国产绕线机组的制造技术。方案、说明

国产绕线单元制造技术。无线电电子电气工程百科全书

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一般注意事项和建议

本书特别关注制造变压器的技术并非巧合。创建大量管状超声频率并分析其工作的实践表明，变压器是非线性和频率失真的主要来源，并且从本质上限制了放大器带宽和非线性失真系数的最小可实现值。

为了准确理解这种影响是如何表达的，我们必须稍微谈一下这个理论。让我们回顾一下无损耗（更准确地说，以最小的可能损耗）传输电能的主要条件。它在于源和消耗的内部电阻必须相等的事实。如果在这种情况下，我们谈论的能量转移不是在任何一个频率上，而是在某个频带内，那么很明显，对于指定频带内的任何频率，都必须满足这个等式。

让我们以一个带有变压器输出的管三极管上的传统单端终端级为例，负载有源负载 R。这种级的示意图如图 50 所示。 XNUMX. 那里还给出了一个等效电路（不考虑电源的影响），其中灯以具有减小的内阻 r 的发电机的形式呈现。这里和下面我们将考虑一个极其简化的模型并分析一个基本等效电路。

我们假设灯的内阻以某种方式重新计算为发电机的内阻 r，并且在第一次近似中，变压器的变压比 n = 1。很明显，最佳能量的条件转移将是等式 r = R。

考虑一下作者多年来用来创建各种超声波频率的比率。

推导基本公式的初始前提如下： 最佳负载端子灯，提供最大不失真输出，是负载 Ra，等于灯内阻的两倍：

Ra=2Ri，

其中 Ri 是灯的内阻（对于交流电）。

存在输出变压器并在有源负载上工作

Ra=(n^2)*Ra,

其中n是输出变压器的变比。

在这种情况下，最佳传输条件如下所示：

Ra'=(n^2)*Ra=2Ri。

从这里我们得到确定最佳变换比的公式：

n=sqrt((2Ri)/Ra)。

为了便于在图 1 中搜索所需的变比。给出了一个图表，根据该图表几乎可以立即确定该系数。 Ri 的值是参考护照。对于书中推荐的灯具，这些数据见表。 XNUMX.对于其他灯具， 如果此参数不在目录中，它可以由其他两个护照参数确定（以千欧为单位）：

Ri=u/S

其中 u 是灯增益； S 是其特性的陡度，mA/V。

如果 r >> R，这几乎总是发生，因为任何超声波变频器的负载都是一个声学系统，其扬声器的电阻为欧姆单位，那么通过选择所需的变压比可以很容易地纠正这种情况输出变压器。实际上，这是变压器解决的两个任务之一：将信号中有用的可变分量与不必要的恒定分量分开，并将负载的低有源电阻与灯的相对较高的内阻相匹配。

国产绕线机组的制造技术。三极管上的最终变压器级

在计算实际输出变压器时，如果变压器只工作在任何一个频率（不管是哪个频率）并用于单周期电路，就没有问题。在实践中，我们的情况正好相反——几乎所有现代超声波频率都是通过推挽末级执行的，并在 20 Hz ... 20 kHz 的非常宽的频率范围内工作。截止频率比为 1:1000，这为变压器创造了根本不同、有时甚至是相互矛盾的相互排斥的运行条件。因此，对它的要求也发生了变化。

这些矛盾的本质是什么？对于工作范围的某个平均频率（例如 1000 Hz），变压器初级绕组的感应电阻远高于其有功（欧姆）电阻，后者仅由绕组线的长度和直径决定.

例如，对于工业电子管无线电接收机的典型“平均”变压器，初级绕组的电感在 10 ... 15 H 范围内，有源电阻为 500 ... 800 欧姆。在 1000 Hz 的频率下，这种绕组 xl 的电感电阻为 62 kOhm，因此与其电感电阻串联的绕组的有源电阻 (500 ... 800 Ohm) 可以简单地忽略 -损失约为 1%。

但是，在工作范围的极低频率下（甚至对于最好和最昂贵的无线电接收器型号，它也没有低于 60 ... 信号。

国产绕线机组的制造技术。用于确定输出变压器变比的图表

如果我们想在现代放大器中使用这样的变压器，工作范围的下限是 20 Hz，那么在这个频率下，信号损耗已经达到 70%，即根本无法再现频率为 20 Hz 的信号。

那么应该怎么做才能解决这个问题呢？答案很明显：需要增加初级绕组的电感，同时降低其有源电阻。可以通过增加绕组的匝数和减少变压器磁路中的损耗来增加电感。但是随着匝数的增加，绕组的有源电阻也会增加，我们需要它减少。只有一种方法可以通过增加匝数来降低绕组电阻 - 通过增加绕组线的横截面（直径），但随后将需要更多空间将绕组放置在框架上，而这将增加变压器的整体尺寸。

什么 初级绕组的电感及其有源电阻的真实值 带宽限制为 20 Hz 的现代 UHF 是否可以被认为是可以接受的？如果我们将信号损失的最大允许值设置在 10% 范围的较低频率，那么计算将给出 L = 40 H at r = 500 Ohm

XL \u2d 6,28 pfL \u20d 40 x 5 x 0,5 \u0,1d XNUMX kOhm; r = XNUMX kOhm； r = XNUMXXL。

这种“理论”变压器的建设性计算，考虑到推挽电路应该有两个初级绕组，而不是一个，给出的值为 1500 ... 2500 匝 PEL 或 PEV 线初级绕组的直径（对于铜！）0,44 ... 0,51 .50 mm，次级绕组的直径为 150 ... 0,8 匝，直径为 1,2 ... 20 mm。为了将这些绕组放置在框架上，其窗口的尺寸应约为 50x10 mm，这导致需要使用磁路横截面至少为 12 ... 10 cm 的变压器和放大器输出功率仅为 15 ... 40 W。对于输出功率为 15 W 的放大器，横截面相应增加至 18 ... XNUMX cm。

为了比较，我们记得这样一个铁包（30x63 mm）有一个...... Rubin-102 电视的电源变压器，功率为 150 W！这是当今 20 Hz 放大器带宽真正低端的价格。

现在让我们来谈谈另一个指标的价格 - 初级绕组的这两半的非同一性，由传统的，在工业生产中一直使用的方法缠绕，一个在另一个之上。让我们仔细看看输出变压器的线圈框架截面，如图所示。 52.首先将初级绕组的一半绕在框架上，然后一层或几层绝缘层，然后再绕另一半绕组（为简化图片，我们不考虑次级绕组的存在）。同时，很明显，第一匝（在框架底部）的长度明显小于绕组后半部分最后一匝的长度。但是，在这种情况下，“显着”一词是不可接受的：我们对问题的定量方面感兴趣。

首先，为了不给读者带来繁琐的计算，让我们转向最简单的算术几何计算。从图中可以看出，第一圈（内圈）的长度为4+3+4+3=14厘米，最后一圈（外圈）——7+8+7+8=30厘米。我们对两个极端匝的长度不感兴趣，而是对绕组前半部分和后半部分的中间匝的比较长度感兴趣，因为它们与这两半的有源电阻的值成正比。从同一张图可以看出，l1=4+5+4+5=18cm，I2=6+7+6+7==26cm。两半的有源电阻的比率将相同，即总电阻为 500 欧姆，下半部分的电阻为 r1 = 200 欧姆，上半部分的电阻为 r2 = 300 欧姆。

国产绕线机组的制造技术。输出变压器框架剖面图

再一次，我们将保留这个计算是相当近似的，但即使它导致以下结果：如果在最后一级使用两个阳极电流为 100 mA 的三极管，源电压为 120 V（对于例如，6S19P 灯），那么结果 绕组恒定有源电阻上的电压降

U1=Ia*r1=0,1x200=20B; U2=Iar2=0,lx300=30B

120 - 20 \u100d XNUMX V 将保留在第一个灯的阳极上，并且在阳极上第二 -120-30 = 90 伏。

因此，采用经典的变压器绕制方法和两半初级绕组的匝数绝对相等，两个终端灯的阳极电压将相差 10%，这当然会排除在 1% 以内获得非线性失真的可能性。

这是输出变压器“经典”绕组技术的价格。对此需要补充的是，绕组两半的电感不会相同，因为多层圆柱形线圈的电感公式包括下匝和上匝的直径，它们会变成不同的对于绕组的两半。

但是为什么我们要如此详细地考虑所有这些问题，而不是仅仅给出变压器的具体设计和绕组数据？唯一的目的是：首先，让业余无线电爱好者明白，他未来将面临的对变压器设计的要求绝不是不合理或过分的；其次，让无线电爱好者在制造变压器时，稳步遵循我们的指示和建议。

让我们继续讨论实际的事情。让我们从选择输出变压器的磁芯类型开始。从变压器的运行质量来看，其铁磁路的形状并不显着，但从绕线方便的角度来看，最好采用O型带劈杆式磁路。在这种情况下，两个具有两个完全相同绕组的完全相同的框架被放置在两个杆的每一个上，这在原则上消除了这些绕组的电气数据的差异。

在这种情况下，两个线圈中的每一个的绕线都不需要任何特殊操作，并且是在带有“载体”（线圈堆叠器）和精确匝数计数器的传统绕线机上进行的，这使得可以进行密集普通逐层绕制“线圈对线圈”。大量缠绕线圈是不可接受的。

在两个线圈的每一个上的一半初级绕组上，次级绕组的一半匝以相同的方式缠绕，并且在组装变压器后，初级和次级绕组的两半都串联连接。这种变压器在其绕组对称部分的完全同一性方面是理想的，并且具有可忽略的外部杂散场。

可以做一个好的输出变压器和上然而，它的制造更加费力并且需要额外的操作。

第一个困难与磁路本身有关。首先，必须考虑到厚度为 0,5 毫米的板不适合我们的目的。最大允许厚度为 0,35 毫米，如果熨斗为 0,2 毫米，则更好。

组装好所需厚度的包装后，您应该在其中添加至少 10% 的额外备用板（和跳线）作为备用。所有板和跳线的两面都必须用喷枪涂上任何硝基漆或液体 zaponlak，然后彻底干燥（在空气中、在阳光下或在烤箱中）。需要采取这种措施来最大限度地减少由傅科电流引起的磁芯损耗。之后，必须检查每个板和跳线是否没有毛刺和凹口，这些毛刺和凹口在包装组装过程中会破坏（划伤）清漆或油漆的保护层。检测到的缺陷可以用针锉、细砂轮或刀来消除。最好从备用板中更换有缺陷的板。

下一个问题是分区帧。最有可能的是，没有一个工业用的会适合你，特别是如果它是不可分离的。但在你开始自己制作框架之前，你需要停在图所示的三个绕组选项之一。 53. 选项“a”假设存在一个框架，被一个额外的内颊精确地分成两半，用于整个窗户的高度。在这种情况下，每个部分缠绕一半的初级绕组，在其上经过几层绝缘（电缆纸或漆布）之后，每个部分中恰好放置一半的次级绕组匝数。初级和次级绕组的部分（当然是分开的）串联连接。

国产绕线机组的制造技术。输出变压器分段绕组的三种选择

在选项“b”中，中间颊板的高度较小 - 与初级绕组的两半齐平。在它们缠绕之后，在框架的整个宽度上铺设两层或三层电缆纸绝缘层，并且从上方，也在框架的整个宽度上，整个次级绕组被缠绕而不会断裂。

最后，选项 c 将框架分解为三个相同的部分。在两个末端部分，初级绕组的一半被缠绕，而在中间部分，整个次级绕组被缠绕。从电气角度来看，这三个选项都是等效的，因此设计人员可以选择其中任何一个。

磁芯的板端对端组装，没有间隙，因为推挽电路中没有直流偏置。希望对组装好的变压器进行防潮处理，这在家里很容易实现。为此，在罐头食品或任何其他类似器具（平底锅、碗）制成的铁罐中，输出变压器可以全部或至少部分安装在其中，您需要熔化并加热蜡、石蜡、硬脂或工业地黄很好。变压器下降到罐中并在其中保持 2...3 分钟，持续加热熔体。

完全冷却（至室温）后，如果冻结的水滴干扰了变压器的固定，可以用木铲或塑料铲小心地清除（但不能用钢刀！）。如果可能，建议将成品变压器放置在坚固的金属外壳屏蔽中，然后再安装到机箱上。必须这样做以排除其电场和磁场的影响。上灯、裸露的印刷线路、操作器和连接线，从而防止发生不受控制的寄生反馈。

接下来，我们将给出书中描述的所有放大器的磁路设计数据和绕组的电气数据，以及推荐的电源变压器和滤波扼流圈的绕组数据。

但是，我们立即警告说，精确重复给定数据的精确度为一圈以及使用推荐的绕组线直径并不总是最佳的，并且在某些情况下可能会导致所有绕组都不会适合框架窗口。

事实是，无线电爱好者使用的磁路封装在变压器钢的质量上可能会有很大差异，有时甚至是好几倍，这会导致线圈匝数完全相同的不同电感，从而导致就不失真的输出功率而言，终端灯的非最佳模式。

绕组的窗口填充系数还取决于许多数据：取决于所用绕组线的类型（PE、PEL、PEV-1、PEV-2 等），具有相同的铜直径（例如，0,2 mm）真实外直径从 0,215 到 0,235 毫米；关于层间和绕组间绝缘的类型和厚度（香烟、电容器、电缆纸、漆布、铜版纸、绘图纸）；关于这种绝缘层的数量；关于绕线的密度和线材的张力程度；关于用匝数和许多其他因素填充每一层绕组的完整性。

一些重要提示:

1、选用优质变压器钢种制成的磁芯。

2. 绕线时，以总匝数的 5% 为增量，在其开始或结束处做 XNUMX 或 XNUMX 个抽头。如有必要，这可以选择最佳的匝数。

3. 仅以普通方式缠绕绕组，从框架的脸颊到脸颊紧紧地绕一圈一圈，边缘不留空隙。

4. 一定要在每层绕线后做一个薄（香烟或电容器）纸绝缘垫，这样下一行的匝就不会在框架的脸颊附近落入下层。

5. 避免使用直径大于说明所示的绕组线。否则，绕组可能不适合框架窗口，变压器将不得不重绕。请记住，使用直径稍小的导线不会显着影响放大器的参数，但会确保所有绕组都适合框架窗口。

文学

1. 高品质管式超声波频率

作者：tolik777（又名毒蛇）；出版：cxem.net

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