Оглавление статьи.

1. 
   Как определить необходимую мощность силового трансформатора для питания УНЧ?
   
2. 
   Какую схему питания УНЧ выбрать?
   
3. 
   Расчёт выходного напряжения (переменного тока) трансформатора работающего на холостом ходу или без существенной нагрузки.
   
4. 
   Расчёт напряжения (постоянного тока) на выходе блока питания работающего при максимальной нагрузке.
   
5. 
   Типы магнитопроводов силовых трансформаторов.
   
6. 
   Как определить габаритную мощность трансформатора?
   
7. 
   Где взять исходный трансформатор?
   
8. 
   Как подключить неизвестный трансформатор к сети?
   
9. 
   Как сфазировать обмотки трансформатора?
   
10. 
    Как определить количество витков вторичной обмотки?
    
11. 
    Как рассчитать диаметр провода для любой обмотки?
    
12. 
    Как измерить диаметр провода?
    
13. 
    Как рассчитать количество витков первичной обмотки?
    
14. 
    Как разобрать и собрать трансформатор?
    
15. 
    Как намотать трансформатор?
    
16. 
    Как закрепить выводы обмоток трансформатора?
    
17. 
    Как изменить напряжение на вторичной обмотке не разбирая трансформатор?
    
18. 
    Программы для расчёта силовых трансформаторов.
    
19. 
    Дополнительные материалы к статье.
    

Как определить необходимую мощность силового трансформатора для питания УНЧ?

Для колонок описанных здесь, я решил собрать простой усилитель мощностью 8-10 Ватт в канале, на самых дешёвых микросхемах, которые только удалось найти на местном радиорынке. Ими оказались – TDA2030 ценой всего по 0,38$.

Предполагаемая мощность в нагрузке должна составить 8-10 Ватт в канале:
10 * 2 = 20W
КПД микросхемы TDA2030 по даташиту (datasheet) – 65%.
20 / 0,65 = 31W
Я подобрал трансформатор с витым броневым магнитопроводом, так что, КПД можно принять равным – 90%.https://oldoctober.com/
31 / 0,9 = 34W
Приблизительно оценить КПД трансформатора можно по таблице.

Мощность трансформатора (Вт)	КПД трансформатора (%)
	Броневой штампованный	Броневой витой	Стержневой витой	Кольцевой
5-10	60	65	65	70
10-50	80	90	90	90
50-150	85	93	93	95
150-300	90	95	95	96
300-1000	95	96	96	96

Значит, понадобится сетевой трансформатор мощностью около 30-40 Ватт. Такой трансформатор должен весить около килограмма или чуть больше, что, на мой взгляд, прибавит моему мини усилителю устойчивости и он не будет «бегать» за шнурами.

Если мощность трансформатора больше требуемой, то это всегда хорошо. У более мощных трансформаторов выше КПД. Например, трансформатор мощностью 3-5 Ватт может иметь КПД всего 50%, в то время как у трансформаторов мощностью 50–100 Ватт КПД обычно около 90%.

Итак, с мощностью трансформатора вроде всё более или менее ясно.

Теперь нужно определиться с выходным напряжением трансформатора.

Вернуться наверх к меню
Какую схему питания УНЧ выбрать?

Для питания микросхемы, я решил использовать двухполярное питание.

При двухполярном питании не требуется бороться с фоном и щелчками при включении. Кроме того, отпадает необходимость в разделительных конденсаторах на выходе усилителя.

Ну, и самое главное, микросхемы, рассчитанные на однополярное питание и имеющие соизмеримый уровень искажений, в несколько раз дороже.

Это схема блока питания. В нём применён двухполярный двухполупериодный выпрямитель, которому требуются трансформатор с двумя совершенно одинаковыми обмотками «III» и «IV» соединёнными последовательно. Далее все основные расчёты будут вестись только для одной из этих обмоток.

Обмотка «II» предназначена для питания электронных регуляторов громкости, тембра и стереобазы, собранных на микросхеме TDA1524. Думаю описать темброблок в одной из будущих статей.

Ток, протекающий через обмотку «II» будет крайне мал, так как микросхема TDA1524 при напряжении питания 8,5 Вольта потребляет ток всего 35мА. Так что потребление здесь ожидается менее одного Ватта и на общей картине сильно не отразится.

Вернуться наверх к меню
Расчёт выходного напряжения (переменного тока) трансформатора работающего на холостом ходу или без существенной нагрузки.

Этот расчёт необходимо сделать, чтобы обезопасить микросхему от пробоя.

Максимальное допустимое напряжение питания TDA2030 – ±18 Вольт постоянного тока.

Для переменного тока, это будет:

18 / 1,41 = 12,8 V
Падение напряжения на диоде* выпрямителя при незначительной нагрузке – 0,6 V.
12,8 + 0,6 = 13,4 V
* Схема применённого выпрямителя построена так, что протекающий в любом направлении ток создаёт падение напряжения только на одном из диодов. При использовании одной вторичной обмотки и мостового выпрямителя, таких диодов будет два.

При повышении напряжения сети, напряжение на выходе выпрямителя увеличится. По нормативам, напряжение сети должно быть в пределах – -10… +5% от 220-ти Вольт.

Уменьшаем напряжение на вторичной обмотке трансформатора для компенсации повышения напряжения сети на 5%.
13,4 / 1,05 = 12,8 V
Мы получили значение максимального допустимого напряжения переменного тока на вторичной обмотке трансформатора при питании микросхемы TDA2030 от двухполярного источника без стабилизации напряжения.

Проще говоря, это чтобы напряжение не вылезло за пределы ±18V и не спалило микруху.

Те же значения для этой линейки микросхем.

Тип микросхемы	На выходе трансформатора (~В)	Напряжение питания max (±В)
TDA2030	12,8	18
TDA2040	14	20
TDA2050	17,5	25

Вернуться наверх к меню
Расчёт напряжения (постоянного тока) на выходе блока питания работающего при максимальной нагрузке.

Этот расчёт необходимо сделать, чтобы оценить максимальную мощность на нагрузке и ограничить её путём снижения напряжения, если она выйдет за допустимые пределы для данного типа микросхемы или нагрузки.

Под нагрузкой напряжение переменного тока на вторичной обмотке понижающего трансформатора может уменьшиться. Поэтому, на практике, его искусственно завышают на 10%.
12,8 / 1,1 = 11,64V
Падение напряжения на диоде* выпрямителя резко возрастёт под нагрузкой и может достигнуть, в зависимости от типа диода, – 1,2… 1,8V. Так как я использую всякий хлам (КД226), то выбираю 1,8V.
11,64 – 1,8 = 9,8V
* Схема применённого выпрямителя построена так, что протекающий в любом направлении ток создаёт падение напряжения только на одном из диодов. При использовании одной вторичной обмотки и мостового выпрямителя, таких диодов будет два.

После выпрямителя получаем на конденсаторе фильтра напряжение постоянного тока:

9,8 * 1,41 = 13,8V
Но, под нагрузкой, конденсатор не будет успевать заряжаться до максимально возможного напряжения. Поэтому, и в этом случае, исходное напряжение увеличивают на 10%.
13,8 / 1,1 = 12,5V

В реальности, действующее напряжение может быть и выше, а 12,5 Вольта, это тот уровень, на котором предположительно возникнет ограничение аудио сигнала. На картинке изображён эпюр напряжения на нагрузке, снятый при воспроизведении частоты синусоидального сигнала. Сигнал ограничен напряжением питания УНЧ.

При ограничении сигнала возникают сильные искажения, которые фактически и ограничивают выходную мощность УНЧ.

По даташиту, при напряжении питания ±12,5 Вольта и нагрузке 4 Ω, микросхема TDA2030 развивает синусоидальную мощность 9 Ватт. Этой мощности вполне хватит для моих скромных колонок и она не выйдет за пределы допуска для TDA2030.

Выходная мощность микросхем этой серии на нагрузке 4 Ω при использовании нестабилизированного блока питания с максимальным допустимым напряжением.

Тип микросхемы	Мощность на нагрузке (Вт)	Напряжение питания на выходе БП под нагр. (±В)
TDA2030	9	12,5
TDA2040	22	14
TDA2050	35	18

Получив необходимые исходные данные, можно приступать к перемотке трансформатора.

Вернуться наверх к меню
Типы магнитопроводов силовых трансформаторов.

Магнитопровод низкочастотного трансформатора состоит из стальных пластин. Использование пластин вместо монолитного сердечника уменьшает вихревые токи, что повышает КПД и снижает нагрев.

Магнитопроводы вида 1, 2 или 3 получают методом штамповки.

Магнитопроводы вида 4, 5 или 6 получают путём навивки стальной ленты на шаблон, причём магнитопроводы типа 4 и 5 затем разрезаются пополам.

Магнитопроводы бывают:
1, 4 – броневые,

2, 5 – стержневые,

6, 7 – кольцевые.
Правда, кольцевых штампованных магнитопроводов я никогда не видел.

Чтобы определить сечение магнитопровода, нужно перемножить размеры «А» и «В». Для расчётов в этой статье используется размер сечения в сантиметрах.

Трансформаторы с витыми стержневым поз.1 и броневым поз.2 магнитопроводами.

Трансформаторы с штампованными броневым поз.1 и стержневым поз.2 магнитопроводами.

Трансформаторы с витыми кольцевыми магнитопроводами.

Подробнее о магнитопроводах в главе – «Разборка и сборка трансформаторов».

Вернуться наверх к меню
Как определить габаритную мощность трансформатора.

Габаритную мощность трансформатора можно приблизительно определить по сечению магнитопровода. Правда, ошибка может составлять до 50%, и это связано с рядом факторов. Габаритная мощность напрямую зависит от конструктивных особенностей магнитопровода, качества и толщины используемой стали, размера окна, величины индукции, сечения провода обмоток и даже качества изоляции между отдельными пластинами.

Чем дешевле трансформатор, тем ниже его относительная габаритная мощность.

Конечно, можно путём экспериментов и расчетов определить максимальную мощность трансформатора с высокой точностью, но смысла большого в этом нет, так как при изготовлении трансформатора, всё это уже учтено и отражено в количестве витков первичной обмотки.

Так что, при определении мощности, можно ориентироваться по площади сечения набора пластин проходящего через каркас или каркасы, если их две штуки.
P = B * S² / 1,69
P – мощность в Ваттах,

B – индукция в Тесла,

S – сечение в см²,

1,69 – постоянный коэффициент.

Пример:
Сначала определяем сечение, для чего перемножаем размеры А и Б.

S = 2,5 * 2,5 = 6,25 см²
Затем подставляем размер сечения в формулу и получаем мощность. Индукцию я выбрал 1,5Tc, так как у меня броневой витой магнитопровод.
P = 1,5 * 6,25² / 1,69 = 35 Ватт

Если требуется определить необходимую площадь сечения манитопровода исходя из известной мощности, то можно воспользоваться следующей формулой:

S = ²√ (P * 1,69 / B)
Пример:
Нужно вычислить сечение броневого штампованного магнитопровода для изготовления трансформатора мощностью 50 Ватт.
S = ²√ (50 * 1,69 / 1,3) = 8см²
О величине индукции можно справиться в таблице. Не стоит использовать максимальные значения индукции, так как они могут сильно отличаться для магнитопроводов различного качества.
Максимальные ориентировочные значения индукции.

Тип магнитопровода	Магнитная индукция мах (Тл) при мощности трансформатора (Вт)
	5-10	10-50	50-150	150-300	300-1000
Броневой штампованный	1,2	1,3	1,35	1,35	1,3
Броневой витой	1,55	1,65	1,65	1,65	1,6
Кольцевой витой	1,7	1,7	1,7	1,65	1,6

Вернуться наверх к меню
Где взять исходный трансформатор?

Проще всего подобрать готовый трансформатор на радиорынке, если, конечно, он есть в вашем городе. Там же можно договориться о перемотке трансформатора. Но, и трансформаторы, и услуги по их перемотке достаточно дороги.

На картинке часть лотка на радиорынке, где можно купить трансформаторы в городе Cishinau (Кшинёв).
Если у Вас в сарае или на балконе валяется какая-нибудь ненужная техника, то наверняка в ней есть и трансформаторы. Любой разборный сетевой трансформатор очень легко переделать под свои нужды. Самое главное, чтобы хватило его габаритной мощности.

Если мощность трансформатора меньше требуемой, то под нагрузкой выходное напряжение трансформатора может существенно просесть. Но, это тоже не беда, так как микросхемы типа TDA2030, TDA2040 и TDA2050 могут работать при значительном снижении напряжения питания, а именно: ±6, ±2,5 и ±4,5 Вольт соответственно.

Маловероятно, что вторичные обмотки найденного трансформатора подойдут по току и напряжению, но первичная обмотка уже рассчитана на напряжение осветительной сети и это самое лучшее подспорье, так как перемотать вторичную обмотку намного проще, чем первичную.

Хорошо, если это будет стандартный унифицированный трансформатор, тогда можно по его наименованию точно определить напряжения и максимально допустимые токи вторичных обмоток. Такие трансформаторы не поддаются разборке, поэтому прежде чем его покупать, нужно сверить название с данными в справочнике.

В конце статьи есть ссылка на справочник, в котором можно найти подробную информацию о большинстве унифицированных трансформаторов советского и постсоветского производства.

Если же это будет трансформатор без опознавательных знаков, то вероятность того, что его придётся перематывать, будет стремиться к 99%. За такой транс много платить не стоит.

При покупке трансформатора на кольцевом магнитопроводе, следует иметь в виду, что не каждый трансформатор можно разобрать, не повредив первичной обмотки.

1. 
   Годится для замены вторичной обмотки.
   
2. 
   Нужно мотать первичную обмотку.
   
3. 
   Нужно мотать первичную обмотку.
   

Вернуться наверх к меню
Как подключить неизвестный трансформатор к сети?

Прежде чем подключать трансформатор к сети, нужно прозвонить его обмотки омметром. У понижающих трансформаторов сопротивление сетевой обмотки намного больше, чем сопротивление вторичных обмоток и может отличаться в сто раз.

Первичных (сетевых) обмоток может быть несколько, либо единственная обмотка может иметь отводы, если трансформатор универсальный и рассчитан на использование при разных напряжениях сети.

В двухкаркасных трансформаторах на стержневых магнитопроводах, первичные обмотки распределены по обоим каркасам.

При пробном включении трансформаторов можно воспользоваться приведённой схемой. При неправильном включении предохранитель FU защитит сеть от короткого замыкания, а трансформатор от повреждения.

Рассчитываем ток предохранителя обычным способом:
I = P / U
I – ток, на который рассчитан предохранитель (Ампер),

P – габаритная мощность трансформатора (Ватт),

U – напряжение сети (~220 Вольт).
Пример:
35 / 220 = 0,16 Ампер
Ближайшее значение – 0,25 Ампер.

Схема измерения тока Холостого Хода (ХХ) трансформатора. Ток ХХ трансформатора обычно замеряют, чтобы исключить наличие короткозамкнутых витков или убедится в правильности подключения первичной обмотки.

При замере тока ХХ, нужно плавно поднимать напряжение питания. При этом ток должен плавно возрастать. Когда напряжение превысит 230 Вольт, ток обычно начинает возрастать более резко. Если ток начинает резко возрастать при напряжении значительно меньшем, чем 220 Вольт, значит, либо Вы неправильно выбрали первичную обмотку, либо она неисправна.

Мощность (Вт)	Ток ХХ (мА)
5 - 10	10 - 200
10  -50	20 - 100
50 - 150	50 - 300
150 - 300	100 - 500
300 - 1000	200 - 1000

Ориентировочные токи ХХ трансформаторов в зависимости от мощности.

Нужно добавить, что токи ХХ трансформаторов даже одной и той же габаритной мощности могут очень сильно отличаться. Чем более высокие значения индукции заложены в расчёт, тем больше ток ХХ.

Схема подключения, при определения количества витков на вольт.

Вернуться наверх к меню
Как сфазировать обмотки трансформатора?

На электрических схемах принято отмечать жирной точной начало намотки отдельных катушек трансформатора, если это необходимо. Но, выводы катушек реального трансформатора могут не иметь вообще никакой маркировки.

При прозвонке неизвестного трансформатора, может понадобиться определить начало намотки некоторых катушек.

Например, если две отдельные части первичной обмотки включить навстречу друг другу, то они просто могут выйти из строя. На картинке изображён трансформатор, у которого первичная обмотка состоит из двух частей и эти части подключены в противофазе, что недопустимо (!).

Для фазировки обмоток можно использовать стрелочный вольтметр постоянного тока и батарейку (химический элемент питания) включённые по приведённой схеме.

Диапазон измеряемого напряжения вольтметра нужно подобрать так, чтобы было хорошо заметно движение стрелки. Начинать лучше с большего диапазона.

Если при замыкании выключателя, стрелка вольтметра отклонилась в прямом направлении, то за начало фазируемых обмоток нужно принять «+» (плюс) батареи и «+» вольтметра.

Если стрелка отклонилась в обратном направлении, обмотки подключены в противофазе относительно «+» батареи и «+» вольтметра.

Нужно иметь в виду, что при замыкании выключателя, стрелка вольтметра будет отклоняться в одну сторону, а при размыкании в противоположную, из-за возникшей ЭДС самоиндукции. Ориентироваться нужно по отклонению стрелки именно в момент включения выключателя.

При подключении катушек витых стержневых или штампованных стержневых трансформаторов, у которых два симметрично расположенных каркаса, нужно иметь в виду, что силовые магнитные линии выходят из одного каркаса, но входят в другой.

На картинке изображён трансформатор, у которого первичная обмотка состоит из двух симметричных катушек с выводами 1, 2 и 1’, 2’. Катушки расположены на двух симметрично расположенных друг относительно друга каркасах.

Например, чтобы соединить катушки такого трансформатора последовательно, нужно соединить выводы 2 и 2’, а сеть подключить к выводам 1, 1’.

Вернуться наверх к меню
Как определить количество витков вторичной обмотки?

Для расчёта количества витков вторичной обмотки необходимо знать, сколько витков приходится на один Вольт. Если количество витков первичной обмотки неизвестно, то это значение можно получить одним из предложенных ниже способов.

Первый способ.
Перед удалением вторичных обмоток с каркаса трансформатора, нужно замерить на холостом ходу (без нагрузки) напряжение сети и напряжение на одной из самых длинных вторичных обмоток. При размотке вторичных обмоток, нужно посчитать количество витков той обмотки, на которой был произведён замер.

Имея эти данные, можно легко рассчитать, сколько витков провода приходится на один Вольт напряжения.

Второй способ.

Этот способ можно применить, когда вторичная обмотка уже удалена, а количество витков не посчитано. Тогда можно намотать в качестве вторичной обмотки 50 -100 витков любого провода и сделать необходимые замеры. То же самое можно сделать, если используется трансформатор, имеющий всего несколько витков во вторичной обмотке, например, трансформатор для точечной сварки. Тогда временная измерительная обмотка позволит значительно увеличить точность расчётов.

Когда данные получены, можно воспользоваться простой формулой:

следующая страница>