярный, берем емкостью 4- 10 микрофарад, я брал МБГО 10 мкф на 160 Вольт.   Резистор R2 – около 100 КОм.

IMG_20220907_073350_1

Теперь сам трансформатор. Надо хорошо, тщательно  собрать и подогнать железо так, чтобы обеспечить минимальный магнитный зазор.  Я для этого использовал струбцину.  На основном керне я намотал тестовую первичку – 100 витков провода 0.6мм ( можно провод брать и толще ), вторичка у меня тоже 100 витков, можно мотать тем же проводом, но я уже намотал проводом того диаметра, который будет в законченном изделии. Для замеров же это роли не играет.

Обращаю ваше внимание, что вторичка у меня намотана на боковом стержне магнитопровода.  Если вы не собираетесь мотать такого вида трансформатор, а будете вторичку наматывать классическим, обычным способом поверх первички – то мотайте свою тестовую  вторичку в 100 витров  тоже  на центральном стержне. Может быть только положите на всякий случай слой изоляции между обмотками. И не перепутайте – в формулу расчета В в этом случае подставляйте не площадь сечения бокового стержня ( как это делал я ), а площать сечения центрального ( которая обычно в два раза больше ).

Замеры делаем постепенно подавая на первичку напряжение от ЛАТРА,  результаты замеров записываем в два столбика –  Ux  и Uy. Самое большое напряжение, которое можно подавать на превичку примерно соответствует тому моменту, когда первичка начинает заметно нагреваться, тогда замеры заканчиваем. Хорошо, если у вас получится 12 – 15 замеров с примерно равными интервалами.

Excel_table

Приступаем к обработке данных – их удобно сделать в Excel, можно и вручную. Формулы расчета Н ( (1) напряженность магнитного поля ),  В ( (2) –  магнитная индукция ),   и мю ( (3) магнитная проницаемость ):

H= Ux*1.41*N1*/(R1*ls)                         (1)

Ux – измеренное напряжение на шунте R1,  Вольт;

N1 – количество витков первички;

R1 – сопротивление шунта, Ом;

ls – среднаяя длина магниной линии магнитопровода в метрах, для Ш-образного сердечника вычисляется:

Ls_calc

B= Uy* 1.41*R2*C/(N2*S)         (2)

Uy – измеренное значение напряжения на конденсаторе С, Вольт;

R2 – сопротивление R2, Ом,  в нашем случае это 100 000 Ом;

С – емкость конденсатора в фарадах, у меня это 10 мкф или 0.00001 Ф;

N2 – количество витков вторички, у нас это тоже 100 витков;

S – сечение стержня магнитопровода, в метрах квадратных.

mu =  B/( MU0* H )                       (3)

B – магнитная индукция ( вычисленная по формуле (2);

Н – напряженность магнитного поля, вычисленная по формуле (1);

MUo – магнитная постоянная вакуума, равная (   4*3.14*0.0000001 ).

После подсчетов к двум колонкам измеренных значения Ux  и  Uy  ( отмечены желтым в таблице ) мы добавляем  еще три колонки из  вычисленных значений В, Н и мю.   После этого строим графики зависимости  величин В и мю от Н.   Я это сделал очень просто и быстро в том же  Excel.

На графике зависимости В от Н  обычно есть выраженный излом – когда насыщается сердечник, и быстро растущее вначале значение В начинает расти заметно медленнее. Это и есть то  оптимальное значение В, которым нужно задаваться при проектировании трансформатора. В моем случае это было примерно   1.3 Тесла, что обычно и рекомендуют.   Большинство промышленных трансформаторов  в целях экономии материалов обычно работают в области  более высоких значений В, но платой за это будет  повышенный коэффициент гармоник и более высокий ток холостого хода, приводящий к нагреву и гудению трансформатора.

 

B_H_curve

mu_curve

 

Второй график – зависимости мю от Н.  Как видим, есть выраженная зависимость магнитной проницаемости от напряженности магнитного поля, причем выше того же значения  Н  = 350 А/м  магнитная проницаемость резко снижается ниже 3000.    Для дальнейших расчетов принимаем мю равным 2500, что будет примерно средним значением в рабочей точке. Правда, мю нам понадобится только для расчета выходного трансформатора.   Для сетевого достаточно только В – магнитной индукции.

Теперь сам расчет.   Первый шаг – определить ЭДС одного витка первичной обмотки, используем всем известную формулу из интернета:

E = 4.44 * f * B *  S * К / 10000  где

f – частота сети, берем 50 Гц;

В – полученное из графика В – Н значение индукции,   подставляем 1.3 Тл ;

S – сечение магнитопровода в см квадратных, у нас это 12.5 ;

К – коэффициент, учитывающий неплотность заполнения центрального стержня магнитопровода железом, принимается обычно около 0.9 ;

После подстановки данных получаем 0.325 вольта на виток, или 1/0.325 = 3.08 витков на вольт.

Количество витков первички определяем перемножением 3.08 на напряжение в сети ( 235 Вольт в нашем случае, берем с запасом, потому что 230 бывает далеко не всегда ) и получаем 723 витка.   Диаметр первички d  в мм вычислял по формуле

d= 0.02 * SQRT ( I )

где  I –  ток в обмотке в милиамперах.  Как его посчитать ?  У нас нагрузка – две лампы ГМ-70 с напряжением накала 20 Вольт и током  3 ампера,  то есть 60 ватт одна, то есть всего  – 120 ватт.  При КПД трасформатора около 0.85,  берем  с  некоторым запасом мощность 150 ватт, тогда ток будет 150/230 = 0.65 А.  Подставляя 650мА в формулу получаем диаметр провода 0.51мм.  Я взял с небольшим запасом провод 0.55 мм по меди.

Далее –  вторичная обмотка. Принимая во внимание, что вторичка у меня  намотана на боковых стержнях магнитопровода, там количество витков на вольт увеличивается вдвое – то есть 3.08 * 2  = 6.16 витков на вольт.   Отсюда, чтобы получить 10 вольт на одной  вторичной обмотке ( напомню, их всего в моем трансформаторе четыре –  и они потом соединяются попарно, давая две обмотки по 20 В ), нужно  примерно 62 витка.  Диаметр  провода считал по той же формуле, получается 0.02 * SQRT ( 3000 ) = 1.095 мм,  я взял  провод 1.25 мм ( вместе с лаком ).

На самом деле я намотал 715  витков первичку и по 60 витков вторичные обмотки, сознательно немного снизив напряжение накала ГМ-70, что на мой взгляд благотворно сказывается на звуке и немного продлевает срок службы лампы.   Эта генераторная лампа создана для работы в очень жестком режиме с импульсами тока до 0.8 ампера, что в случае моего  УНЧ совершенно не требуется.   Вячеслав, мой знакомый из Израиля уже постоил похожий каскодный усилитель на ГМ-70, так он снизил питание накала даже  до 15 вольт и вполне доволен результатом.

Что получилось после сборки.    Ток холостого хода – 47 мА.     Стендовые испытания трансформатора показали его отличные нагрузочные характеристики и способность долго работать без перегрева – его максимальная температура не поднималась выше 50 градусов. При напряжении на первичке 235 вольт, на вторичках под полной нагрузкой было 19.4 вольта,  теоретически должно быть 19.71  –  то есть “проседание” напряжения всего  1.5 %.

После испытаний трансформатор был под вакуумом  пропитан лаком и затем высушен при 120 градусов в сушильном шкафу в течение 3 часов.  Даже под полной нагрузкой нем как рыба.

Спасибо за внимание, успехов вам !

 

***********************************************************************************************

 

 

 

 

 

 

 

 

Этажерка однотактного каскодного усилителя на лампах 6Ж4 – 6550 – ГМ-70.

Как и собирался, помаленьку доделываю  начатые проекты, под которые уже были куплены (  или изготовлены ) компоненты.

Сразу оговорюсь, что этот проект в полном смысле этого слова еще не закончен, поэтому по мере продвижения к завершению информация может изменяться и дополняться. Однако не закончена только отделка и некоторые вспомогательные блоки. Основной звуковой канал и блоки питания смонтированы и усилитель  уже поет  !

И как всегда – предупреждение для тех, кто не имеет опыта работы с высокими напряжениями – помните, что полтора киловольта – это очень опасно как для вашего здоровья и даже жизни, так и для окружающих. И я котегорически  не советую новичкам строить что-либо подобное. Да и более опытных товарищей должен предупредить –  эта статья – не руководство к действию, и все эксперименты с описанными здесь схемами и  лампами вы делаете на свой страх и  риск !

Часто задают вопрос – а почему этажерка, а не, скажем, обычный настольный вариант компоновки, скажем, в виде моноблоков  ? Все объясняется просто –  вес и безопасность.  Во-первых – хотелось сделать многофункциональный аппарат,  в котором накал ламп ГМ-70 мог бы питаться не только от постоянного выпрямленного тока ( как это делается обычно ), но и переменным током или от двух автомобильных аккумуляторных батарей. И во-вторых, каскоду на высоковольтной лампе ГМ-70 нужно довольно высокое анодное питание ( более киловольта ), блок которого трудно сделать компактным не жертвуя качеством и безопасностью в эксплуатации.

Еще в начале 2018 года был собран каркас пятиэтажной этажерки, собрана она из ламинированного ДСП и белых мебельных ножек, а вся конструкция катается на колесиках.  В задней части  во выфрезерованные в полках углубления установлен вертикальный стальной профиль, который также приобретен в мебельном магазине – на нем обычно крепятся кронштейны для настенных стеллажей.   У меня этот профиль использован как канал для укладки проводов между этажами, а также  для увеличения общей жесткости конструкции.

IMG_20180209_193715_res_35pct

Сам каскод на лампах КТ88 – ГМ-70 еще ранее был отмакетирован  в комбинации  с пентодным выходным трансформатором с Ra=10K/8Ohms, который я сам намотал на железе от ОСМ0.63 ( процедура намотки описана в проекте   11 | November | 2012 | Sergei Klimanski  , проект этот  к сожалению был закрыт ). На макете удалось получить выходную мощность при Кг менее 10% на уровне 50 ватт в однотакте !  Конечно, такая выходная мощность выглядит совершенно излишней для помещения реальных размеров, и я вовсе не стремился в законченном изделии к такой высокой выходной мощности ( оттого в финальном изделии КТ88 была заменена на чуть менее мощную 6550 ), однако хочу заметить, что отчего-то транзисторный усилитель мощностью в 400 ( а тем более – 100 ватт ) никому не кажется излишеством.  Лишней мощности не бывает. Любой аппарат, можно слушать тихо,  для этого есть логарифмический РГ.

Сейчас,  4 января 2021 года этажерка уже начинена  большинством основных узлов – блок анодного питания, блок питания накала ГМ-70 от переменного и выпрямленного тока,  блок оконечного каскодного усилителя 6550 – ГМ-70, блок стабилизированного питания второй сетки 6550 и предварительного усилителя на лампе 6Ж4 с пультом ДУ.   Пока недостает блока управления и защиты от перегрузок ( будет размещен сверху, на последнем  верхнем  5-ом этаже ) и блока питания накала от АКБ и ЗУ для них ( 1-й этаж ).

IMG_20201029_134918_res_20pct

Несмотря на недоделки, конструкция уже работает, и пробные прослушивания, как мной индивидуально, так и в присутствии знакомых показали очень хорошее  звучание, что позволяет мне взяться за перо и описать этот усилитель немного подробнее. После более чем 15 лет увлечения ламповым звуком мне наконец удалось сделать однотактный усилитель на лампе ГМ-70, пение которого  меня  очень даже радует  ! Как видите, путь к освоению этой лампочки оказался долгим.

В кратце описание принципиальной схемы и конструкции.  На втором этаже размещен высоковольтный блок анодного питания собранный по схеме удвоения на лампах 6Д22С с раздельным питанием для каждого канала ( общие – только батарея из дорогостоящих  электролитов, каждый на 1200мкф и 500В и дроссель LL1673 ), выходные трансформаторы и некоторые элементы управления напряжением на сетке ГМ-70 ( повторитель на лампе  ГИ-3 ) – то есть на этом этаже собраны ВСЕ узлы, где используется анодное напряжение около 1400 вольт, то есть на другие этажи высокое напряжение не поступает, за исключением, наверно анодов лапмы ГМ-70, да и то, панелька этой лампы утоплена в “подвале” третьего этажа, который, разумеется, сообщается со вторым.  В высоковольтном блоке искпользован сетевой анодный трансформатор фирмы ANTEK  AS 4T-650, который содержит две вторичные обмотки по 650 вольт и две накальные по 6.3 вольта ( использованы для питания накалов 6Д22С ). На третьем этаже находится специальной конструкции  накальный трансформатор, намотанный на железе ОСМ-0,25, который через систему переключательных реле нагружен или непосредственно на накал ГМ-70 ( питание накала переменным током ), или через выпрямитель на диодах Шоттки.  Третья альтернатива питания накала – от двух автомобильных 12 В АКБ расположенных на первом этаже, через импульсный step-up 12 В – 20 В преобразователь напряжения.   На этом же, третьем этаже в передней части – сам каскод на лампах 6550 и ГМ-70 с четырьмя газовыми стабилизаторами СГ3С и СГ4С. На четвертом этаже –  readymade ( приобрел  на е-Вау ) ламповый стабилизатор напряжения  с отдельным сетевым трансформатором и дросселем, схема на лампах 5Ц4С, СГ15П, 6Ж4, 6080. Это блок обеспечивает питанием вторые сетки пентодов 6550, а также питает предварительный каскад на лампе 6Ж4 для  раскачки каскода. На этом же этаже находится блок входов, блок дистанционного управления регулятором громкости с моторизованным переменным логарифмическим резистором в 50К.   Всего в  этом усилителе – ровно 20 вакуумных электронных ламп.   Более подробное отдельное описание каждого из блоков будет дано ниже.

А пока – принципиальные  схемы самого усилителя, сначала – звуковой канал:

Cascode_GM_70

И  высоковольтный блок питания:

Blok_pitanija2

 

 

Сама стойка уже начала  приобретать  тот внешний вид, который был задуман – установлены защитные металлические экраны, которые заземлены и защищают от поражения электрическим током, а также экранируют элементы конструкции от локального перегрева излучением ламп.   Даже в таком, еще окончательно не законченном виде, этажерка  стабильно, без перерыва работала  6 часов. Никакого перегрева деревянных ( и других ) конструкций замечено не было.  Причем что интересно, все эти 6 часов мы на Рождество слушали музыку в режиме накала ГМ70 переменным током !  Никто на нормальном для прослушивания расстоянии никакого фона не слышал, хотя акустика ( временно, конечно, просто ничего дроугого небыло рядом )  была с весьма высокой чувствительностью – это были обратные рупоры на 4А28 ( около 95 дБ ).   Конечно, в штатном режиме с этим усилителем планируется  другая акустика с даже более низкой чувствительностью.

Нижние милиамперметры пока зывают величину тока анода каждого канала, верхние – анодное напряжение, конечно на них не подается полное, а от делителя.  По-прежнему пока нет верхнего блока управления и защиты.

IMG_20201206_195159

Буду дополнять по мере продвижения этого проекта к завершению.

Добавлено 10 августа 2022 года. Делаю последний, пятый этаж этажерки – это система контроля и включение усилителя. К сожалению этого монстра нельзя просто так включить одной кнопкой – нужен контроль состояния батарей и вспомогательных узлов – например необходима проверка наличия накала на ГМ-70 до подачи анодного напряжения, нужен контроль напряжения на второй сетке нижнего пентода и состояние батарейки смещения в сетке этого же пентода.

Чтобы упростить сбор этой информации и контроль за ней в процессе работы усилителя, я сделал этот узел на процессоре Ардуино, к которому подключен через интерфейс I2C жидкокристаллический экран LCD1602.  Вот скетч для последовательного контроля  наличия напряжения накала, напряжения батарейки смещения и напряжения на второй сетке лампы 6550, а также анодного питания ГМ-70. Как видим, сдесь большая часть программы выпоняется только один раз при включении усилителя, и если все этапы контроля успешны, то в цепи loop  происходит только контроль анодного напряжения с периодом 500 миллисекунд.

#include <Wire.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h>
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2);

void setup() {

pinMode(9, OUTPUT); // Ug2 swich
digitalWrite(9, LOW);
pinMode(10, OUTPUT); // HV swich
digitalWrite(10, LOW);

// pin 3,4,5 – relay switch

pinMode(7, OUTPUT);
digitalWrite(7, LOW );
pinMode(8, INPUT_PULLUP);

delay(2000);

// switching Left channel input
pinMode(5, OUTPUT);
digitalWrite(5, LOW );

pinMode(4,OUTPUT);
digitalWrite(4, HIGH );
delay(100);

// supply -3V to control relay
pinMode(3, OUTPUT );
digitalWrite(3, HIGH );
delay(300);

// switch to measurement
digitalWrite(4, LOW );
delay(300);

// vr and vl – bias battery voltage values, Left vl and
// Right vr channels

int vl = analogRead(2);

if ( vl > 145 ) {
lcd.init();
lcd.backlight();
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print(“Left ch bat low !”);
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print(“Replace battery”);
delay(10000);
// lcd.noBacklight();
// lcd.setCursor(0,0);
// lcd.print(” “);
// lcd.setCursor(0,1);
// lcd.print(” “);
// while(true);

// switching off Right channel control relay by grounding
digitalWrite(4, HIGH );
delay(100);
digitalWrite(3, LOW );
delay(500);

while(true);

}

else {
lcd.init();
lcd.backlight();
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print(“Left ch bat OK !”);
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print(” “);
delay(3000);
lcd.noBacklight();
// lcd.setCursor(0,0);
// lcd.print(” “);
// lcd.setCursor(0,1);
// lcd.print(” “);
// while(true);

}

// switching to Right channel
digitalWrite(5, HIGH);
// supply -3V to Right channel control relay
digitalWrite(3, HIGH );
delay(500);

// switch to measurement
digitalWrite(4, LOW );
delay(300);

// vr and vl – bias battery voltage values, Left vl and
// Right vr channels

int vr = analogRead(2);

if ( vr > 145 ) {
lcd.backlight();
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print(“Right ch bat low !”);
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print(“Replace battery”);
while(true);
// lcd.noBacklight();
// lcd.setCursor(0,0);
// lcd.print(” “);
// lcd.setCursor(0,1);
// lcd.print(” “);

// switching off Right channel control relay by grounding
digitalWrite(4, HIGH );
delay(100);
digitalWrite(3, LOW );
delay(500);

//switching off all other relays
digitalWrite(5, LOW );

digitalWrite(4, LOW );
//while(true);
}

else {
lcd.init();
lcd.backlight();
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print(“Right ch bat OK !”);
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print(“CheckingFilament”);
delay(3000);
lcd.noBacklight();
// lcd.setCursor(0,0);
// lcd.print(” “);
// lcd.setCursor(0,1);
// lcd.print(” “);
// while(true);
}

//Checking filament voltage
if (digitalRead(8) == HIGH)
{
lcd.init();
lcd.backlight();
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print(“NO FILAMENT VOLTAGE !” );
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print(” “);
delay(5000);
//lcd.noBacklight();
while(true);

}
else {
lcd.init();
lcd.backlight();
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print(“Filament Volt OK”);
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print(“Switching ON Ug2″);
delay(3000);
//lcd.noBacklight();
// lcd.setCursor(0,0);
// lcd.print(” “);
// lcd.setCursor(0,1);
// lcd.print(” “);
// while(true);

}
// switch ON 6550 Ug2 board
digitalWrite(9, HIGH);

//amplifier warm-up
delay(60000);

// checking 6550 Ug2 voltage
int vg2 = analogRead(3);
if ( vg2 > 290 or vg2 < 250 ) {

lcd.init();
lcd.backlight();
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print(“Ug2 out of range”);
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print(“Ug2 = “);
lcd.print( vg2 );
//lcd.noBacklight();
//goto swichoff;
digitalWrite(9, LOW);
//delay(10000);
//goto swichoff;
while(true);
}
else {
lcd.init();
lcd.backlight();
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print(“Ug2 = “);
lcd.print( vg2 );
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print(“Switching ON HV “);
delay(3000);
//lcd.noBacklight();
// lcd.setCursor(0,0);
// lcd.print(” “);
// lcd.setCursor(0,1);
// lcd.print(” “);
// while(true);

}

//swithching ON High Voltage
digitalWrite(10, HIGH);

// HV board warming up
delay(10000);

}

void loop() {
bool var = true;
while ( var == true )
{
int u_a_Left = analogRead(0);
int u_a_Right = analogRead(1);
if ( u_a_Left < 500 and u_a_Right < 500 ) var = true;

delay( 300 );
}

var = true;
while ( var == true )
{
int u_a_Left = analogRead(0);
int u_a_Right = analogRead(1);
if ( u_a_Left < 500 and u_a_Right < 500 ) var = true;

delay( 500 );
}
digitalWrite(9, LOW);
digitalWrite(10, LOW);

lcd.init();
lcd.backlight();
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print(“Ua was too high !”);

lcd.setCursor(0,1);
lcd.print(“Ual=”);
lcd.print( u_a_Left );
lcd.print(“V”);
lcd.print(“Uar=”);
lcd.print( u_a_Right );
lcd.print(“V”);
while(true);

}

и схема соединения  компонентов  платы 12 В реле ( РЭС60 ) для коммутации линии тестирования.

arduino connection

Работает схема так: когда включается питание Ардуино, он подает высокий сигнал на реле 3, 4 и 5 и они включаются на 500 миллисекунд, подавая тем самым +3.3 Вольта на 3 В реле 6  около тестируемой батарейки. При этом замыкаются контакты S7 и реле уже удерживается включенным за счет батарейки смещения  Bat2. В то время Ардуино подает низкий сигнал на реле 4 и происходит считывание сигнала с линии, этот сигнал зависит от состояния батарейки Bat2, и если он более 145 единиц ( это около 0.7 вольта ), то Ардуино подает сигнал на монитор, что батарейка соответствующего канала разряжена и ее необходимо заменить, и последущий запуск усилителя блокируется. Чтобы вернуть реле 6 около батарейки Bat2 в первоначальное ( отключенное ) состояние, Ардуино на 300 мс заземляет тестируемую линию,  после чего все реле, включая 3, 4 и 5 и 6 отключаются и Ардуино возвращается в первоначальное положение.

Дополнено 18 сентября 2022 года. Переделан трансформатор питания накала ГМ-70.  Бывший на основе ОСМ-0.25 был заменен на другой с Ш-образным сердечником. Причина замены – видимо из-за отличия в магнитных свойствах отдельных подковок ПЛ-сердечника ОСМ-0.25 наблюдались значительные, около 0.7 вольта  различия в выходном напряжении плеч обмоток на боковых стержнях. Это в свою очередь приводило к плохой компенсации емкостей и гудению трансформатора в режиме питания накала ГМ-70 выпрямленным током. На Ш-образном сердечнике такого рода проблемы не может быть в принципе. Описание этого трансформатора есть  здесь.

 

О пропитке выходных трансформаторов

В процессе работы на проектом своего нового усилителя “BlackBird” http://klimanski.com/?p=4263 – или “Черный Дрозд” если по-русски, у меня возникла необходимость зафиксировать витки намотанного мной выходного трансформатора. Почему возникла такая необходимость ? Дело в том, что в звучании усилителя с непропитанным выходным трансформатором при повышенных уровнях громкости я слышал посторонние призвуки, как бы резонансы на определенных частотах,  причем эти призвуки иногда появлялись, иногда – нет.

Изучение  имеющейся   в интернете  информации по теме пропитки выходных трансформаторов не дало однозначного ответа на этот вопрос – большинство авторов сходится во мнении, что пропитка не нужна и даже вредна, другие говорят, что легкая пропитка полезна.

С точки зрения логики любая пропитка, даже легкая, должна казалось бы приводить к увеличению емкости обмоток, и, следовательно, к ухудшению частотой характеристики выходного трансформатора на высоких частотах.   Однако наличие противоположных мнений все же  подтолкнуло меня к попытке изучить этот вопрос более внимательно и  попробовать это сделать практически.

Какие пропиточные материалы можно использовать для этой цели ?  Чаще всего упоминается парафин или церезин, также встречаются советы пропитывать смолой, шеллаком, воском, канифолью. Для того, чтобы определиться с выбором, нужно подумать – а какие параметры пропиточного материала являются наиболее ценными  ?  Наверно  наиболее важными характеристиками являются механическая  прочность – витки в постоянном магнитном и переменном электрическом поле испытывают очень высокие механические нагрузки, а также термостойкость – пусть трансформаторы выходные не нагреваются так сильно как сетевые, но тем не менее в жаркий летний день они могут вполне нагреться от самого шасси до 50 – 70 градусов. По этой причине парафин, церезин и смола с канифолью отпадают – эти материалы уже при нормальной температуре уже довольно мягкие, а уж при нагреве они вовсе могут расплавиться.

Что остается ? На мой взгляд, остаются только специальные для пропитки трансформаторов предназначенные лаки, которые имеют высокую механическую прочность и термостойкость.  Кроме того, высокая механическая прочность дает возможность свести к минимуму количество требуемого для пропитки материала, что очень ценно с точки зрения избежания увеличения паразитной емкости обмоток. В общем, по совету более опытных товарищей с форума дийаудио ( за что им огромное спасибо ! ), я остановился на лаке МЛ-92. Это лак на основе меламино-алкидной смолы, которая требует сушки при повышенной температуре, что само по себе хотя и вносит некоторую сложность в процесс пропитки, тем не менее очень полезно с точки зрения удаления остаточной влаги из материалов обмоток трансформатора. А это очень хорошо, потому что вода – это вещество с высоким значением диэлектрической проницаемости – 81, то есть влага попавшая между обкладками в 81 раз увеличивает емкость получившегося конденсатора, заодно сильно снижая его прочность на пробой. В общем, от воды в трансформаторе, также как и вообще в электронике – одни проблемы и от нее нужно избавляться всеми доступными способами.

Для того, чтобы снизить по возможности количество остаточного лака в обмотках, то есть не пропитывать их на все 100%, исходный лак нужно разбавить.   Для начала я выбрал разбавление 1 к 3.

Вот характеристики лака МЛ-92

По своим характеристикам лак МЛ-92 является материалом, который выдерживает высокие электрические напряжения, ток, поверхностные разряды, электрическую дугу. Этот лак принадлежит к классу нагревостойкости В, что соответствует температуре 130°С.

Структура лака представляет собой однородное вещество, в котором отсутствуют механические включения. Изделия, которые покрываются таким лаком, можно эксплуатировать на территориях с умеренным и тропическим климатом. Используется лак в помещениях или под навесом. Также МЛ-92 можно использовать в помещениях или объемах, в которых колебания влажности и температуры воздуха несущественно отличаются от колебаний на улице, а также в которых есть достаточно свободный доступ к открытому воздуху. Применять лак можно в температурных условиях от -60 до +120°С.

Для того, чтобы работать с лаком, его нужно разбавить, для чего используется толуол, ксилол или смесь какого-то из этих растворителей с уайт-спиртом. Наносить лак можно окунанием или наливом. На алюминиевые сплавы допускается нанесение лака без предварительного нанесения грунтовки.

Внешний вид МЛ-92

Поверхность, на которую на которую правильно нанесен лак, после высыхания становится гладкой, однородной. Цвет – коричневый разной насыщенности.

Нанесение материала

Наносить лак можно двумя способами: наливом и окунанием.  Количество слоев зависит от специфики работ. Слои должны быть равномерными, без потеков.

Расход МЛ-92

Расход лака на 1 слой составляет от 40 до 50 гм/2. Каждый слой покрытия лаком МЛ-92 составляет в среднем 20-30 мкм.

Сушка

Каждый нанесенный слой лака нужно правильно просушить. Для начала обработанную поверхность необходимо выдержать 15-20 минут при температуре 18-22°С. После этого можно начинать горячую сушку. Ее осуществляют при высоких температурах (105-110°С) на протяжении одного часа.
Если лак наносится толстым слоем, то его нужно сушить при температуре около 120°С не менее 16 часов.

Технические характеристики МЛ-92

Условная вязкость МЛ-92 (вискозиметр типа ВЗ-246, диаметр сопла 4мм) в условиях температуры 20 градусов, плюс-минус полградуса 25 – 50
Массовая доля в процентах нелетучих веществ 10
Время высыхания (в условиях температуры 105-110 градусов Цельсия) до степени 3, ч, не более 1
Просыхание лака при нанесении толстым слоем (в условиях температуры 115-120 градусов), ч, не более 16
Термоэластичность пленки после высыхания лака в условиях температуры 148-152 градусов, ч, не менее 48
Твердость покрытия в условиях температуры 18-22 градусы по разным маятниковым приборам, не менее
тип ТМЛ (маятник А), отн. ед. 0,15
тип М-3, усл. ед. 0,40
Минимальная маслостойкость пленки, Н 78
Минимальная электрическая прочность покрытия при разных температурах, МВ/м
температура 18-22 градусов 70
температура 128-132 градусов 40
температура 18-22 градусов, после действия воды в течение суток 30
Удельное объемное электрическое сопротивление покрытия при разных температурах, ОМ/м, не менее
Температура 18-22°С 1012
Температура 128-132°С 109
В течение суток после действия воды, температура 18-22°С 5*1010

В качества разбавителя я выбрал, как этого требует спецификация,  уайт спирит и ксилол. Взяв 0.5 литра лака, 0.5 литра уайт-спирита и 1 л ксилола, у меня получилось 2 литра смеси, которой достаточно, чтобы пропитать мой довольной большой выходной трансформатор из железа EI-137, сечением 12.4 квадратных сантиметров.

d181d0bcd0b5d181d18c

В качестве ванны взял 5-л бутылку от питьевой воды и отрезал ей верх. Кстати, не выбрасывайте отрезанную верхнюю часть – тем более, если у нее горлышко Уже, чем у бутылки для хранения готовой смеси ( справа ) – из этой верхней части получается отличная воронка для переливок.

Теперь как все было. Сначала трансформатор заливаем приготовленной смесью  лака 1 к 3, причем так, чтобы лак полностью покрывал весь трансформатор и ставим на 10 минут в эксикатор под вакуум. Для создания вакуума использовался обычный роторный насос, который должен давать разрежение не хуже 1/10 атмосферного давления.

img_7199_2

img_7200_2

img_7201_2

Потом снимаем вакуум, сливаем лак обратно в емкость, а трансформатор ставим снова в эксикатор, желательно подставив что-то типа тарелки ( чтобы стекающий лак не испачкал эксикатор ) и  включаем вакуум на 10 – 15 минут для предварительной сушки – и за это время из трансформатора стекают остатки лака. Желательно, чтобы трансформатор лежал так, чтобы слои намотки были вертикальны – тогда лак стекает полнее.

img_7202_21

После предварительной сушки нужно трансформатор нагреть до 100 – 120 градусов  под вакуумом. Указанная температура нужна для высыхания лака МЛ-92,  а вакуум – для ускорения сушки, потому что для удаления остатков растворителя ( ксилола и ауйт-спирита )  иначе нужна намного более высокая, чем 100 градусов температура – ксилол при нормальном давлении кипит при 150 градусах, а уайт-спирит выкипает в интервале температур 150 – 200 градусов.

Для нагрева трансформатора  я использовал его первичную обмотку как нагревательный элемент. И конечно тут нужен постоянный ток.   Удобнее если есть ЛАТР, от него – на диодный выпрямитель, и от него – уже на первичку трансформатора.   Чтобы провести провода внутрь эксикатора,  я взял две полоски медной фольги толщиной 0.05 мм. Чтобы эксикатор не потерял герметичности, зазор между крышкой и корпусом нужно обильно смазать вакуумной замазкой, состоящей из сплавленной 1 к 1 смеси вазелина и каучука.    Лучше сушку вести в два этапа – сначала подать примерно 50 % от нужного напряжения, а через 10 – 15 минут, когда трансформатор прогреется, подавать рабочее напряжение еще примерно часа полтора – два – при этом нужно постоянно следить за температурой обмотки постепенно снижая напряжение.

img_7206_2

Как рассчитать необходимое для нагрева обмотки напряжение ? Для этого  сначала нужно замерить омическое сопротивление катушки при комнатной температуре. Зная коэффициент зависимости сопротивления меди от температуры 0.004 Ом на 1 градус, можем рассчитать, что от нагрева обмотки на 100 градусов, ее начальное сопротивление R изменится на R * ( 0.004 * 100 ) = 0.4*R Ом. Удобнее всего, если у вас есть амперметр на 1 ампер ( или миливольтметр с шунтом, как у меня на фото ) и обычный тестер для замера напряжения – тогда в процессе нагрева по их показаниям вы сможете вычислить сопротивление первички трансформатора и сравнить с тем значением R которое мы уже вычислили заранее.

В общем,  примерно через два часа прогрева под вакуумом испарение растворителей заканчивается – эксикатор покрывается изнутри потеками конденсата растворителей и на дне образуется лужа. Нужно следить за тем, чтобы конденсат, который образуется также и в вакуумной трубке не попал в вакуумный насос. Отключаем электрический нагрев, сбрасываем вакуум, открываем крышку и вытаскиваем трансформатор.  Осторожно, он горячий ! После этого, желательно побыстрее, чтобы трансформатор не успел сильно остыть, очищаем бумажными салфетками эксикатор ( бумажными полотенцами или туалетной бумагой )  от остатков растворителя, просто протирая его внутреннюю поверхность,  включая поверхность крышки,   желательно насухо.   Помним об огнеопасности растворителей ! После этого снова кладем горячий трансформатор в эксикатор, на этот раз уже без проводов, нагрев не понадобится, и снова включаем вакуум на 10 минут – это нужно для окончательного удаления остатков растворителя из обмоток и со стенок эксикатора. После этого кран подачи вакуума наверху эксикатора закрываем, насос отключаем и даем нашему трансформатору остыть под вакуумом естественным образом. Я делал пропитку вечером, и просто оставил его в эксикаторе до утра.

Итого, вся процедура занимает около 3 часов + охлаждение. Утром включаем трансформатор в усилитель и после “прогрева” трансформатора хорошей музыкой в течение 1 – 2 часов –  наслаждемся его чистым пением и упругим басом.

Всего доброго, успехов !

img_7197_gotovo

P.S.     1.  Об изменениях физических параметров трансформатора. Удивительно, но после пропитки межобмоточная емкость конкретного экземпляра трансформатора не увеличилась, а даже немного стала меньше – до пропитки 1.76 нФ, после – 1.64 нФ. Скорее всего это произошло из-за вакуумирования водяных паров из изоляционных материалов.  АЧХ  усилителя с пропитанным трансформатором практически не изменилась.

2. Помните о том, что все используемые для разведения лака растворители, как, впрочем и сам лак – огнеопасны, поэтому во время работы нельзя курить или пользоваться открытым огнем.   Также,  растворители не очень приятно пахнут и длительное их вдыхание не очень полезно для здоровья, поэтому всю работу желательно делать на свежем воздухе или под тягой.

/

*****************************************************************************************************


Ламповый усилитель Сакумы без Тамуры

Давно уже мечтал навестить ресторан Конкорд под Токио – его держит теперь уже пенсионер Сусуму Сакума – известный конструктор ламповых усилителей и знаменитый своим нестандартным подходом к этому делу. Известна его любовь к прямонакальным лампам типа 211, 300В и т.п., а также Сакума любил эти прямонакалы обильно “сдобривать”  разного вида трансформаторами – помимо выходного он еще как правило добавлял межкаскадный, а иногда еще и входной.  На этой неделе я связался с господином Ямамото  ( он создал вэб-страницу для поклонников прямонакалов – http://www10.big.or.jp/~dh/ – почитайте, там много интересной информации и практических схем )  и он сообщил мне грустную,  так он сказал сам, новость – Тамура больше не выпускает трансформаторов, которые ставил в свои усилители Сакума. То есть остается или искать замену, или – а почему бы и нет ? – попробовать намотать самому. И я вот решил попробовать.  Как выходную лампу сначала я выбрал 300В а как входную – 45 от Силвания. Начальная схема была такой

dh_300b

maketik_sakuma1

В качестве АС – широкополосник Lowther PM2a. Да, мои дорогие -мне пришлось потратиться и купить знаменитый Лоутер – ведь Сакума очень любил PM6, но мне по случаю подвернулся ремонтированный самим Лоутером динамик за треть цены нового. Звуковая катушка намотана серебряным проводом, сопротивление 15 Ом. Как выходник я приладил мною намотанный на железе от ТС180 для ГУ-50 http://klimanski.com/?p=3553 ( по мощности и Ra он не совсем подходит под 300В, но для первых опытов можно поставить ). Межкаскадник поставил готовый – китайский  LM2004N с коэффициентом передачи 1:1. Учитывая высокую чувствительность Лоутеров,  даже небольшого усиления этих двух каскадов хватало для озвучивания помещения в 25 кв. метров на нормальной громкости. Но приборы неумолимо показывали, что это всего лишь 0.5 ватта выходной мощности.  Чтобы раскачать 300В нужно слишком много, подумал я, и заменил 300В на 2А3 Electroharmonics  – звук с ней мне поравился больше, да и для взятого мной выходника с Ra=3KОм и сечением сердечника 9 квадратов она уже вполне уместна ! А вот 45-ку я заменил тоже на 2А3 – но уже потому, что с имеющимся межкаскадником она на АЧХ давала слишком много горбов в ВЧ области.  Чтобы выйти на положенную мощность, нужно или добавлять еще один каскад, или, как это делал Сакума – поставить входной трансформатор.  Для начала я решил попробовать обойтись трансформатором – и намотал внавал, без секционирования, на оказавшимся под рукой ПЛ железе 8х32 проводом 0.18  – всего 3400 витков с отводами через каждые 800 витков.  Вот сердечник – два каркаса склеил из картона сам.

8x32_core

На средний отвод подавал сигнал от генератора,  а с верхнего отвода получившего автотрансформатора подавал на вход уже удвоенное напряжение. Индуктивность обеих обмоток, измеренная китайским мультиметром была 16 Генри.  Вот схема того, что получилось:

dh_2a31

Чтобы не быть предвзятым, сначала я послушал этот УНЧ “без Тамуры”.  Звук мне очень понравился ! Чистый, прозрачный,  тембрально богатый, как положено прямонакалу очень детальный и живой на малой громкости. Особенно понравилась фортепьянная музыка (В.Рябчиков Русская фортепьянная музыка Х!Х века SVCD-151 июль 2011 ),  также прекрасно звучит виолончель М.Растроповича – богато, глубоко и детально. Теперь я понимаю почему любил такого вида системы Сакума ! Она прекрасно передает эмоции исполнителя – музыка прямо трогает струны души и заставляет сопереживать.  И еще мне стало понятно отчего мне хуже удались мои первые опыты с прямонакалами ( смотрите более ранние мои “творения” ) – я мало ставил трансформаторов ! Точнее совсем не ставил – кроме выходного – ничего !  Правда, не знаю,  упомянуть ли это как минус, – озвучивать фильмы-катастрофы при помощи этого УНЧ с Лоутером лучше не надо. Хотя, если подключить сабвуфер – уверен – пойдет на ура и это !

Блок питания – классический на кенотроне 5Ц3С ( тоже, кстати, прямонакальный ):

bp_dh1

И вот под занавес – АЧХ получившего усилителя ( нагружен на активное сопротивление 12 Ом,  автотрансформаторный РГ на максимуме громкости )

moj_spep_up_2a3_2a3_12_ohms

Как видим – на уровне -3дБ полоса от 15 Гц до 38 КГЦ ! По моему скромному мнению, для так грубо прикидочно намотанного входного трансформатора – просто великолепный результат. Так что можно обойтись и без Тамуры.  Осталось немного подработать входной трансик и намотать межкаскадник –  подозреваю, что горбы в ВЧ области как раз от китайского LM2004N. Уже припас железо от ТС-100 – осталось определиться с его коэффициентом трансформации и найти свободного времени для намотки.    О результатах чуть позже доложу !

В заключение хочу сказать спасибо форумчанам Дийаудио и особенно Алесандру ТАНКу за дельные советы. Кстати, читайте на этом форуме ветку о прямонакальных лампах http://www.diyaudio.ru/forum/index.php?topic=558.0

ЗЫ –  динамик PM2a  у меня был закатан в рекомендованный Лоутером корпус MedallionII.  О нем напишу отдельно.

medallion_ii_lowther

Дополнено 1 июля 2014 года. Перемотал входной трансформатор, тем же проводом 0.18мм, только не внавал, а аккуратно, на намоточном станке, с межслоевой изоляцией 0.1 мм из бумаги для гриля. По сути она не нужна, я это сделал только для снижения паразитной емкости.  И плюс – сделал отводы для регулятора громкости. На первом каркасе от начала намотки – выводы от 3, 10, 25, 50, 90, 150, 250, 400, 600, 900, 1300 -го витка, всего на первом каркасе – 1800 витков, второй каркас – тоже 1800 витков с отводами через каждые 600 витков – всего 16 отводов включая начало и конец. У меня как раз есть галетник на 16 позиций. От перемотки входного трансформатора звучание системы не изменилось. Приборами пока не тестировал.

Пару замечаний.

Номиналы блокировочных конденсаторов С2 и С3 в катодах обеих ламп пришлось примерно удвоить – несмотря на красивую АЧХ бас все-таки небыл убедительным.

И колоночный провод. Казалось бы – для 15 ом динамика 0.75 кв.мм.  медной моножилы ( пусть длиной около 2.5 метра – это всего 0,06 Ома ! ) должно быть более чем достаточно. Но когда я заменил этот временный эрзац  на совершенно обычный магазинный колоночный из OFC меди – у Лоутера словно прорезался доносившийся ранее откуда-то издалека голос.

Проект  пока не закончен.

******************************************************************************************************************************************************************

Выходной трансформатор для однотакта на ГУ-50. GU-50 SE output transformer

Это моя вторая попытка взяться за ГУ-50. Когда-то давно сделал великолепко звучавший однотакт на этой лампе в триодном включении http://klimanski.com/?p=66 , но аппарат тот я подарил знакомому, и сейчас захотелось сделать для себя. Делать копию нет смысла, поэтому решил взяться за дело учитывая накопленный опыт. Вдохновил также опыт коллег по этой теме http://www.diyaudio.ru/forum/index.php?topic=2324.0 также спасибо за идеи Михаилу Цертию, вот ссылочка на его сайт https://sites.google.com/site/moiusiliteli/Home/zvukotehnika/lampy/gu-50—vzroslaa-tema там тоже есть описание усилителя на этой лампе. Если Михаил уже давно мотает выходные трансформаторы сам, то я за это дело взялся третий раз в жизни. Первый был выходник под 6С33С СЕ, мотал на ОСМ0.1 не зная, что это железо катастрофически мало для этой лампы. Потом был перерыв и потом я сам рассчитал и намотал СЕ выходники под 813 лампу в пентоде.
Расчет выходника был сделан по этой программе http://klimanski.com/?p=3291.

Исходные данные для ГУ-50 таковы: Внутреннее сопротивление 800 Ом, Выходная мощность – 5 ватт, Приведенное сопротивление анодной нагрузки 3 КОм, Сопротивление нагрузки – 15 Ом ( под имеющиеся у меня 4А32 ). Вот распечатка результатов расчета, данные по железу приведены для ТС180, которое как оказалось очень хорошо подошло
gu_50_triode_ras4et
Трансформатор ТС180 – оказались как-то у меня парочка этих красивых изделий в коробочке с надписью “трансформатор….. игрушка….сделай сам….для детей школьного возраста”. Ха-ха ! Мне уже 53….. Ну да ладно…. ;-)))

img_6642_2

Когда-то давно их купил на вещевом рынке совсем за лимонад. Осталось только разобрать и размотать уже имеющуюся первичку. Что здорово – в комплекте были контактные скобочки, которые очень пригодились.
Из провода под рукой был 0.355 по меди – опытным путем наматывая на каркас определил, что не мучаясь с особо плотной укладкой получается 113 витков в слое. Было решено намотать на каждом каркасе 2 секции первички с вторичкой между ними, причем по причине того, что наружние секции первички двух каркасов потом соединяются последовательно образуя одну секцию, наружний слой сделан примерно в 1.5 раза меньше, чем внутренний. Вот схема намотки и коммутации выводов секций:

opt_ts180

Итого – первая секция – 6 слоев по 113 витков – 678 витков, причем начинаем мотать справа налево, ( как вторую секцию первички ), а вторичку кладем начиная слева. Тогда будет соблюдено правило минимальной динамической емкости между первичкой и вторичкой. Вторая секция первички – четыре слоя.
Как межслоевую изоляцию я использовал синтокартон 0.18 мм, между обмотками – удвоенный слой той же изоляции. Как немагнитный зазор использован тот же синтокартон 0.18мм. Стекловолоконную сетку, которой я пользовался наматывая выходник под ГУ-13 между слоями этот раз я не ставил – для триода снижение емкости в анодной нагрузке не так существенно.
Обмерил трансформатор в статическом режиме.
Сопротивление первички активное – 70 Ом
Сопротивление вторички активное – 0.6 Ома
Приведенное анодное сопротивление – 3 КОм
Индуктивность рассеяния – 16 мГн
Индуктивность первичной обмотки – 5 Гн по измерителю индуктивности на 100 Гц и 12 Гн при подаче 5 Вольт 50 Гц.
Также замерено АЧХ на ГУ-50 с фиксированным смещением, анодное 370 вольт, ток анода 100 мА. АЧХ получилась такого вот вида:
gu_50_moj_opt_1w_band

Что радует, АЧХ имеет плавный вид, без резонансов в ВЧ диапазоне. И то, что фактические замеры соотвествуют расчетам, точнее –  полоса пропускания даже шире расчетной. Вот само готовое изделие

img_6639_2

***********************************************************************************************