Как экранировать тороидальный трансформатор в усилителе

8

Как экранировать тороидальный трансформатор в усилителе

Сборка печатных плат от $30 + БЕСПЛАТНАЯ доставка по всему миру + трафарет

Ведущий производитель электрического оборудования компания MORNSUN выпустила серию источников питания на DIN-рейку LI100-20BxxPR3 c выходами на 12, 15, 24 и 48 В. ИП позиционируются для умных домов, а так же используются в составе оборудования для промышленной автоматизации, различных производственных машин, рельсовых систем транспортировки и другого оборудования, работающего в условиях неблагоприятной окружающей среды.

Компания MEAN WELL продолжает активное развитие номенклатуры, осваивая новые направления и обновляя существующую продукцию с учетом возрастающих требований. В настоящий момент в Компэл представлено множество недавно вышедших новинок MEAN WELL.
MEAN WELL выпустил ряд таких новинок как мощные высоковольтные управляемые источники питания, DC/DC-преобразователи со сверхшироким входом (с креплением на DIN-рейку и на шасси), полностью обновил линейку зарядных устройств (ЗУ), DC/AC-преобразователей (инверторов) и ИБП для охранно-пожарных систем. Кроме того, выпущены специальные источники питания с выходным напряжением в виде ШИМ для светодиодных лент и модулей управляемых по DALI2 и 0…10 В, а также другая продукция.

Технические характеристики и принципы изготовления экрана трансформатора

Нередко приходится слышать жалобы даже от опытных разработчиков по поводу «неизбывных» помех или «наводок» частоты питающей сети, проникающих в сигнальные цепи аппаратуры. Думаю, тема электромагнитных помех интересует не только разработчиков аудио-аппаратуры высокой верности воспроизведения и энтузиастов-самодельщиков, но и любого уважающего своё призвание инженера-электронщика. Статья посвящена лишь одному приёму, ощутимо снижающему суммарную напряжённость магнитного поля, распространяемого трансформаторами за пределы своих габаритов. Методов борьбы с наводками питающего напряжения много, по нескольким самым основным пройдёмся в конце лишь кратенько, в качестве памятки.

Общие технические характеристики

Экран для трансформатора — его магнитно-провод. Устройство монтируется целой пластиной или множественными на питающую часть прибора. Ферромагнитные материалы востребованы. Они имеют малые показатели удельного сопротивления, но высокую магнитную проницаемостью. В результате беспрепятственного прохождения электрического тока на первичной и вторичной обмотке не возникает дополнительных шумов, что благоприятно сказывается на работе устройства.

При правильной установке не возникает погрешностей и снижения коэффициента полезного действия. Емкостный ток, образуемый между экраном трансформатора не образует взаимодействий с преобразователем электрической энергии. Потому важно при самостоятельной установке соблюдать ограничения и пользоваться схемой.

Двойное экранирование длинного кабеля

Двойной экран (рис. 7) используется для повышения качества экранирования в широком частотном спектре. Заземление внутреннего экрана производится с одной стороны (источника сигнала) для исключения прохождения емкостной помехи, второй же, внешний экран, используется для уменьшения высокочастотной наводки.

В любом случае для предотвращения случайных контактов экрана с металлическими предметами и землей он должен быть изолирован.

В случае с длинным кабелем даже при правильном заземлении помеха через экран все равно проходит, а потому передавать сигнал на значительное расстояние либо при серьезных требованиях точности измерений лучше либо в цифровой форме, либо посредством волоконно-оптического кабеля. Для этого могут использоваться модули аналогового ввода с цифровым интерфейсом RS-485 либо оптоволоконные преобразователи интерфейса RS-485.

Принципы изготовления экрана

Экранирование тороидального трансформатора выполняется блочным способом. Берется замкнутая металлическая сетка или камера и размещается согласно схеме использования на конденсаторе. Экранирование высокочастотного трансформатора ведется при помощи специального экрана, помещенного в стальной кожух. При этом обязательно заземление для обеспечения стабильности выполняемых работы и безопасности специалистов.

Экранирующая обмотка трансформатора плавильного, предназначенного для работ с высокими температурными показателями, ведется благодаря специальной металлической камере. Она подвижная, во время взаимодействия с высокими температурными показателями опускается, а с низкими или при комнатной температуре в режиме покоя — поднимается. Это позволяет определять заочно, как функционирует прибор. Иногда в плавильном механизме устанавливают неподвижные камеры с дверцей — они не так удобны, как предыдущий вариант.

Экран трансформатора подключение с применением сердечника Л-образного затруднено. Конструкция потребует разбиения обмоток на две равнозначные части. Каждая половина располагается на керне, экран выполняется толщиной 1 мм или 0,3 (для двойного экранирования с зазорами до 0,2 миллиметров).

Экранирование импульсного, ПЧ трансформатора ведется при помощи алюминиевых держателей. Конденсаторы, катушки располагаются в кожухах из прочного полиэтилена. Пластмассовыми вкладками защищаются трансформаторы, в которых экраны не отделены друг от друга перегородками.

Принцип действия позволяет избегать короткого замыкания из-за экранирования.

Эффективность экранирования

Специалисты задумаются, как экранировать магнитное поле трансформатора в домашних условиях, если величина нагрузок значительная и это может привести к поломке оборудования. Полезное свойство трансформатора любого типа — способность смягчать шумы и стабилизировать скачки напряжения в приборе, что приводит к стабильной работе и подаче напряжение другой технике. Хотя возникающая спонтанно ненужная энергическая составляющая начинает не в трансформаторе, а в импульсном источнике, корректирующими мерами оснащается именно тс.

Для избежания проблем с возникновением помех и электрических шумов используются экраны межу первичной и вторничной обмоткой. Это стабилизирует магнитное поле, не только влияет на качество и количество подаваемой в приборы энергии, но и срок службы трансформатора. Необходимость этого дополнения обусловлена требованиями оборудования. Для питания периферийной техники, в том числе и компьютерных устройств, строго обязательно использование дополнительных корректирующих мер на тс.

Шумы и скачки напряжения обуславливаются двумя независимыми причинами. Первая — это общий вид, а вторые — нормальные, поперечные вариации. Общие помехи и скачки являются возмущениями со стороны фазы земли и первичными линиями функционала. Поперечные скачки и шумовые помехи вызываются возмущениями собственных фаз прибора. Экранировать помехи возможно только первого типа — общие. Возмущение фаз при установке экрана на трансформатор или усилитель не приведет к положительному результату. Поперечные возмущения снимаются вне зависимости от подключения — убираются собственным импедансом оборудования.

Подавители скачков используются для подавления поперечных аберраций и снижения показателей напряжения. Фильтры применяются для борьбы с возникающими шумами. Экран, вопреки частому мнению не профессионалов, не снимает и не устраняет подавляющие искажения прибора. Дело в том, что если посмотреть синусоидальную кривую напряжения, то можно увидеть, как она воздействует на фазы и растет соответственно возмущению в них. Экранирование не касается поперечных характеристик устройства, следовательно, искажения при помощи него не убираются.

Функционал

Функционал трансформаторного экрана, в том числе и когда подразумевают экранирование тороидального трансформатора в усилителе, ограничивается фильтрацией шумов общей типологии. Электростатический экран представляет собой технологическое устройство, изготовляемое из одной или нескольких кусков качественного металла, которые не поддается изменениям с течением времени. Его в обязательном порядке заземляют, так как в противном случае это грозит не только серьезными помехами механического характера и неэффективностью избавления от помех, но и скачками напряжения в оборудовании, отсутствием безопасности специалистов при работе.

Устанавливается заземленный барьер между вторичными и первичные обмотками, при этом при самостоятельном подключении используется схема размещения. Важно правильно установить оборудование, знать, в каком месте наблюдается наибольшие скачки, особенно если речь идет о тороидальном трансформаторе. Металлический экран фильтрует шумовые характеристики общего типа, никак не воздействуя на поперечные. Он может устанавливаться в совокупности с другими устройствами, в том числе и фильтрами, которые положительно воздействуют именно на поперечные характеристики. В результате экранирования трансформатора:

• поставляется чистая энергетическая составляющая, без дополнительной ненужной энергии;
• отсутствуют шумы и помехи;
• уменьшаются пики на входе и выходе;
• нет скачков напряжения общего вида.

Функционал заключается в том, что он принимает энергетические составляющие с помехами и скачками на себя. Устройство не перерабатывая их убирает благодаря функции заземления.

В результате установки дополнительного оборудования устройства, работающие от энергии трансформатора, получают качественный и безопасный поток.

Дьявол обитает в мелочах

Именно в расчёте на случай несимметричных трансформаторов нельзя закорачивать «нулевой» виток. А поскольку ни в природе ни в электронике не бывает двух абсолютно одинаковых созданий — правило это надо соблюдать всегда. Казалось бы — откуда ему там вообще взяться, этому витку, да ещё общему для двух трансформаторов? Это может быть, например, ось, на которую «нанизаны» оба тора, которая вместе с корпусом образует короткозамкнутый виток. Весьма удобное конструктивное решение, и его вполне можно применить, надо лишь разорвать цепь, заизолировав один из концов оси, например как на картинке:

Под гайки подложены изолирующие шайбы из стеклотекстолита, а на саму ось, в том месте, где она проходит через алюминиевый уголок, надета ПВХ трубочка.

Эксплуатация

Перед установкой экрана следует убедиться в том, что помехи вызываются именно общими возмущениями, а не между фазовыми. Обязательно высчитываются показатели ослабления помех трансформатора. В пример можно привести случай получения тс энергии от вспышки молнии. Установка экрана перевела бы благодаря заземлению излишнюю составляющую в землю, оставил удар на вторичную обмотку, на ответвление не более одного Вольта.

Устройства, находящиеся по ответвлению, могли бы еще более снизить показатель и-за экранирования. Такие постепенные снижения по ответвлениям называются каскадными. Экранирование трансформаторов в большинстве случаев необходимо. Особенно это важно, если присутствуют подключенные устройства, не имеющие такой функции.

Один тор хорошо, а два — лучше!

Изначально эту идею я где-то выловил. Если знаете автора-изобретателя — подскажите, пожалуйста! Всё очень просто: если взять два одинаковых тора, которые к тому же и нагружены хотя бы приблизительно одинаково, установить их спинка к спинке и подключить так, чтобы излучаемое каждым трансформатором магнитное поле было в противофазе к полю его соседа — магнитные поля от двух трансформаторов в большой степени взаимно компенсируются. Таким образом можно значительно снизить уровень помех просто слегка изменить конструктив.

Откуда возьмутся два одинаковых трансформатора? Нередко для питания усилителя требуется пара идентичных трансформаторов, это может быть выгодно по цене и габаритам, полезно для развязки каналов и т.п. Если же аппарат проектируется «с нуля» — то можно, например, использовать по одной обмотке с каждого тора для получения двуполярного напряжения.

Вот так уместились по два 150-ваттных тора в моноблоках, которые я собирал ещё в прошлом столетии:

Как проверить, что трансформаторы действительно подключены в противофазе: достаточно намотать тестовый виток (или несколько) на оба тора сразу — при правильно подключенных первичных обмотках на такой «общей» тестовой не должно быть напряжения. Полезно так же проверить «от обратного»: временно поменять фазу первичной обмотки одного из трансформаторов и убедиться, что тестовый виток развивает определённое напряжение.

Даже в случае неидеальной симметрии суммарный уровень магнитной помехи, излучаемой трансформаторами, будет значительно снижен.

Уменьшить помехи от трансформатора

Уменьшить помехи от трансформатора выполненного на тороидальном сердечнике — такое очень часто приходится слышать даже от профессиональных разработчиков, а также о неизбежных помехах либо наводках электрической сети оказывающих негативное влияние на сигнальные тракты электронной аппаратуры и в частности усилителей мощности. Можно с уверенностью говорить, что вопрос подавления электромагнитных помех волнует не только опытных создателей аудио-оборудования высокой точности воспроизведения звука, но и многочисленную армию простых радиолюбителей. В этой статье будет освещен только один вариант существенно уменьшающий общую составляющую магнитного поля, исходящего от трансформатора за границы своих габаритных размеров. Методов подавления наводок напряжения питания существует довольно много, по некоторым пробежимся совсем коротко только в конце — это так сказать для памяти.

Эффективный способ установки двух торов

Эта идея как уменьшить помехи от трансформатора не нова и была опубликована где-то в сети Интернет. Поэтому все весьма просто — если два идентичных тороидальных трансформатора, рассчитанных на приблизительно одинаковую нагрузку, установить их вертикально большей площадью друг к другу и соединить обмотки так, чтобы образованное каждым трансформатором магнитное поле находилось бы в противофазе к полю другого тора — магнитные поля образованные обоими трансформаторами в немалой степени компенсируют один другого. Вот таким не хитрым способом можно существенно уменьшить степень помех, элементарно изменив немного компоновку силового блока.

Из всего сказанного следует вопрос — где взять два идентичных трансформатора? Бывает и очень часто, для обеспечения питающим напряжением усилителя мощности необходимы два одинаковых трансформатора, это бывает в случае эффективной компоновки элементов внутри корпуса с учетом габаритов, также бывает необходим такой вариант, чтобы развязать между собой каналы и так далее. Также как один из часто практикуемых способов создания блока питания, особенно при конструировании нового аппарата — это использование по одной вторичной обмотки каждого трансформатора, вследствие чего получаем двуполяное напряжение питание для устройства.

Вот на фото ниже показан наглядны пример установки двух торов в моноблоках, мощностью по 150 Вт каждый. Правда это было очень давно.

Проверка подключенных тороидальных трансформаторов на предмет нахождения в противофазе

Для такой проверки необходимо на два транса сразу намотать поверх обмотки несколько проверочных витков провода, в случае правильного соединения первичных обмоток на дополнительной проверочной шине напряжение отсутствует. И для уверенности можно еще проверить другим способом: изменить фазу первичной обмотки одного из двух торов, при этом на дополнительных витках будет присутствовать некое напряжение.

Чтобы уменьшить помехи от трансформатора вот такое конструктивное исполнение позволяет добиться того, даже если нет идеальной симметрии, что магнитные помехи будут в значительной степени уменьшены.

Незначительные мелочи тоже играют важную роль

Исходя из того, что возможно придется иметь дело не симметричными торами не в коим случае нельзя замыкать накоротко «нулевой» виток и всегда на будущее, помнить это правило. Опять же может возникнуть вопрос — как он там вообще появился этот нулевой виток? Такому явлению способствует как правило шпилька крепления пары трансформаторов. Эта шпилька естественно одним концом может касаться шасси и поэтому создается закороченный виток.

Шайбы-изоляторы на одном из концов шпильки крепления трансформаторов

Избежать такого нюанса можно только с помощью разрыва цепи, а именно один конец шпильки изолировать от корпуса через изолятор, например: под гайку шпильки положить шайбу текстолитовую, а на саму шпильку, там где она вставляется в отверстие уголка из алюминия надеть подходящий кембрик.

Тороидальный трансформатор для усилителя — снижаем электромагнитные помехи

Нередко приходится слышать жалобы даже от опытных разработчиков по поводу «неизбывных» помех или «наводок» частоты питающей сети, проникающих в сигнальные цепи аппаратуры. Думаю, тема электромагнитных помех интересует не только разработчиков аудио-аппаратуры высокой верности воспроизведения и энтузиастов-самодельщиков, но и любого уважающего своё призвание инженера-электронщика. Статья посвящена лишь одному приёму, ощутимо снижающему суммарную напряжённость магнитного поля, распространяемого трансформаторами за пределы своих габаритов. Методов борьбы с наводками питающего напряжения много, по нескольким самым основным пройдёмся в конце лишь кратенько, в качестве памятки.

Один тор хорошо, а два — лучше!

Изначально эту идею я где-то выловил. Если знаете автора-изобретателя — подскажите, пожалуйста! Всё очень просто: если взять два одинаковых тора, которые к тому же и нагружены хотя бы приблизительно одинаково, установить их спинка к спинке и подключить так, чтобы излучаемое каждым трансформатором магнитное поле было в противофазе к полю его соседа — магнитные поля от двух трансформаторов в большой степени взаимно компенсируются. Таким образом можно значительно снизить уровень помех просто слегка изменить конструктив.

Откуда возьмутся два одинаковых трансформатора? Нередко для питания усилителя требуется пара идентичных трансформаторов, это может быть выгодно по цене и габаритам, полезно для развязки каналов и т.п. Если же аппарат проектируется «с нуля» — то можно, например, использовать по одной обмотке с каждого тора для получения двуполярного напряжения.

Вот так уместились по два 150-ваттных тора в моноблоках, которые я собирал ещё в прошлом столетии:

Как проверить, что трансформаторы действительно подключены в противофазе: достаточно намотать тестовый виток (или несколько) на оба тора сразу — при правильно подключенных первичных обмотках на такой «общей» тестовой не должно быть напряжения. Полезно так же проверить «от обратного»: временно поменять фазу первичной обмотки одного из трансформаторов и убедиться, что тестовый виток развивает определённое напряжение.

Даже в случае неидеальной симметрии суммарный уровень магнитной помехи, излучаемой трансформаторами, будет значительно снижен.

Дьявол обитает в мелочах

Именно в расчёте на случай несимметричных трансформаторов нельзя закорачивать «нулевой» виток. А поскольку ни в природе ни в электронике не бывает двух абсолютно одинаковых созданий — правило это надо соблюдать всегда. Казалось бы — откуда ему там вообще взяться, этому витку, да ещё общему для двух трансформаторов? Это может быть, например, ось, на которую «нанизаны» оба тора, которая вместе с корпусом образует короткозамкнутый виток. Весьма удобное конструктивное решение, и его вполне можно применить, надо лишь разорвать цепь, заизолировав один из концов оси, например как на картинке:

Под гайки подложены изолирующие шайбы из стеклотекстолита, а на саму ось, в том месте, где она проходит через алюминиевый уголок, надета ПВХ трубочка.

Хозяину на заметку

Краткий перечень других методов по снижению помех. Надеюсь, со временем список будет пополняться, в частности и Вашими усилиями. Так что заглядывайте почаще!

• Метод «грубой силы»: помещаем трансформатор в защитный экран из магнитомягкого материала. Весьма эффективно как для борьбы с помехами, так и, увы, для поднятия общего бюджета изделия.

• Самый действенный способ уменьшить магнитную составляющую помех от трансформатора — это снизить индукцию в сердечнике. Иными словами — приобретайте качественные изделия. В случае тех моноблоков, что на картинках, при заказе трансформаторов я попросил изготовителя сначала рассчитать изделия как обычно, а потом добавить ко всем обмоткам по 10% витков. В результате ток холостого хода мизерный, сердечник не насыщался и при 280 вольт питающего напряжения, трансы вообще не гудят и ничего не «светят» вовне. По деньгам же это дополнение тогда обошлось мне в сущие копейки.

• Священный Грааль всех изготовителей трансформаторов: не должно быть неполных витков. Именно такие витки могут стать источником помех, разгуливающих по всему корпусу аппарата, либо чувствительными приёмниками оных, например в случае выходных (и уж тем более межкаскадных) трансформаторов в ламповых усилителях. Отсюда следует важный вывод для простых пользователей электромагнитных изделий: провода каждой обмотки должны выходить из одного места и быть тщательно скручены, чтобы не образовывалось никаких петель. Так же следует обратить внимание на возможные петли и исключить их как в сильноточных, так и в сигнальных цепях далее по схеме.

• Грамотная разводка «земли» — тема для полноценного цикла статей. Здесь замечу лишь, что даже на сантиметровом отрезке проводника, неудачно послужившем частью «единой точки» заземления всего, может разгоняться напряжение помехи, будучи опять же неудачно приложенное ко входным цепям — достаточное для возникновения препротивнейшего и очень заметного «гудежа» на выходе аппарата.

• Экранирующая обмотка, как и корпус трансформатора, должны быть подсоединены к корпусу прибора и, возможно через небольшую развязку — к защитному заземлению.

• Фильтр ВЧ помех по питанию — необходимый компонент любого аппарата в современном мире. Об этом отдельная статья.

Уверен, что у Вас, дорогой читатель, найдётся ещё немало приёмов подавления помех, о которых полезно помнить всем нашим собратьям по страсти электронной. Даже одно доброе дело в день — жизнь прожита не зря! �� Так совершите же полезное прямо сейчас — поделитесь в комментариях с Миром своим опытом, знаниями!