Trafo zasilające symetryczne 2x 5C3S/5U4

[ciany77]

Jako nowy na forum Witam Serdecznie. Czytam to forum od kilku lat ale mam pewien dylemat więc postanowiłem się zarejestrować.
Skonstruowałem rok temu wzmacniacz Hi-GAIN na preampie mesy DR (kanał RED) z końcówką EL84 PP (na schemacie końcówki mesy 20/20). Wzmak sprawuje się świetnie jednak chciałbym nawinąć mu nowe trafo symetryczne pod dwie lampy prostownicze 5C3S nabyte za bardzo okazyjną cenę. Obecnie wzmacniacz ma zasilanie diodowe a uzwojenie anodowe daje 270V AC, po wyprostowaniu jest ok 370V. Drut jaki użyłem to 0,30mm co daje 140mA. Pytanie brzmi, jakie napięcia symetryczne muszę nawinąć i jaka grubością aby uzyskać te 370V stałego i 140mA po 2 lampach prostowniczych. Czy prąd uzwojeń symetrycznych dzieli się na połowę i się sumują? Czy w przypadku lamp prostowniczych stosunek różnicy AC/DC to podobnie x1,4. Nie mam pojęcia więc proszę o podpowiedź.

[Jado]

To nie jest takie proste jak się wydaje
Tu jest trochę na ten temat: http://diyaudioprojects.com/Technical/T ... -Supplies/

[painlust]

Nie bardzo rozumiem po co dwie lampy prostownicze 5C3S do tego wzmacniacza... gdyby to były EZ80 to bym zrozumiał...

[Tomek Janiszewski]

Obecnie wzmacniacz ma zasilanie diodowe a uzwojenie anodowe daje 270V AC, po wyprostowaniu jest ok 370V

Stosunek napięcia wyprostowanego do wartości skutecznej napięcia przemiennego jest tutaj bardzo bliski √2, co świadczy o bardzo małej rezystancji wnoszonej do obwodu prostownika, a tym samym dużych szczytowych prądach elementów prostowniczych. Diodom półprzewodnikowym to zwisa i powiewa (conajwyżej transformator będzie się grzał silniej niż przy obciążeniu wtórnego uzwojenia czystą rezystancją, np. żarówką pobierającą ten sam prąd) ale diody lampowe takich warunków nie zniosą. Niezbędne będzie w ich przypadku zastosowanie dławika o indukcyjności wielu H przed pierwszym elektrolitem,a w razie jego braku - rezystora szeregowego i ograniczenie pojemności pierwszego elektrolitu, zgodnie z danymi katalogowymi lampy prostowniczej.

Drut jaki użyłem to 0,30mm co daje 140mA.

To niezupełnie tak. Wiele zależy od charakteru obciążenia (zgodnie z tym co napisałem wyżej), jak również od usytuowania uzwojenia (stąd w uzwojeniach żarzenia, nawijanych z reguły na samym wierzchu dopuszcza się zwykle zwiększoną gęstość prądu).

Pytanie brzmi, jakie napięcia symetryczne muszę nawinąć i jaka grubością aby uzyskać te 370V stałego i 140mA po 2 lampach prostowniczych.

Trzeba dysponować szczegółowymi parametrami lamp prostowniczych, najlepiej z wykresami. Na r-type znaleźć ( http://www.r-type.org/pdfs/5u4g-1.pdf )parametry zachodniego odpowiednika. Obiążenie zasilacza przez wzmacniacz PP na EL84 nie powinno przekroczyć 150mA; z wykresu można odczytać że przy 2X300V rms napięcia wtórnego na transformatorze, przy 2X75 omów rezystancji szeregowej uzyska się właściwe dla EL84 napięcie 300V przy obciążeniu tego rzędu. Gdyby rezystancja uzwojeń transfomatora (z uwzględnieniem przeniesionej na stronę wtórną rezystancji uzwojenia pierwotnego) była mniejsza - trzeba dodać szeregowy rezystor, np. między masą a środkiem uzwojenia anodowego.

Czy prąd uzwojeń symetrycznych dzieli się na połowę i się sumują?

Sumują się owszem średnie wartości prądów, tj przez każdą z połówek przepływa prąd o wartości średniej równej połowie prądu wyprostowanego. Ale wartość skuteczna tych pradów (decydująca o grzaniu się uzwojeń) będzie większa. Gdyby prostownik był obciążony czystą rezystancją (tj. pozbawiony filtru) wartość skuteczna, prądu w uzwojeniach (dla przebiegu sinusoidalnego równa Π/2√2≈1,11 wartości średniej wyprostowanej) - wynosiłaby nie jak by się należało spodziewać 2 razy mniej tj. Π/4√2≈0,55 wartości prądu wyprostowanego, lecz tylko √2 raza mniej, tj. Π/4≈0,79 wartości prądu obciążenia, z uwagi na naprzemienną pracę połówek uzwojenia. Z filtrem pojemnościowym będzie jeszcze wyraźnie większa, z uwagi na impulsowy charakter prądów. Najkorzystniej byłoby z filtrem o wejściu dławikowym: wtedy prąd w każdej z połówek jest zbliżony do przebiegu prostokątnego o wypełnieniu 0,5 i wtedy jego wartość skuteczna byłaby √2≈0.71 raza mniejsza od prądu obciążenia. Ale dławik taki musiałby mieć znaczne rozmiary i ciężar (porównywalnie z transformatorem), a zasilacz wymagałby zabezpieczenia przed wzrostem napięcia bez obciążenia. A wzrost ten byłby przy braku takich zabezpieczeń (w postaci np. rezystora wstępnego obciążenia) bardzo znaczny, sięgający √2 napięcia roboczego. Zaletą takiego rozwiązania byłaby natomiast znacznie lepsza stałość napięcia powyżej pewnej krytycznej wartości prądu obciążenia (widać to na wykresach).

Kod: Zaznacz cały

Czy w przypadku lamp prostowniczych stosunek różnicy AC/DC to podobnie x1,4.

W praktyce tak jest jedynie przy znikomych prądach obciążenia. Przy obciążeniach zbliżonych do granicznego zwykle napięcie wyprostowane okazuje się nawet niższe od wartości skutecznej AC, mimo użycia filtru pojemnościowego.

[Jado]

Czy prąd uzwojeń symetrycznych dzieli się na połowę i się sumują?

Sumują się owszem średnie wartości prądów, tj przez każdą z połówek przepływa prąd o wartości średniej równej połowie prądu wyprostowanego. Ale wartość skuteczna tych pradów (decydująca o grzaniu się uzwojeń) będzie większa.

A obciążalność przewodów jaka jest podawana w różnego rodzaju tabelach to dla jakiego rodzaju prądu jest podawana?
Bo tu będziemy mieć do czynienia z prądem impulsowym różnym od tego jaki płynie np. w uzwojeniu pierwotnym czy żarzenia.
Czy zatem w tym przypadku obciążalność przewodów nie może być nieco większa niż to co podają w tabeli?

[Tomek Janiszewski]

A obciążalność przewodów jaka jest podawana w różnego rodzaju tabelach to dla jakiego rodzaju prądu jest podawana?

Właśnie dla wartości skutecznej, bo to ona decyduje o mocy wydzielanej w rezystancji przewodów przez przepływający prąd.

Bo tu będziemy mieć do czynienia z prądem impulsowym różnym od tego jaki płynie np. w uzwojeniu pierwotnym czy żarzenia.
Czy zatem w tym przypadku obciążalność przewodów nie może być nieco większa niż to co podają w tabeli?

Należało napisać: w tym przypadku obciążalność przewodów musi być nieco większa niż to co podają w tabeli. Ile należy rozumieć przez "nieco" - zależy od rodzaju i układu prostownika. Szczególnie przy prostowniku krzemowym pracującym na kondensator a pozbawionym dodatkowych oporów w obwodzie jego ładowania grzanie uzwojeń anodowych (pierwonego zresztą też) będzie wyraźnie większe niż przy obciążeniu transformatora czystą rezystancją. W przypadku użycia lampy impulsy prądowe będą znacznie słabsze, tym samym różnica między wartością skuteczną a średnią będzie mniejsza. Za to część mocy zamiast wydzielić się w uzwojeniu wydzieli się w lampie, i ewent. w oporach ochronnych.

[Jado]

Jak zaczynałem swoją przygodę z forum Trioda (czyli gdzieś około 2006 roku) to zadałem dokładnie takie samo pytanie (dokładnie ten sam problem) - i wtedy nikt jakoś jednoznacznie nie udzielił mi odpowiedzi na temat grubości drutu (stąd może i zainteresowanie tym samym tematem dzisiaj ).
Użyłem wtedy drutu o wytrzymałości prądowej o połowę mniejszej niż dla układu z jednym uzwojeniem anodowym.
I transformator pracuje od tamtej pory bezawaryjnie - choć nieco się może grzeje - ale generalnie transformatory w urządzeniach lampowych/radiowych grzały się zdrowo, a mimo to pracowały latami

No bo z logicznego punktu widzenia mocowo to musi się to dzielić na pół - pracuje raz jedno, raz drugie uzwojenie.
Inna sprawa to zapewne podgrzewanie jednego uzwojenia przez drugie, itd...

Ale jak wiemy sprawa idzie o to czy uzwojenia się zmieszczą na karkasie czy nie (i trzeba będzie dawać większy rdzeń).
A mamy tu podwójne uzwojenie anodowe, dwa razy więcej przekładek międzyzwojowych, przekładki między uzwojeniami (ceratka), itd....

Wydaje mi się, że należy tu podejść do tematu praktycznie - jak nie przeszkadza nam, że transformator będzie się nieco bardziej grzał (lekko parzący) to dzielimy wydajność prądową drutu przez dwa, a jak chcemy, żeby był bardziej chłodny i mamy miejsce na większy rdzeń - dajemy drut o nieco większej wydajności prądowej (następna średnica z szeregu).

[Tomek Janiszewski]

No bo z logicznego punktu widzenia mocowo to musi się to dzielić na pół - pracuje raz jedno, raz drugie uzwojenie.

Moc wydzielana w uzwojeniach anodowych istotnie dzieli się na pół pomiędzy oba (pomijając subtelności takie jak różnice w opornościach wywołane tym że w zewnętrznym długość drutu jest większa niż w wewnętrznym). Ale to nie znaczy że będzie dwa razy mniejsza w porównaniu z przypadkiem gdy obie te połówki połączymy równolegle i użyjemy do zasilania mostka prostowniczego.
Przykładowo: jeśli oporności uzwojeń połówek uzwojeń wynoszą po 200Ω, a wartość skuteczna prądu pobieranego przez prostownik - 100mA, to przy równoległym połączeniu połówek (na potrzeby mostka) przez każdą połówkę będzie płynęło po 50mA prądu. W jednej połówce wydzielać się będzie 0.05A² X 200Ω=0.5W czyli łącznie 1W. Przy prostowniku z wyprowadzonym środkiem prądu w danej chwili dostarcza jedna tylko połówka, prąd płynący przez nią liczony za jeden roboczy półokres wzrośnie do100mA, (druga połówka w tym czasie jest nieczynna, i całego prądu musi dostarczyć tak która dołączona jest do przewodzącej w danej chwili diody). Moc tracona liczona za jeden roboczy półokres wzrośnie do 0.1A² X 200Ω=2W. I taka też będzie moc średnia, bowiem w półokresie dla danej połówki jałowym taka sama moc wydzielać się będzie w drugiej połówce. Tym samym straty mocy w uzwojeniu wtórnym wzrosły dwukrotnie wskutek przejścia z układu mostkowego na dwudiodowy.

Wydaje mi się, że należy tu podejść do tematu praktycznie - jak nie przeszkadza nam, że transformator będzie się nieco bardziej grzał (lekko parzący) to dzielimy wydajność prądową drutu przez dwa

Jak wynika z powyższego-gdybyśmy chcieli utrzymać łączną moc traconą na poziomie 1W, to przy prostowniku dwudiodowym rezystancja drutu w każdej z połówek musiałaby zostać zmniejszona z 200Ω do 100Ω, czyli takiej samej jaką miało uzwojenie zasilające mostek. Przechodząc z prostownika mostkowego na dwudiodowy nie można zatem po prostu podzielić przekroju przez 2, należy wybrać wartość pośrednią pomiędzy przekrojem niezmienionym a o połowę mniejszym. Gdy dla prostownika dwudiodowego przyjmie się przekrój mniejszy √2 raza mniejszy niż w mostku - w takim też stosunku wzrośnie średnia moc tracona w całym uzwojeniu, ale rozłoży się ona na obie połówki, tym samym w każdej z nich będzie √2 mniejsza. Wygląda to na rozsądny kompromis.

[Jado]

W jednej połówce wydzielać się będzie 0.05A² X 200Ω=0.5W czyli łącznie 1W. Przy prostowniku z wyprowadzonym środkiem prądu w danej chwili dostarcza jedna tylko połówka, prąd płynący przez nią liczony za jeden roboczy półokres wzrośnie do100mA, (druga połówka w tym czasie jest nieczynna, i całego prądu musi dostarczyć tak która dołączona jest do przewodzącej w danej chwili diody).

No dobrze, ale własnie druga połówka w tym czasie odpoczywa - czyli stygnie.
W układzie mostkowym uzwojenie cały czas pracuje - tu mamy naprzemienne przerwy. Innymi słowy uzwojenie jest dogrzewane mocniejszymi impulsami, ale i przerwy w poborze prądu ma dwa razy dłuższe.
Czy to nie na jedno wychodzi?
No chyba, że drut miedziany jest "mocno nieliniowy" i dogrzewanie go mocniejszymi (ale krótszymi) impulsami nagrzewa go bardziej niż traktowanie mniejszym prądem, ale w dłuższym czasie.

[Kazimierz]

Bierzesz pod uwagę, że wydzielane ciepło należy odprowadzić? Uzwojenie wtórne najczęściej jest zakryte (przekładką i) uzwojeniem wtórnym. Łatwo nagrzać ale ochłodzić znacznie trudniej. Dlatego lepiej nie nagrzewać .

[Jado]

Owszem - na wierzchu mamy jeszcze jedno lub więcej uzwojeń żarzeniowych, które też się nieźle grzeją. Ale to samo działa zarówno dla jednego uzwojenia jak i dla dwóch.
Generalnie nie mówię, że jestem zwolennikiem żyłowania urządzeń do maximum i wolę jak np. takie trafo jest tylko lekko ciepłe zamiast gorące - ale sam temat mnie zaciekawił.

Swojego czasu trochę bawiłem się z piecem oporowym (budowałem sterownik) i tam temperatura pieca zależy od prądu jaki płynie przez uzwojenie oraz czasu przez jaki jest on włączony. Regulując ten czas regulujemy temperaturę w piecu.
Do tego dochodzą straty cieplne jakie są przez piec wypromieniowywane, dynamika wygrzanego lub zimnego pieca (bezwładność), itd, itp...
Z transformatorem pod względem termicznym będzie podobnie.
Prąd razy czas daje odp. nagrzanie - tyle że tu jest ono niepożądane

[ciany77]

Ciekawa dyskusja się wywiązała, nie spodziewałem się... Dziękuję za Waszą wiedzę, dużo się dowiedziałem.

[painlust]

Nadal jednak nie wiem dlaczego chcesz pchać dwie lampy 5C3S do 20W wzmacniacza. Jedna taka lampa pociągneła by 2 takie wzmacniacze.

[Tomek Janiszewski]

W jednej połówce wydzielać się będzie 0.05A² X 200Ω=0.5W czyli łącznie 1W. Przy prostowniku z wyprowadzonym środkiem prądu w danej chwili dostarcza jedna tylko połówka, prąd płynący przez nią liczony za jeden roboczy półokres wzrośnie do100mA, (druga połówka w tym czasie jest nieczynna, i całego prądu musi dostarczyć tak która dołączona jest do przewodzącej w danej chwili diody).

No dobrze, ale własnie druga połówka w tym czasie odpoczywa - czyli stygnie.
W układzie mostkowym uzwojenie cały czas pracuje - tu mamy naprzemienne przerwy. Innymi słowy uzwojenie jest dogrzewane mocniejszymi impulsami, ale i przerwy w poborze prądu ma dwa razy dłuższe.
Czy to nie na jedno wychodzi?

Zważ że po przejściu z prostownika mostkowego na dwudiodowy każda z połówek ma wprawdzie 50% czasu na odpoczynek ale szczytowa moc strat wzrosła nie dwa, lecz cztery razy (moc jest bowiem proporcjonalna do kwadratu prądu). Tym samym średnia moc tracona wzrosła dwukrotnie.
Układ dwudiodowy ma szansę okazać się korzystniejszy energetycznie od mostkowego jedynie przy niskich napięciach, z uwagi na mniejsze straty mocy. Relatywnie niskich, to znaczy odniesionych do napięcia traconego na elemencie prostowniczym. Tym samym przy napięciach wyprostowanych 200-300V z jakimi zwykle mamy do czynienia w układach lampowych - z diodami krzemowymi korzystniejszy okaże się układ mostkowy, z diodami próżniowymi - dwudiodowy (pomijając już kłopoty z żarzeniem lamp połączonych w mostek, zwłaszcza gdyby chodziło o lampy żarzone bezpośrednio względnie z grzejnikiem połączonym z katodą, jak ma np. lampa GZ34). Dlatego stosuje się tu niemal wyłącznie prostownik dwudiodowy. W przypadku prostownika selenowego straty mocy na prostowniku są identyczne w obu wypadkach, bowiem mostek zadowoli się dwukrotnie mniejszą liczbą płytek w każdej gałęzi (dzięki niższym napięciom wstecznym). Jednak ze względu na straty w uzwojeniach anodowych transformatora, a także i z uwagi na jego prostszą konstrukcję i tu układ mostkowy okazuje się korzystniejszy i jest częściej stosowany, tak jak i z diodami krzemowymi.

[Jado]

Tak - chyba masz rację.
Gdyby średnica drutu (hipotetycznie) w obu przypadkach była by taka sama (i pojedyncze uzwojenie dla mostka i podwójne dla prostownika diodowego) czyli rezystancja drutu była by taka sama (pomijając bardziej wewnętrzne i bardziej zewnętrzne zwoje) to byłby przypadek taki jak wyżej opisywałem.
Jeśli jednak damy drut cieńszy, o wyższej rezystancji to będziemy mieli sytuację pośrednią.
Ale jaki współczynnik przyjąć - 0,75? (zakładając, że wydajność prądowa drutu obliczonego dla prostownika mostkowego = 1)
Bo obliczenia dokładne, to były by chyba za bardzo skomplikowane (dużo nieznanych zmiennych typu 'oddawanie ciepła przez transformator', 'grzanie rdzenia' itp...)

BTW: Ciekawe czy można w tym przypadku mówić o pojęciu "termozwój"?