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Trasformatori

 
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br1



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MessaggioInviato: Sab Feb 20, 2010 6:34 pm    Oggetto: Trasformatori Rispondi citando

Mi permetto si spostare qui la discussione sui trasformatori, mi pare sia più consono qui, in quanto non si parla direttamente di audio.
Non vorrei apparire “docente” quanto invece semplice testimone di problemi di difficile interpretazione, realmente capitati ad alcune aziende operanti in elettronica.

Ben vengano correzioni o smentite a quanto riporto, nella vita non si finisce mai di imparare

Il trasformatore, divulgazione teorica

Il trasformatore consiste in un sistema di almeno due avvolgimenti di filo, in stretto contatto magnetico: la corrente che facciamo scorrere dentro un avvolgimento, la ritroviamo nell'altro avvolgimento “trasformata” di valore.
Ad esempio dobbiamo trasformare 220Volt in 22 Volt: dovremo realizzare un trasformatore con un rapporto di 10:1, quindi avvolgere 10 giri di rame sul lato 220V per ogni giro di rame sul lato 22V (tutto in teoria, in pratica vanno considerate le perdite elettriche di varia natura).

Il trasformatore trasforma correnti di natura alternata, tipo la rete di alimentazione elettrica, non trasforma la corrente continua di una batteria (per farlo ci vogliono dei circuiti elettrici di supporto).

Il trasformatore deve venir realizzato in funzione della frequenza di alimentazione con cui deve lavorare, quindi per lavorare a 50Hz è conveniente avvolgere il filo attorno un nucleo di materiale ferromagnetico, così il rendimento del trasformatore aumenta, quindi si riducono le perdite elettriche.

Il nucleo del trasformatore
Il nucleo del trasformatore andrebbe realizzato in materiali piccoli, come i granuli di ferrite agglomerati in forma solida, oppure i lamierini affiancati: le singole parti costituenti il nucleo dovrebbero essere elettricamente isolate tra di loro.
A bassa frequenza va meglio un lamierino, ad alta frequenza va meglio la ferrite.

Da un antico detto di Confucio: Shocked
Che se ne pensi sui trasformatori di alimentazione, va constatato che il nucleo di quelli per 50Hz è pressoché sempre realizzato con lamierini.
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br1



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MessaggioInviato: Sab Feb 20, 2010 6:48 pm    Oggetto: In termini pratici Rispondi citando

Realizzazione degli avvolgimenti del trasformatore

Appare la necessità di realizzare un trasformatore con il minor costo possibile, quindi ci si inventa un supporto di resina plastica sopra il quale avvolgere il filo in maniera ordinata, quindi una specie di rocchetto, anzi 2 rocchetti uno per il primario (lato 220V) ed uno per il secondario (lato circuiti audio).
I rocchetti migliorano di molto la tenuta dell'isolamento tra le 2 parti, e sono facili da assemblare sul nucleo del trasformatore.

Se invece per eccesso di economia, avvolgiamo tutto su un unico rocchetto, sarebbe bene metterci del nastro isolate di separazione tra il primario ed il secondario, facendo bene attenzione ad usare del nastro a basso coefficiente dielettrico, altrimenti si potenzia il condensatore parassita tra il primario ed il secondario e … si possono prendere delle scosse elettriche toccando i fili del secondario.

Due fili che viaggiano affiancati formano un condensatore, mettendoci in mezzo un isolante con proprietà dielettriche, da un lato aumenta l'isolamento elettrico tra i due fili, dall'altro si aumenta il valore del condensatore ...

Realizzazione del nucleo del trasformatore

Il nucleo a lamierini affiancati, di varie forme (C, E, E+I, o 2 C contrapposte) va tenuto ben fermo, perché i lamierini non devono produrre rumore elettromeccanico, quindi viene bloccato in resina o imbragato da una lamiera metallica che poi si avvita con facilità sul telaio.
E' importante che il sistema di imbragatura non metta in contatto elettrico i vari lamierini del nucleo.
Ancora, se i lamierini del nucleo vibrano parte dell'energia elettromagnetica viene dispersa.

Se i fili degli avvolgimenti sono ben fermi a ridosso del nucleo, si ottiene un buon passaggio di energia da una parte all'altra (niente che si muove vibrando o producendo rumori).
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br1



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MessaggioInviato: Sab Feb 20, 2010 7:22 pm    Oggetto: Il trasformatore tipo toroidale: pregi e difetti Rispondi citando

Realizzazione del trasformatore toroidale

Un trasformare toroidale ha un nucleo di forma anulare, spesso si vedono i nuclei in ferrite da 1 pollice, quelli che cadendo vanno in frantumi, ma per la rete elettrica a 50 Hz si usa il solito lamierino, se cade per terra un nucleo di questo tipo, non si rompe proprio.

Immagino le obiezioni, ma come detto altrove: provate a segare in 2 un trasformatore toroidale: sotto la scorza di resina simile alla ferrite apparirà del lamierino.

Il nucleo è composto da un solo lamierino, avvolto su sé stesso come fosse un rotolo di nastro adesivo, quindi costa molto poco rispetto i soliti nuclei tradizionali.

Ancora un dettaglio: gli avvolgimenti di primario e secondario sono avvolti uno sopra l'altro, e sono separati da uno strato di materiale isolante. Con questa soluzione costruttiva il trasformatore presenta dei problemi “tipici” quale un elevato valore di capacità primario/secondario (Cy).


Economie deleterie in sede di costruzione

In pratica il trasformatore toroidale presenta dei vantaggi tecnici economici: basta meno rame per costruirlo, pesa poco, disperde poco, consuma poco. Solo che queste sono teorie difficili da attuare.
Quindi se la gente è ingorda, si risparmia sia sul nucleo che sul rame: un nucleo sottodimensionato si satura con facilità e un avvolgimento con poche spire di rame ha poca induttanza.

Ne derivano dei riscontri negativi: se viene richiesta molta corrente per un breve istante, il nucleo satura e l'erogazione della corrente elettrica diventa molto breve proprio quando serve averla più lunga, con ulteriori perdite che vanno a sommarsi su diodi rettificatori e condensatori di filtro di un ipotetico amplificatore. Inoltre in queste condizioni di saturazione si riesce a generare molto rumore sulla rete elettrica.

Infine se la rete elettrica presenta disturbi, questi vengono mal digeriti dal trasformatore, mentre se la rete tende ad avere valori superiori a quello di targa (230Volt) il trasformatore scalda, quindi disperde energia invece che inviarla al secondario.
Questo tipo di trasformatore pieno di economie, si guasta facilmente in presenza di sbalzi di tensione elettrica, ed è carente di energia nei momenti di sovraccarico o anche semplicemente a pieno carico.

Un antico detto di Confucio: Shocked
Se il costruttore di trasformatori toroidali vuoi cambiare, un bidone te lo devi aspettare.

Questo detto è serio e provato: ciascun costruttore tiene dei materiali generici che può adoperare per rispondere alla richieste dei clienti. Tenete a mente che adattare dei materiali è diverso da costruire seguendo le specifiche di un progetto.
A suo tempo qualcuno credeva che un trasformatore da 230V di ingresso e 24 Volt di uscita con 50Watt di potenza massima fosse una garanzia di funzionamento, in realtà le cose vanno provate seriamente perché neppure chiedere un trasformatore sovradimensionato rispetto le reali esigenze, abbiamo garanzie di un buon funzionamento, per non parlare dell'affidabilità.


Un antefatto

Ad una richiesta di lotti considerevoli di trasformatori toroidali, 3 aziende risposero fornendo dei campioni funzionanti, che passarono tutti i test preliminari.
Si trattava di un normale trasformatore da 50Watt con ingresso 230Volt ed uscita a 24Volt, un prodotto comune che molti costruttori tenevano a catalogo.

Ma con il tempo arrivò l'esperienza, dopo tanti guasti ci si accorse che solo il primo fornitore sapeva davvero come costruirli questi trasformatori, il secondo era impacciato ma non ammetteva di aver prodotto trasformatori pessimi, il terzo riusciva a mettere a punto correttamente il trasformatore solo indicandogli i suoi errori costruttivi: ma caspita, gli esperti del settore costruttivo erano loro!
Question

Ovviamente il primo era il più costoso e lento dei 3 fabbricanti ...
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MessaggioInviato: Sab Feb 20, 2010 7:30 pm    Oggetto: Toroidale CCI ???? Rispondi citando

Il trasformatore toroidale classico non è cosa facile da costruire e forse non rispecchia quello che il CCI necessita.

Ma adesso faccio a Massimo la domanda che ha atteso 2 anni per essere formulata:
alla luce dei fatti esposti, ti immagini come costruire un trasformatore toroidale CCI approved?

(costruito a mano, ovviamente)

Ciao Very Happy

Bruno
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MessaggioInviato: Dom Feb 21, 2010 11:33 am    Oggetto: Consumo energetico ed armoniche ad alte frequenze Rispondi citando

Prelievo energetico da un trasformare

Partendo dalla rete elettrica a 230Volt si arriva agli apparecchi utilizzatori domestici, spesso (anzi sempre più spesso) con un trasformare di alimentazione, che riduce la tensione di rete a valori adeguati.

Sembra risaputo, ma lo dico lo stesso: il solo utilizzatore che può prelevare una corrente elettrica di forma analoga a quella della rete elettrica è una semplice resistenza, o al limite certe lampadine normali o alogene (ma già qui accade qualcosa di deformante sulla corrente).

La rete elettrica fornisce una corrente alternata di forma sinusoidale, una corrente di questa forma viene gestita bene da tutti i trasformatori, perché si tratta di una sola frequenza senza alcun altro segnale differente.

In pratica tutti gli alimentatori che utilizzano dei diodi raddrizzatori con condensatori di filtro, rappresentano un carico difficile per il trasformatore, quindi difficilmente i trasformatori si presteranno a fornire la potenza elettrica nominale per la quale vengono venduti: anche se la frequenza di rete ha effettivamente 50Hz, il prelievo di corrente da parte di un diodo avverrà sì 50 volte al secondo perché la frequenza di rete è di 50Hz, ma avverrà in maniera impulsiva e non sinusoidale.

Il contenuto armonico di questa corrente impulsiva sarà sempre di frequenza elevata con contenuti armonici parecchio perturbanti, che andranno a sporcare la stessa rete elettrica che alimenta il nostro trasformatore.

Prelievo sinusoidale
Prelievo sinusoidale significa che il circuito utilizzatore assorbe tutta la sinusoide fornita dalla rete elettrica, al 100% del suo ciclo.

Prelievo impulsivo
Prelievo impulsivo significa che per un breve istante il diodo raddrizzatore preleva la corrente elettrica, ad esempio per il 10% del ciclo sinusoidale.
In questo caso è esattamente come se il raddrizzatore volesse funzionare a 500Hz ma venisse costretto a funzionare alla frequenza di rete che è di 50Hz. Ciò non toglie che il contenuto armonico della corrente assorbita dalla rete elettrica presenta ad una cadenza ciclica di 50Hz sempre 50 prelievi di corrente impulsivi ma molto brevi, il cui contenuto armonico è pari a 500Hz.
Come conseguenza udibile si sente un ronzio di sofferenza del trasformatore che deve erogare 50 volte al secondo (50Hz) una corrente elettrica dal contenuto armonico elevato.

Consumo impulsivo variabile
Qualcosa succede pure quando il consumo cambia: i diodi cambiano la percentuale di utilizzo della sinusoide.
Esempio:
100% quando accendiamo l'amplificatore
10% nell'uso normale
1% portando a zero il volume
30% tenendo il volume molto elevato

Appare evidente che con questi valori le frequenze in gioco vanno molto oltre i 50Hz nominali per cui abbiamo acquistato il trasformatore: nel mio esempio dovrebbe funzionare con contenuto armonico di frequenze da 50Hz a 5000Hz.

Corretto funzionamento del trasformatore
Dovrebbe poter erogare una potenza elettrica conforme al valore di dichiarato anche se il prelievo energetico venisse fatto alla massima potenza per il 30% del ciclo sinusoidale della rete elettrica.
Dovrebbe farlo bene e senza sporcare troppo la rete elettrica.
Dovrebbe costare poco.
Facile, vero?
Shocked
_________
Bruno


Non dico nulla dei diodi raddrizzatori che devono essere conformi a questo tipo di utilizzo e non devono essere assolutamente del tipo rapido, quello per alimentazioni switching ad alta frequenza …

Non dico nulla dei condensatori di filtro che potrebbero fare danni se venissero eccessivamente sovradimensionati
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br1



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MessaggioInviato: Ven Giu 11, 2010 9:40 am    Oggetto: ABC di un buon trasformatore toroidale Rispondi citando

Il trasformatore toroidale, approfondimenti costruttivi

Questo sito fornisce delle indicazioni su come potrebbe venir costruito un buon trasformatore torioidale, indicando 8 punti salienti.
http://www.talema.it/trf/toroid-it.htm

Anche rispettando alla lettera tutti i punti indicati dal 1 al 8 da questo fabbricante, il trasformatore sarebbe lontano delle caratteristiche tecniche idonee al complemento di un circuito tipo CCI.

Restando nel solo campo applicativo dei trasformatori per lampadine alogene, si nota la grande difficoltà nel rispettare i punti 4 e 7.

Il punto 4 indicherebbe un buon risparmio energetico in condizioni di assenza di consumi, che invece si può perdere con la riduzione delle spire di rame utilizzate per l'avvolgimento di rame primario lato 230 Volt, o con qualche lieve svista nel montaggio in scatola del trasformatore.

Il punto 7 ammette che il nucleo è costituito da un solo lamierino arrotolato, che sappiamo costare ben meno di un nucleo tradizionale a lamierini.
C'è da augurarsi che il diametro e l'altezza del nucleo del trasformatore siano il risultato dalla ricerca teorica/pratica della massima resa magnetica e non solo dal contenimento delle dimensioni

Queste constatazioni pratiche non mirano a screditare il trasformatore toroidale, ma ad inserirlo e valorizzarlo in un contesto pratico di reale utilità, di alcune specifiche applicazioni tecniche che richiedono ingombro e peso ridotti.

Correzioni ortografinche
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