toroid SE

[gsmok]

W ramach moich codziennych wędrówek po necie na stronie znanego producenta transformatorów firmy Plintron http://www.plitron.com znalazłem informację o transformatorach wyjściowych do wzmacnaiczy lampowych w układzie SE. Dokładne oględziny strony (kilkakrotne) upewniły mnie, że chodzi o transformatory TOROIDALNE. Czy ktoś ma pojęcie jak można zrobić trafo toroidalne pracujące w takim układzie?
Może źle oceniłem typ trafa. Zapraszam do odwiedzenia strony Plitrona, bo jeśli jest to toroid to znając chwyt jaki tam zastosowano, możnaby zmniejszyć nieco nasze krajowe bolączki związane ze zdobyciem takich traf.
Podejrzewałem, że Amplifon miał taki patent, bowiem produkował wzmacniacz WT15SE z trafami toroidalnymi, ale konstruktor i właściciel firmy sam przyznał, w jednej z grup dyskusyjnych, że we wzmacniaczu tym zastosował po prostu skomplikowany układ elektroniczny służący wyłącznie rozmagnesowaniu rdzenia.
W czasopiśmie Sound and Vision 9/2003 przy okazji możliwosci wykorzystywania transformatorów toroidalnych w kondycjonerach sieciowych stosowanych w zestawach audio wspomniano, że każdy transformator toroidalny posiada "wirrualną szczelinę". Nie wyjaśniono, o co chodzi. Pomyślałem, że chodzi tu o to, że skoro taśma, z której jest skręcane trafo jest izolowana, to po jej zwinięciu faktycznie powstaje spirana, która nie ma połączenia pomiędzy poszczególnymi zwojami. Może gdyby taśma miała grubszą izolację i nie była znitowana na końcu w celu zabezpieczenia przed rozwijaniem się, dałoby się uniknąć magnesowania prądem stałym? Może jszecze kogoś dręczy ten problem?

[tszczesn]

]W czasopiśmie Sound and Vision 9/2003 przy okazji możliwosci wykorzystywania transformatorów toroidalnych w kondycjonerach sieciowych stosowanych w zestawach audio wspomniano, że każdy transformator toroidalny posiada "wirrualną szczelinę". Nie wyjaśniono, o co chodzi. Pomyślałem, że chodzi tu o to, że skoro taśma, z której jest skręcane trafo jest izolowana, to po jej zwinięciu faktycznie powstaje spirana, która nie ma połączenia pomiędzy poszczególnymi zwojami. Może gdyby taśma miała grubszą izolację i nie była znitowana na końcu w celu zabezpieczenia przed rozwijaniem się, dałoby się uniknąć magnesowania prądem stałym? Może jszecze kogoś dręczy ten problem?

Nie da się uniknąć magnesowania rdzenia stałym strumieniem magnetycznym jak przez jego uzwojenie płynie stały prąd elektryczny (oczywiście mowa o transformatorach SE). Nie można też tej szczeliny usunąć, bo prądy wirowe zjedzą 100% mocy prądu zmiennego, to dlatego rdzenie są robione z cienkich, izolowanych płytek.
A tak przy okazji, czy podmagnesowanie rdzenia zależy od kształtu? IMO nie, wystarczy chyba dobrać odpowiednio duży przekrój rdzenia, aby się nie nasycił, podobnie jak w normalnych transformatorach, które w końcu też są podmagnesiwywane.

[Szczepan]

Być może Plitron stosuje podobne rozwiązanie jak Amplifom. Kupujesz trafo a dostajesz trafo (toroid bez szczeliny) i instrukcję jak je zabezpieczyć elektronicznie przed nasycaniem spowodowanym przepływem prądu stałego.

[Romekd]

Sprawa faktycznie jest ciekawa. W transformatorach typu EI szczelina powietrzna umieszczona jest prostopadle do linii pola magnetycznego natomiast w transformatorach toroidalnych na skutek zwinięcia blachy w spiralę musi istnieć przenikanie pola między poszczególnymi zwojami izolowanych od siebie blach. Gdyby przenikanie takie nie istniało to można by przyjąć, że obwód magnetyczny nie jest zamknięty na skutek istnienia ogromnej szczeliny między początkiem i końcem zwiniętej blachy. Sądzę, że zwiększenie odległości między poszczególnymi zwojami blachy można by w pewnym sensie uznać za istnienie szczególnej szczeliny (i to rozłożonej wzdłuż całego rdzenia magnetycznego stąd może nazwa: wirtualna szczelina), która mogłaby podnieść "odporność" rdzenia na nasycenie i sprawić, że transformatory toroidalne mogłyby być bardzo przydatne do wzmacniaczy SE.
Musze przyznać, że dał mi kolega gsmok ciekawy temat do analizy.

Pozdrawiam serdecznie
Romek

[gsmok]

Uzbierało mi się trochę informacji do przekazania na temat toroidów SE, więc podzielę je na parę grup.
Tszczesn: Zgadzam się z Tobą, jeśli chodzi o niemożliwość uniknięcia namagnesowania trafa bez szczeliny. To prawda, że stosując odpowiednio duży rdzeń można uniknąć jego nasycania się, mimo braku szczeliny. Taka praktyka była zresztą stosowana w niektórych wzmacniaczach m.cz. radioodbiorników. Były to jednak małe moce i małe wymagania dotyczące zniekształceń reprodukowanego sygnału. Zresztą tem temat masz z pewnościa lepiej opanowany ode mnie. Ale wracając do sprawy, nie sądzę, aby Plintron sprzedawał trafa, w których ochroną przed nasycaniem byłaby wyłącznie "nadmiarowość" rdzenia. O dalszych szczegółach dotyczących Plitrona piszę dalej.
Romekd: Ta naturalna wirtualna szczelina istniejąca w toroidach ma niestety praktycznie żadne oddziaływanie jeśli chodzi o odporność tego trafa na składową stałą. Stąd moja sugestia, że może należałoby ją zrobić celowo szerszą. Trafa toroidalne są bardzo nieodporne na składową stałą. W przypadku traf sieciowych wystarczy, że napięcie sieci jest lekko zniekształcone (chodzi o zniekształcenie niesymetryczne powodujące powstanie składowej stałej sygnału zasilającego) a trafo momentalnie nasyca się i efektem jest jego buczenie. Te buczące toroidy to prawdziwa zmora we wzmacniaczach wysokiej klasy (na ten efekt często narzekają użytkownicy Amplifonów).
A teraz trochę własnych (i nie tylko dywagacji). Transformatory toroidalne oczywiście można zastosować w układach SE pod warunkiem zneutralizowania efektu magnesowania prądem stałym. I tego typu układy są stosowane. Według informacji, które uzyskałem od AUDIODEKANA (z naszego Forum) potrzebne jest do tego dodatkowe uzwojenie neutralizujące i źródło prądu dołączone do tego uzwojenia. Od Audiodekana otrzymałem zresztą bardzo klarowny opis przejścia od układu przeciwsobnego pracującego w klasie A do układu SE z neutralizacją. Jest to z pewnością jedno z podejść jakie można zastosować chcąc zbudować wzmacniacz SE z zastosowaniem rdzenia toroidalnego.
Tajemniczy patent Plitrona pozostaje jednak w mocy. Moje szczegółowe przeglądanie danych traf oferowanych przez Plitrona utwierdza mnie w przekonaniu, że zastosowano tam inne rozwiązanie niż neutralizacja. Polecam zapoznanie się np. z opisem technicznym transformatora toroidalnego do wzmacniacza SE na triodzie 300B. Ma on symbol PAT3050-SE. Plitron podaje schemat elektryczny oraz rysunek przekroju. Z rysunku wynika, że na pewno chodzi o toroid, a ze schematu elektrycznego, że jest to trafo z pojedynczym uzwojeniem pierwotnym, czyli nie ma uzwojenia neutralizującego.
W opisie technicznym trafa jest odnoścnik do artykułu:
"Theory and Practice of Wide Bandwidth Toroidal Output Transformers"
Niestety ten link nie działa. Może ktoś ma dostęp do materiałów z konferencji Audio Engineering Society z 1997 roku. Tam powinien być ten artykuł.
Kończąc chciałbym zachęcić do drążenia tematu. Może coś jest na rzeczy z tą już "nie wirtualną" szczeliną, może rdzeń jest w jakiś sposób przecięty, a może chodzi o jeszcze coś innego. Ja na razie nie mam pojęcia , ale się nie poddaję .

[Romekd]

Mówiąc o szczelinie nie miałem na myśli warstwy izolującej elektrycznie blachy między sobą tylko jakąś znacznie grubszą przekładkę zwiększającą odległość miedzy blachami. Analizując pole magnetyczne występujące w rdzeniu dochodzę do wniosku, że sprzężenie magnetyczne między poszczególnymi zwojami blachy ma ogromne znaczenie na wielkość strumienia, gdyż pole to dąży do przyjęcia kształtu koła (a nie spirali, jak mógłby wskazywał na to kształt magnetowodu). Domyślam się, że pomysł z taką szczeliną podaje pod rozwagę kolegów do czysto teoretycznych rozważań, bo w praktyce wykonanie takiej szczeliny powodowałoby znaczny przyrost wielkości rdzenia (rdzeń przypominałby konstrukcyjnie budowę kondensatora, w którym znaczną część jego wielkości stanowiłby właśnie separator oddzielający blachę między sobą). Gdyby jednak takie rozwiązanie było możliwe i sensowne zarazem to można by sądzić, że tak wykonany transformator zachowałby wszystkie zalety transformatorów toroidalnych bez typowych i ogólnie znanych ich wad, o których wspomina gsmok, a które powodują niechęć sporej grupy konstruktorów do stosowania takich transformatorów w konstrukcjach Hi-End. Co by jednak nie mówić, to z punktu fizyczno-matematycznego właśnie toroid ma najbardziej korzystny kształt dla transformatora. Może, więc warto by pomyśleć, jak udoskonalić rdzeń, aby nie był on piętą achillesową całej konstrukcji.
Ciekaw jestem, co sądzą o tym koledzy?

Pozdr
Romek

[tszczesn]

Uzbierało mi się trochę informacji do przekazania na temat toroidów SE, więc podzielę je na parę grup.
Tszczesn: Zgadzam się z Tobą, jeśli chodzi o niemożliwość uniknięcia namagnesowania trafa bez szczeliny. To prawda, że stosując odpowiednio duży rdzeń można uniknąć jego nasycania się, mimo braku szczeliny. Taka praktyka była zresztą stosowana w niektórych wzmacniaczach m.cz. radioodbiorników. Były to jednak małe moce i małe wymagania dotyczące zniekształceń reprodukowanego sygnału. Zresztą tem temat masz z pewnościa lepiej opanowany ode mnie. Ale wracając do sprawy, nie sądzę, aby Plintron sprzedawał trafa, w których ochroną przed nasycaniem byłaby wyłącznie "nadmiarowość" rdzenia. O dalszych szczegółach dotyczących Plitrona piszę dalej.

Dzięki za oświecienia, faktycznie zapomniałem, że orientacja szczeliny względem linii sił pola jest różna w tych transformatorach :(
Za to wiem na pewno, że widziałem transformatory wyjściowe audio bez szczeliny, na rdzeniach EI (blachy były składane jak sieciowe - na przemian). A co do uzwojenia odmagnesowującegio to widzę tu dwa problemy - jeden to wpływ układu zasilającego podłączonego do tego uzwojenia - nie może on w jakikolwiek sposób wpływać na sygnał, czyli dla składowej zmiennej powinien być niewidoczny, co nie jest takie proste.
I druga rzecz - skuteczności neutralizacji. Aby to było naprawdę skuteczne powinnien być jakiś układ sprzężenia zwrotnego tak regulujący stały prąd płynący przez to uzwojenie, aby składowa stała strumienia była równa zeru. A nie za bardzo wiem jak zmierzyć strumień w rdzeniu - hallotronu nie ma tam jak zamonotować, a innej metody nieingerującej w sygnał nie widzę. Można ewentualnie wyliczyć jaki prąd powinien być przyjmując znamionowy prąd anody lampy, ale ta metoda nie będzie w 100% skutecznba, i do tego zmienna w czasie.

[gsmok]

A czy moglibyście wejść na stronę Plitrona i popatrzeć na opis traf SE. Może ja coś źle tam zinterpretowałem i niepotrzebnie gryzę się tym ich patentem.

[Romekd]

Niestety ja również stronie Plitrona nie dostrzegłem niczego, co mogłoby stanowić istotę patentu pozwalającego na stosowanie ich transformatorów w układach SE . Być może firma skrzętnie to ukrywa, aby nie pomagać firmom konkurencyjnym.
Robi natomiast wrażenie masa tego transformatora wynosząca 5,4Kg (jak na 13W mocy to nie jest on lekki i może to swiadczy o istnieniu w rdzeniu szczeliny o której firma milczy).
Kiedyś na jakiejś stronie w Internecie czytałem jak można przeciąć rdzeń transformatora toroidalnego i wypolerować powstałe płaszczyzny oraz zastosować przekładki dystansowe, a następnie spiąć całość specjalną taśmą i nawinąć uzwojenia, ale pomysł ten wydał mi się bardzo trudny (by nie powiedzieć nierealny) w realizacji.

[gsmok]

Ale jak rozumiem, nie negujesz mojego odczucia, że to co pokazuje Plitron to nie moja imaginacja tylko rzeczywiście toroidy do SE.
Tak przy okazji zapuściłem wici w kwestii tego artykułu, o którym wspomniałem wczesniej. Może on coś wyjaśni na ten temat.

[Romekd]

Naturalnie, że nie neguje, bo sam to oglądałem. Myślę, że firma nie mówi wszystkiego o konstrukcji tego transformatora. Moim zdaniem musi tam być wewnątrz jakaś szczelina lub inne rozwiązanie, które zapobiegałaby nasycaniu się rdzenia.

Rozwiązania z dodatkowym uzwojeniem neutralizującym wpływ przepływu składowej stałej przez uzwojenie pierwotne to pomysł ten (przynajmniej jak dla mnie), wydaje się zbytnio wydumany. Jako lepsze rozwiązanie widziałbym konstrukcję przeciwsobną z lampami pracującymi w klasie A (moc wyjściowa wzmacniacza wzrośnie ponad dwa razy przy tej samej mocy, którą pobiera układ z jedną lampą i neutralizacją).

pozdr.
Romek

[Adam]

Ja tam się nie znam i może napisze głupotę, ale:
Dlaczego Wszyscy zakładacie że rdzen jest zwijany? Toroidalny moze oznaczać że jest on składany z wyciętych okregów układanych jeden na drugim. W takim przypadku wykonanie szczeliny 0.2mm z np wstawką ze szklanej płytki (w szczelinę) nie stanowiło by problemu.

[tszczesn]

Ja tam się nie znam i może napisze głupotę, ale:
Dlaczego Wszyscy zakładacie że rdzen jest zwijany? Toroidalny moze oznaczać że jest on składany z wyciętych okregów układanych jeden na drugim. W takim przypadku wykonanie szczeliny 0.2mm z np wstawką ze szklanej płytki (w szczelinę) nie stanowiło by problemu.

Szczelina musi być prostopadła do linii sił pola a nie równoległa. Czyli musiałyby byc to dwa półkola rozdzialone np. preszpanem. Szkła bym nie używał, za kruche.

[gsmok]

Adam: ten sposób składania, nawet przyjąwszy, że nie jest to trafo ze szczeliną, nie jest chyba stosowany choćby z przyczyn ekonomicznych. Przy wycinaniu kółek byłyby ogromne straty materiałów. Podobnie niekonwencjonalny kształt rdzenia występował kiedyś w przypadku traf EI, które miały kolumny środkowe o przekroju kołowym . Ale tam można było zaprojektować matrycę wycinającą z minimalizacją strat materiału. Tak przy okazji widziałem w książce bodajże Cykina, na temat transformatorów całą "teorię" praktyczną" jak wycinać kształtki z blachy aby mieć jak najmniej odpadów.
Tomek: Wyjąłeś mi to z ust. Przecież taki toroid to byłby zaokrąglony (że się tak wyrażę "do koła")rdzeń złożony z dwóch kształtek CC. Rozwijając Twoją myśl możnaby sobie wyobrazić również pojedynczą szczelinę przez jakieś przecięcie rdzenia w jednym miejsci, choć to chyba by było bardzo trudne technologicznie.
Ale czy rzeczywiście z tymi toroidami SE byłoby to aż takie proste?

[tszczesn]

Adam: ten sposób składania, nawet przyjąwszy, że nie jest to trafo ze szczeliną, nie jest chyba stosowany choćby z przyczyn ekonomicznych. Przy wycinaniu kółek byłyby ogromne straty materiałów. Podobnie niekonwencjonalny kształt rdzenia występował kiedyś w przypadku traf EI, które miały kolumny środkowe o przekroju kołowym

Kiedyś to się ludziom chciało kombinować...:)

Tomek: Wyjąłeś mi to z ust. Przecież taki toroid to byłby zaokrąglony (że się tak wyrażę "do koła")rdzeń złożony z dwóch kształtek CC. Rozwijając Twoją myśl możnaby sobie wyobrazić również pojedynczą szczelinę przez jakieś przecięcie rdzenia w jednym miejsci, choć to chyba by było bardzo trudne technologicznie.
Ale czy rzeczywiście z tymi toroidami SE byłoby to aż takie proste?

Nie, takie cięcie nie byłoby IMO trudne. Zwijasz normalny rdzeń toroidalny, sklejasz go jakąś żywicą, ostrą tarczą tniesz szczelinę, wypełniasz czymś (np. preszpanem), zalewasz żywicą, zaciskasz i zostawiasz do wyschnięcia. Roboty sporo więcej, ale bez przesady.