Подмагничивание сердечника трансформатора постоянным током при воспроизведении усилителем сигнала 25

[AudioKiller]

Существует мнение, что если усилитель воспроизводит синусоидальный сигнал частотой 25 Гц (половина частоты питающей сети), то при этом сердечник трансформатора подмагничивается постоянным током. Общение на радиолюбительских форумах показало, что все сводится (я немного упрощаю) к двум позициям:
1. Постоянка присутствует исключительно в схеме выпрямителя со средней точкой:

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

то никакого подмагничивания не случится.

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

Я встретился с подмагничиванием в статье Константина Никитина «Электропитание аудиоаппаратуры: мифы и реальность», опубликованной в журнале «Аудио Магазин» №1 за 1998 год. Меня эта информация тогда сильно не зацепила – уж очень маловероятно, что в реальном музыкальном сигнале встретилась составляющая точь-в-точь частотой 25 Гц с большой амплитудой и длительностью.
Однако недавно я заинтересовался этим вопросом и довольно быстро выяснил, что у всех этих мнений единственный первоисточник – вышеупомянутая статья. Других публикаций на эту тему я не нашел. Я проанализировал работу трансформатора в таком режиме (теоретически и экспериментально), но несколько сомневался в своих результатах. Поэтому я связался с автором статьи Константином Никитиным, доктором технических наук, профессором, заведующим кафедрой Силовой электроники в Санкт-Петербургском государственном университете телекоммуникаций им. Бонч-Бруевича по электронной почте. И получил полное одобрение следующих «пяти положений о подмагничивании»:

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

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

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

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

5. В силу того, что в реальном звуковом сигнале составляющие «критических» частот имеют малую амплитуду и продолжительность, указанная опасность невелика, но вот на спецсигналах может быть спровоцирована ситуация, когда всё будет плохо.
Теперь по поводу тороидальных трансформаторов. Мощность трансформатора никак не связана с сопротивляемостью подмагничиванию, поэтому увеличение мощности практически ничего не даст. Как и величина сопротивления обмоток. Отсутствие зазора в сердечнике ситуацию ухудшает, но не так сильно, как обычно считают – в броневых и стержневых трансформаторах зазор достаточно мал, и в реальности разница между таким маленьким зазором и его полным отсутствием малозаметна.
Гораздо лучшие результаты дает снижение рабочей индукции трансформатора, правда это тоже не выход.
Но на самом деле со всем этим можно не заморачиваться – на реальном сигнале если подмагничивание и произойдет, то несильно и кратковременно, так что ничего плохого не случится. Так же, как и кратковременное наличие частоты 25 Гц при тестировании колонок свип-синусом.

Подробнее см. Подмагничивание сердечника трансформатора постоянным током

[квазимодо4]

Индукция не зависит от наличия нагрузки (почти ). Т.е. на ХХ и под нагрузкой она одинаковая. Или Вы сомневаетесь, вопреки теории? Но если индукция постоянна, то трансформатору чуть лучше, чем "средней паршивости" однополупериодное выпрямление безразлично (опять-таки почти).

Извиняюсь, что влезаю.
АМПЛИТУДА индукция в магитопроводе в общем завист ТОЛЬКО от переменного напряжения и его частоты на первичке и не от чего более.
И не важно в насышении сердечник или нет, имеется подмагничиваеие или нет.

[DimAlt]

Вот что у меня получилось в микрокапе. Время 100сек. Петля гистерезиса смещается в любом случае, если есть сопротивление в первичной цепи. На первом графике стало интересно за сколько выйдет сердечник из насыщения, замкнул переключатель, потом разомкнул. Второй график, увеличено сопротивление нагрузки. Получается, что сопротивление по первичке сделает свое злое дело. Вопрос времени. (сердечник 3С85, GAP=0). Два последних при GAP=0.1 в начале и конце симуляции. В микрокапе я плохо разбираюсь, мог накасячить.

[Nota Bene]

Кстати, была родственная тема на АП: Подмагничивание трансформатора при питании от ОППВ

Offтопик:
тундра=лёха

[Александр К.]

Наиль, сфоткал бы ты ток в первичке - пора уж .

[a_lumnus]

«…О чем, собственно, фильм?.. Да собственно, ни о чем….. »

В пылу полемики, имхо, потерялась исходная постановки задачи ветки.

Все ниже сказанное касается умеренно насыщенных сетевых низкочастотных трансформаторов, у импульсных (и работающих с заходом в область насыщения) другая картина.
Любой ток любой обмотки создает поток в магнитопроводе. Мгновенное значение результирующего магнитного потока в сердечнике всегда будет отличаться от магнитного потока, создаваемого током холостого хода первички.
Это отличие (касается, естественно, сетевых трансформаторов с частотой тока подмагничивания 50 -60 Гц) будет не очень большим – с достаточной степенью достоверности можно считать поток в магнитопроводе ПОЧТИ соответствующим потоку при хх трансформатора. Это – «энергетический транспорт». При разумно – достаточном запасе по индукции.
Небольшое предложение, для «Фом неверующих».
В преобразовательной технике используются датчики тока фирмы LEM например, LA55-P, LA25-NP, или фирмы Analog Devices AD215 AY, например.
Эти датчики фиксируют и постоянный и переменный токи. Фазовым сдвигом на НЧ можно пренебречь.
Берем транс с двумя обмотками (для простоты измерений). В первичку и вторичку врезаем датчики тока. И далее – в режиме реального времени вычитаем из тока первички ток вторички, естественно, с учетом масштабирования датчиков.
В итоге остается некий ток (осциллограмма). Так вот, это ток, почти соответствует току подмагничивания. Почти – потому что будет присутствовать составляющая тока первички, пропорциональная полю рассеивания трансформатора.
Какая при этом нагрузка (двух или однополупериодный выпрямитель с RC фильтром) – абсолютно фиолетово. Главная, чтобы эта нагрузка была стабильна во времени на период измерений (например, синус на выходе УМЗЧ, но не музыкальный сигнал).
Если в нагрузке будут реактивные индуктивные составляющие (например, DC-LC фильтр), разница увеличится. Но эта разница будет носить симметричный (относительно i=0) характер.

[ViktKors]

(Спасиба, Nota Bene.)
Дяденьки марсиане, включайте моск, смотрите, сравнивайте и делайте выводы.

Уважаемый лысый, тут ведь вот какое дело. У меня есть ЛАТР, осциллограф, трансформаторы и резисторы. Я полагал это-же есть и у Вас, и у любого радиолюбителя здесь (хотя эта ветка и заставляет подумывать об обратном, видел только симуляции и объяснения).
И ведь вот какое дело, этим набором отлично видно и насыщение и ненасыщение и прочие эффекты при включении трансформатора, более того, эти все режимы можно оперативно менять. Скажем подать от двухкиловаттного латра на 10 ваттный трансформатор 10 вольт вместо 220-ти и посмотреть.
Все эффекты видны как на ладони, чего вот только не видно - это постоянного тока в первичке. А учитывая, что с аудиопорталовской ветки прошло 2 года, это наводит на мысль, что с тех пор Вы или приборами так и не обзавелись, или мерять Вам влом, или просто Вы так верите в свои представления о мире, что сама реальность Вам уже не особо и нужна.
Причем и спорить с этими представлениями как-то совсем глупо, очевидно ведь, что в голой теории все так и обстоит как Вы говорите. Проблемка только есть одна, совсем маленькая, у нас не идеальный мир с идеальными трансами, а вполне реальный, с гистерезисными насыщаемыми сердечниками, конечными сопротивлениями обмоток и т.д. И эти все неидеальности довольно быстро обобщают теорию до реальности и "загонять глубоко в насыщение" совсем не нужно, достаточно совсем "чуток", который всегда есть, а там этот "чуток" и время сделают свое дело.

О чем тут вести дискуссию, я не знаю. Вы безусловно правы, только вот в реальности постоянка в первичке не течет

Offтопик:
ах вот что, совсем забыл,

Ну не убивайтесь вы так, вы же так не убъётесь. (с)

Лучше все-же и не меряйте, 220 вольт знаете-ли, как-бы и в самом деле.. лучше ну его... остановимся на теории..

Я даже предагать Вам не буду поставить эксперимент (не мысленный, а в железе) и представить тут хотя-бы какое-то подобие практических результатов, а упражнятся в филологический спорах (при всем моем уважении к гумнитариям-профессионалам), оттачивать искусство полемики или просто издеваться над собеседниками ("Дяденьки марсиане", "включайте моск", и т.д.) мне кажется несколько неуместным на этом форуме. deemon простил об одной мелочи, просто об условиях для эксперимента, которые можно воспроизвести дома и пронаблюдать ток в первичке, к сожалению, кроме упреков в непонимании принципов, ничего другого Вы не предложили, зато перевели дискуссию на марсианское происхождение оппонентов...

[Александр К.]

видел только симуляции и объяснения

Вот и покажите ток в первичке при однополупериодном выпрямлении. В чём проблема?
Может,

мерять Вам влом (?)

Причем и спорить с этими представлениями как-то совсем глупо

Так зачем спорите?

Вы безусловно правы, только вот в реальности постоянка в первичке не течет

Так "правы" или всё же "не течёт"? Вы уж определитесь.

[ViktKors]

Вот и покажите ток в первичке при однополупериодном выпрямлении. В чём проблема?

deemon все показал. Могу только сказать, что осциллограммы показывают отсутствие постоянной составляющей в токе такой формы, и еще добавить, что при уменьшении питающего напряжения до 5 вольт вместо 220 ничего принципиально не меняется. (блин, неужели осциллограф у радиолюбителя такая редкость)
лысый не показал ничего кроме громкого голоса.

Так "правы" или всё же "не течёт"? Вы уж определитесь.

Я все уже написал. Постоянный ток течет несколько периодов, сколько - понятие растяжимое. Но, скажем, через 10 секунд после включения нет никакого измеряемого постоянного тока в первичной обмотке транса подключенного к нагруженному однополупериодному выпрямителю. Если угодно рассматривать первые 2 периода после включения - постоянный ток есть. Это слишком сложно??

Тогда вот количественные примеры:
а) маломощный транс 5 ватт, признаки насыщения появляются при 100 вольтах. Сопротивление первички 500 Ом, измерительный резистор - 75 Ом, ток во вторичке после диода - 10 ма. Время исчезновения постоянки при питании от 5 вольт слишком мало, чтобы заметить - менее секунды;
б) транс 30 ватт, признаки насыщения появляются при 190 вольтах. Сопротивление первички 15 Ом, измерительный резистор - 1.5 Ом, ток во вторичке после диода - 80 ма. Время исчезновения постоянки при питании от 40 вольт (как лысый и просил, до насыщения еще очень далеко) значительно больше, на глаз кривые "AC" и "DC" у двухлучевого осцилла сливаются примерно через 2-3 секунды.

В каком практическом случае утверждения лысого про постоянный ток в первичке имеют смысл? Очевидно тогда, кода от второго трансформатора (при индукции 18% от нормальной и мощности не более 1\10) будет питаться унч с импульсами постоянки во вторичке не более пары секунд.
Распространяется этот случай на реальный однополупериодный выпрямитель включенный постоянно - нет.
Верны утвержения лысого для случая питания транса номинальным напряжением - нет.
Можно ли отбирать от однополупериодного выпрямителя мощность сопоставимую с половинной от двухтактной схемы - нет.
Есть ли практический смысл в его утверждениях - есть но мало.
Но вот "прав ли лысый" - "да, в неких идеализированых случаях при имеющих условное отношение к реальности параметрах".

[АЛВАЛИ]

Так "правы" или всё же "не течёт"? Вы уж определитесь.

Да, ушшшш, блин, вот, абалдеть, ну что тут определяться, постоянки в первичке НЕТ, и быть не может.

[Александр К.]

deemon все показал.

Где?

Я все уже написал. Постоянный ток течет несколько периодов, сколько - понятие растяжимое. Но, скажем, через 10 секунд после включения нет никакого измеряемого постоянного тока в первичной обмотке транса подключенного к нагруженному однополупериодному выпрямителю. Если угодно рассматривать первые 2 периода после включения - постоянный ток есть. Это слишком сложно??

Опять - написал? Картинка где?
Ведь сомневаются люди:

постоянки в первичке НЕТ, и быть не может.

Вы же поймите, тут дело не в лысом. Интересен сам факт того, что в первичке, пусть только несколько секунд, течёт постоянка. Об этом ни в одном учебнике не пишут.

[pokos]

Вы же поймите, тут дело не в лысом. Интересен сам факт того, что в первичке, пусть только несколько секунд, течёт постоянка.

Какая же это нахрен постоянка? Учебники читать лучше надо.

Кстати, коллеги, а сверхпроводящие трансформаторы вполне себе передают постоянный ток...

[Nota Bene]

Об этом ни в одном учебнике не пишут.

Но лабораторки проводят
ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В RL - ЦЕПИ
еще - http://files.baumanec.net/vv/VIU6-61...tr_sredstv.pdf
Добавил в файловый архив "РАСЧЕТ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ"

[DimAlt]

Offтопик:

Кстати, коллеги, а сверхпроводящие трансформаторы вполне себе передают постоянный ток...

В.Л. Гинзбург Е.А. Андрюшин Сверхпроводимость"
Для сверхпроводника:
Поднесем, например, к сверхпроводящему образцу магнит - его маг. поле проникнуть в сверхпроводник не может. Любая такая попытка приводит к возникнавению тока в сверхпроводнике, маг. поле которого компенсирует внешнее поле. В итоге маг. поле в толще сверхпроводника отсутствует, а по поверхности течет как раз такой ток, какой для этого требуется. В толще обычного проводника, который вносят в маг. поле, все происходит точно так же, однако там есть сопротивление и наведенный ток довольно быстро затухает, а его энергия переходит в тепло из - за трения.

Вот и интересно, а как ток начинает течь через сверхпроводник, ведь сразу же возникнет маг поле и эдс равное приложенному U его компенсирует? Или при изменении тока..

[Nota Bene]

Offтопик:

Для сверхпроводника

НЕ СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА,
А СВЕРХНАМАГНИЧИВАЕМОСТЬ МАТЕРИАЛОВ

В работе [62] Я.И. Френкеля читаем: «Камерлинг-Оннесу
пришло в голову разрезать сверхпроводящее свинцовое кольцо, в
котором был индуцирован электрический ток, и посмотреть, что
при этом получится. Казалось, что ток должен прекратиться; в
действительности, однако, отклонение магнитной стрелки, реги-
стрировавшей силу тока, при перерезке кольца нисколько не из-
менилось – так, как если бы кольцо представляло собой не про-
водник с током, а магнит» [62, стр. 5]. В литературе почти не
упоминается «знаменитый когда-то… опыт К-Оннеса со сверх-
проводящим кольцом из свинца, в котором индуцированный ток
не менялся при его рассечении» [62, стр. 18].

Чем дальше в лес, тем толще партизаны

[pokos]

Думается, этот эффект редко упоминается, потому что реально не существует.
Иначе, зачем делать балластные аварийные резисторы в сверхпроводящих магнитах.
Камерлинг наш мог просто плохо отрезать свинец. Невидимой микронной дорожки вполне достаточно, чтобы ток шёл как обычно.

[deemon]

Вы же поймите, тут дело не в лысом. Интересен сам факт того, что в первичке, пусть только несколько секунд, течёт постоянка. Об этом ни в одном учебнике не пишут.

Это не постоянка , а переходной процесс А постоянка ( для тех , кто на бронепоезде ) это ток , который течёт ПОСТОЯННО

Притом , это "чудесное" явление можно сколько угодно наблюдать при включении однотактного лампового усилителя в момент подачи анодного питания выхода , когда накал уже прогрет . Если накал прогрет - лампа включается сразу , а на вторичке выходного транса и происходит такой процесс , при этом басовый динамик колонки может на несколько секунд смещаться от среднего положения .... но потом - переходной процесс затухает , и на выходе становится ноль , как ему и положено быть . Но в первичке же у нас протекает постоянный ток - ток покоя лампы . Так что в ламповом однотакте любой может наблюдать такой режим каждый день - в первичке постоянный ток , а во вторичке никакого постоянного тока нет . И этот "удивительный" факт почему-то никого не удивляет , разве что кроме некоторых "теоретиков" и "гигантов мысли"

---------- Добавлено в 12:03 ---------- Предыдущее сообщение в 11:52 ----------

Думается, этот эффект редко упоминается, потому что реально не существует.
Иначе, зачем делать балластные аварийные резисторы в сверхпроводящих магнитах.
Камерлинг наш мог просто плохо отрезать свинец. Невидимой микронной дорожки вполне достаточно, чтобы ток шёл как обычно.

Наверно так и было ... хотя бы потому , что не раз приходилось читать об авариях , происходящих , когда сверхпроводящий электромагнит внезапно выходил из сверхпроводящего состояния . При этом вся энергия , накопленная в индуктивности - резко переходит в тепло ..... последствия вполне предсказуемы

[a_lumnus]

Nota Bene, три раза за ссылки.

[SAPR]

Offтопик:

Это не постоянка , а переходной процесс

А тут все смешалось (в этой теме) - и временные характеристики (переходные процессы) и частотные характеристики (стационарный режим) и еще Бог знает что.

[Александр К.]

Это не постоянка , а переходной процесс А постоянка ( для тех , кто на бронепоезде ) это ток , который течёт ПОСТОЯННО

Игра слов. Этот переходный процесс - уменьшающаяся постоянка .

[Starichok]

А постоянка ( для тех , кто на бронепоезде ) это ток , который течёт ПОСТОЯННО

для тех, кто под бронепоездом:
Постоянным током называется электрический ток, который не изменяется во времени по направлению.
а вовсе не тот ток, который течет ПОСТОЯННО.
переменный ток тоже течет ПОСТОЯННО, пока вилка вставлена в розетку.