Hiend Audio, DIY, Hi-Fi, Stereo, Electronics site, for lovers of high-fidelity music reproduction. High-End Vacuum Tubes. Silicon. Do-It-Yourself Audio Systems. Schematics: amplifiers, speakers, horns, CD, DAC. Circuits, Topologies, Acoustics, Cables, Speakers, Voltage Regulators, Equipment Upgrades, Modifications, Problems, Solutions, Tips, Tricks. ------ Dla pasjonatów Hiend Audio, najwyższej wierności odtwarzania muzyki na sprzęcie budowanym, modyfikowanym samemu. Wiedza: elektronika, układy lampowe i krzemowe, wzmacniacze, głośniki, kolumny, tuby, DAC, kable, DIY, porady, sztuczki, problemy, rozwiązania, tor audio.

«

»

Jun 25 2014

Print this Post

Twój OSTATNI transformator wysokonapięciowy

Transformator wysokiego napięcia, który sprosta praktycznie wszystkim Waszym hobbistycznym potrzebom.
Zainteresowani ?

No to czytajcie dalej. O systemie trójkowym zrównoważonym. (…. O czym ?? )

Ale idźmy powoli do przodu w tej sprawie, aby nikt się nie pogubił.

Pamiętacie ten kawałek, który napisałem wcześniej w kwestii “uniwersalnego uzwojenia wtórnego” ?
http://hiend-audio.com/2013/12/14/the-universal-secondary-winding

W ramach powtórki z poprzedniego artykułu: mamy określoną liczbę uzwojeń wtórnych, a każde z nich może być połączone w szereg z jakimś innym z dostępnych uzwojeń wtórnych.

ALE ……

Takie połączenie “szeregowe” może być dokonane na jeden z dwóch dwóch możliwych, następujących sposobów:

A). Połączenie “w fazie”, czyli w taki sposób, aby “koniec ” pierwszego uzwojenia był połączony szeregowo z “początkiem” drugiego. Po takim zespoleniu tych uzwojeń składowych, będziemy mogli używać uzwojenia wynikowego korzystając z odczepów: “Początek_Uzwojenia_1″ oraz Koniec_Uzwojenia_2″,

LUB

A). Połączenie “w przeciw-fazie”, czyli w taki sposób, aby “koniec ” pierwszego uzwojenia był połączony szeregowo z “końcem” drugiego. Po takim zespoleniu tych uzwojeń składowych, będziemy mogli używać uzwojenia wynikowego korzystając z odczepów: “Początek_Uzwojenia_1″ oraz “Początek_Uzwojenia_2″,

Proszę zwrócić uwagę na subtelną, aczkolwiek dość brzemienną w skutkach różnicę pomiędzy tymi dwoma scenariuszami.

W pierwszym scenariuszu dokonumemy sumowania wartości dwóch napięć zmiennych (AC), a dzieje się to tak, jakby po prostu “uzupełnić” liczbę zwojów z pierwszego uzwojenia o dodatkową liczbę zwojów, zawartą w drugim uzwojeniu.   { { Podobnie jak na autostradzie:  jeśli zjedziesz “zbyt wczesnym” zjazdem, to co robisz ? Po prostu wracasz z powrotem na autostradę i jedziesz dalej do następnego “zjazdu” – tego, który Ciebie interesuje } }.

Natomiast w drugim scenariuszu dzieje się dokładnie odwrotnie: od określonej liczby zwojów pierwszego uzwojenia można “odjąć” liczbę zwojów zawartą w drugim uzwojeniu. Zasadniczo , za pomocą tej metody, można swobodnie dodawać lub odejmować od siebie napięcia AC pochodzące z dwóch niezależnych uzwojeń.

Darmowy Lunch ?

Nie całkiem. Jest mała “kara”, jaką przyjdzie nam zapłacić w przypadku realizacji drugiego scenariusza (czyli tego z “odejmowaniem zwojów”).
Ta kara to nieznacznie większe opory wewnętrzne wynikowego uzwojenia. Tak, mowa tutaj o prozaicznej “rezystancji” a nie o “impedancji”. Albowiem to jest tak, że prąd najpierw musi przepłynąć przez pewną liczbę “zbędnych”, czy też “nadmiarowych” obrotów (dosłownie: przez tez zwoje, których jest “zbyt wiele” ),  a następnie trafia potem na zawrotkę, na “U-Turn”, po czym płynie z powrotem, wzdłuż tej samej ścieżki, niejako “do tyłu” przez to drugi uzwojenie, tym razem w przeciwfazie. Daje to efekt “zamazania skutków” faktu, iż wcześniej płyną przez zbyt dużą, jak na nasze potrzeby, liczbę “nadmiernych” zwojów. Natomiast nie zmienia to faktu, iż płynie przez dodatkowe metry drutu. {{  To jest odpowiednik sytuacji, w której przegapiłeś na autostradzie “swój zjazd” i pojechałeś dalej. Co robisz ?  Otóż jedziesz dalej do przodu, szukasz dogodnego miejsca na zawrotkę, miejsca, w którym można wykonać “U-Turn” i zawrócisz, a następnie podążasz tą samą trasą, ale w przeciwnym kierunku, aż wrócisz do okolicy tego zjadzu z autostrady, o który Ci pierwotnie chodziło.   Natomiast kosztem tutaj jest oczywiście dodatkowy kilometraż oraz niepotrzebnie wypalone paliwo } } .

W ten sam sposób, nasz prąd wykonuje taką “zawrotkę” ( a dzieje się to konkretnie w miejscu połączenia “Koniec_Uzwojenia_1″ oraz “Koniec_Uzwojenia_2″) i tak samo – ponosi również karę w postaci potrzeby pokonania dodatkowej odporności tego nadmiarowego drutu, którym podróżuje. Drutu, który posiada dodatkową odporność.

Tym niemniej, pomimo iż mamy w takiej sytuacji do czynienia z dodatkową rezystancją uzwojenia, niejako jej “wzrostem” względem tego, jaka mogłaby być w wariancie optymalnym, to ten wzrost bynajmniej nie jest krytyczny. Te kilka dodatkowych omów będzie z nawiązką skompensowane w ramach baterii kondensatorów filtra, jaka się znajduje za prostownikiem.

A zatem, w istocie, mamy sposób na zarówno dodawanie, ale również na odejmowanie napięć.

Wracając do tej mojej magicznej sekwencji uzwojeń, którą podałem w charakterze zagadki w pierwszej części niniejszego artykułu:  mamy uzwojenia o następującej liczbie zwojów:

1 (= 3 do potęgi zero)
3 ( = 3 do potęgi jeden)
9 (= 3 do potęgi drugiej)
27 ( = 3 do potęgi trzeciej)
81 (= 3 do potęgi czwartej)
243 (= 3 do potęgi piątej)
….
To, co tutaj widać, to są w istocie pozycje pozycje w ramach systemu liczbowego, za pomocą których można zakodować dowolną wielkość.

Ale to nie jest system liczbowy dziesiętny, o podstawie “10″  (… jako analogia do liczba palców, za pomocą której MY liczymy na rękach).
To również nie jest system liczbowy dwójkowy, o podstawie “2″ (… jako analogia do liczby palsców, za pomocą których liczy nasz komputer).

To jest system trójkowy, system liczbowy pozycyjny o podstwie “3″.

Aczkolwiek jest to bardzo “szczególny przypadek” systemu trójkowego.

Jest to system trójkowy ZRÓWNOWAŻONY. Taki system również wykorzystuje trzy palce do liczenia, trzy możliwe cyfry, ale zamiast korzystać z “typowych” cyfr, czyli: { 0 , 1 , 2 } , to stosuje się w nim raczej “śmieszne” cyfry, a mianowicie cyfry: { -1 , 0 +1 } .

Taki system nazywa się właśnie *** Systemem liczbowym trójkowym ZRÓWNOWAŻONYM ***
{ { {
jeśli nie wiesz, co mam na myśli , przeczytaj następujące dodatkowe literatury :

http://pl.wikipedia.org/wiki/System_liczbowy
http://en.wikipedia.org/wiki/Numeral_system
http://pl.wikipedia.org/wiki/System_pozycyjny
http://en.wikipedia.org/wiki/Positional_notation
*** http://pl.wikipedia.org/wiki/System_tr%C3%B3jkowy_zr%C3%B3wnowa%C5%BCony ****
*** Http://en.wikipedia.org/wiki/Balanced_ternary ***

Albo inaczej: Wyobraź sobie, że zamiast posiadać 2 ręce i 10 palców, masz tylko jedną rękę i trzy palce.  Jak takie pozaziemskie “ET”, czy coś …  :)
} } }

Ale dlaczego liczba “trzy” ma niby być podstawą dla naszego systemu zliczania uzwojeniami transformatora ?  Po prostu tak właśnie wychodzi. Spójrzcie na to w ten sposób:

Aby uzyskać “1″ zwój – po prostu użyjemy uzwojenia o liczbie zwojów “1″. Zatem kolejnym logicznym uzwojeniem będzie uzwojenie o liczbie zwojów “trzy”, ponieważ używając go razem z tym pierwszym, możemy uzyskać “2″ po prostu poprzez odjęcie “1″ do “3″ .

Cała “reszta” jest prostę konsekwencją tego faktu.
Liczbę (zwojów) “4″ uzyskasz dodając zwoje  ”3″ + “1″ .
Liczbę (zwojów) “5″ uzyskasz poprzez wykorzystanie kolejnego uzwojenia, a mianowicie uzwojenia o liczbie zwojów 3 do potęgi 2 , czyli “9″ .  A konkretnie:
Liczbę (zwojów) “5″ uzyskasz poprzez odjęcie od “9″ liczby “3″ oraz liczby “1″ ….

No i tak dalej.

Poniżej przedstawiam Wam wasz OSTATNI transformator wysokiego napięcia, jaki kiedykolwiek jeszcze będziecie musieli kupić. Powinien on spostać prawie wszystkim potrzebom, jakie mogą zaistnieć w ramach Waszych projektów DIY:

Uzwojenia wtórne będą miały następujące liczby zwojów, kolejno:

3 ^ ( 0 ) = 1
3 ^ ( 1) = 3
3 ^ ( 2) = 3 * 3 = 9
3 ^ ( 3) = 3 * 3 * 3 = 27
3 ^ ( 4) = 3 * 3 * 3 * 3 = 81
3 ^ ( 5) = 3 * 3 * 3 * 3 * 3 = 243
3 ^ ( 6 ) = 3 * 3 * 3 * 3 * 3 = 729
3 ^ ( 7 ) = 3 * 3 * 3 * 3 * 3 * 3 = 2187
3 ^ ( 8) = 3 * 3 * 3 * 3 * 3 * 3 * 3 = 6561

….. Ojej !

Zbytnim optymizmem tutaj powiało.  A dlaczego ? Otóż proszę nie zapominać, iż w tym momencie rozmawiamy już o napięciu wynikowym prawie 984,1 V AC ! !

Dlaczego akurat tyle ?  Na początku być może wspomniałem, iż w toroidach to jest tak, iż każdy zwój to daje zgrubsza 0,1 VAC.

No więc patrzcie: z dziewięciu pozycji trójkowych ( pozycje od 0 do 8 ), najwyższą możliwą liczbą, do której możemy się doliczyć w ramach systemu trójkowego o podstawie “TRZY” to jest liczba “111111111″.  Liczba ta, w systemie trójkowym, jest równoważna “naszej” (czyli: dziesiętnej) liczbie:
1 * 3 ^ ( 8 ) + 1 * 3 ^ ( 7 ) + 1 * 3 ^ ( 6 ) + 1 * 3 ^ ( 5 ) + 1 * 3 ^ ( 4 ) + 1 * 3 ^ ( 3 ) + 1 * 3 ^ ( 2 ) + 1 * 3 ^ ( 1 ) + 1 * 3 ^ ( 0 ) =
= 9841 zwojów.
Pomnóżcie to teraz przez 0,1 V/zwój, a otrzymacie 984,1 Volt AC, o których wspomniałem wcześniej.
UWAGA: izolacja między każdym z tych uzwojeń musi być w stanie wytrzymać co najmniej napięcie trzykrotnie wyższe od maksymalnego możliwego do uzyskania w tym systemie napięcia, a które uzyskuje się przy złożeniu największej możliwej liczby zwojów z dostępnych uzwojeń składowych. Każda izolacja musi zatem (w tym przykładzie) wytrzymać napięcie co najmniej 3000 V AC.
Przypuszczam, że będzie o wiele bezpieczniej dla Was, jeśli zrezygnujecie z najwyższej pozycji tritowej (no bo chyba nie “bitowej” ??) w ramach tego szalonego scenariusza.
Jeśli pominąć tylko jedno uzwojenie, to najwyższe, reprezentujące pozycję 3^(8), i pozostać przy 3^(7), to nadal uzyskacie dość sensowne maksymalne napięcie, a mianowicie około 3280/10 = 328 V AC, które powinno zaspokoić 99,9999 % Waszych obecnych jak i przyszłych potrzeb DIY w zakresie napięcia anodowego. Albowiem po wyprostowaniu tego napięcia, uzyskacie za filtram CLC napięcie wyprostowane o wartości około 460 VDC.

Osobiście uważam, iż to jest granica, która oddziela napięcia “rozsądne” od “nierozsądnych”.

Dla mnie napięcia “rozsądne” kończy się tam, gdzie kończy się najwyższa wartość wytrzymałości napięciowej elektrolitów.  Powyżej 450VDC – to już jest teren napięć “nierozsądnych”.

Izolacja pomiędzy każdym z uzwojeń jak w wariancie powyżej, jak również pomiędzy nimi a pomiędzy pierwotnym, może być dość zrelaksowana, albowiem wystarczy, iż wytrzyma około 1500 VAC. To da nam rozsądny poziom ochrony, z ponad pięciokrotnym zapasem (1500VAC vs. 328 VAC maksymalnie osiągalne).

No dobrze, ale zawsze się trafi ktoś, kto powie: “MAŁO”.

Jeśli te 460 V DC wydaje się ciut za niskie jak dla naszych obecnych i przyszłych zastosowań, to należy pamiętać, że to jest zliczane w rastrze 0,1 V AC, aczkolwiek to też jest spore uproszczenie. W rzeczywistości ta wartość może się okazać nieco większa, np. 0,12 VAC/zwój, lub ​​nawet 0,14 VAC/zwój, w zależności od marki transformatora, od rodzaju zastosowanego rdzenia, kształtu, itp.

“Precyzja”, “raster” , czy też najmniejszy “krok”, inkrement napięcia, w jakim może następować “zliczanie” w ramach naszej zabawy w dodawanie i odejmowanie napięć jest reprezentowany każdorazowo przez najmniej znaczącą pozycję stosowanego systemu liczbowego.

W szczególności , może to być rozdzielczość w rastrze:  3^(0)= 1 .

Czyli jeden.

Jeden pojedynczy zwój. A to w przybliżeniu stanowi  0,1 VAC. Czyli 100 milivoltów AC.

W rastrze 100 miliwoltów możemy zliczać od 0,1 VAC do 328 VAC.   Nieźle, nie ?

Jeśli jednak te 328 VAC to jest “MAŁO” … to mam dla Was dobrą informację: możemy zamienić “rozdzielczość” na “zakres”.  Można np. wykorzystać 8 uzwojeń pozycyjnych { w tym największe : 3 ^ ( 7 ) } dla uzyskania wyższej wartości maksymalnego napięcia, ale kosztem gorszej rozdzielczości “zliczania”.

Można po prostu przeskalować, czy też przemnożyć cały ten system poprzez pomnożenie każdej liczby uzwojeń przez liczbę dwa, jak w przykładzie poniżej:
2 x   3 ^ ( 0 ) = 2
2 x   3 ^ (1) = 6
2 x   3 ^ ( 2) = 3 * 3 = 18
2 x   3 ^ ( 3) = 3 * 3 * 3 = 54
2 x   3 ^ ( 4) = 3 * 3 * 3 * 3 = 162
2 x   3 ^ ( 5) = 3 * 3 * 3 * 3 * 3 = 486
2 x   3 ^ ( 6 ) = 3 * 3 * 3 * 3 * 3 = 1458
2 x   3 ^ ( 7 ) = 3 * 3 * 3 * 3 * 3 * 3 = 4374
2 x   3 ^ ( 8) = 3 * 3 * 3 * 3 * 3 * 3 * 3 = 13122
W ten sposób możemy osiągnąć  zakres napięcia o maksymalnej możliwej wartości 656 VAC { w przypadku 8 uzwojeń, a największe z nich to: 2x 3^(7)} lub 1968,2 VAC {w przypadku 9-ciu uzwojeń , z największe z nich to: 2x 3^(8) } .

Jedyną wadą takiego “przeskalowanego” scenariusza jest to, iż krok napięcia stał się teraz 200 mV zamiast 100 mV. Dwa razy “większy” ten krok teraz jest, ale nie czarujmy się, nadal bajecznie malutki.

OK. Ale w tym momencie ktoś mógłby powiedzieć:

“… CO ????  8 uzwojeń ? ? – Ten facet jest szalony …. Kto mi takie trafo nawinie ?? … ” .

Co więcej, może powiedzieć: ” 9 uzwojeń ? …….”

Cóż, jeśli nie lubisz tak wielkiej liczby uzwojeń wtórnych, … to po prostu pozbądź się tych najnudniejszych, czyli tych “najmniejszych”, reprezentowanych np. przez :
3 ^ ( 0 ) = 1 zwój,
3 ^ (1) = 3 zwoje,
3 ^ ( 2 ) = 9 zwojów,

… natomiast pozostaw sobie samo “mięsko”, czyli te wyższe, “rozsądne” uzwojenia:
3 ^ ( 3) = 3 * 3 * 3 = 27
3 ^ ( 4) = 3 * 3 * 3 * 3 = 81
3 ^ ( 5) = 3 * 3 * 3 * 3 * 3 = 243
3 ^ ( 6 ) = 3 * 3 * 3 * 3 * 3 = 729
3 ^ ( 7 ) = 3 * 3 * 3 * 3 * 3 * 3 = 2187
3 ^ ( 8) = 3 * 3 * 3 * 3 * 3 * 3 * 3 = 6561

Widzimy teraz, że mamy ograniczoną liczbę uzwojeń, bo zaledwie sześć. Proszę również zauważyć, że mamy teraz inną wartość kroku inkrementu napięcia. Najmniejszy “krok”, czy też “przyrost” napięcia, w ramach którego możemy się teraz poruszać po naszej uniwersalnej mapie napięć, to jest napięcie odpowiadające najmniejszej pozycji tritowej { “bit” systemu trójkowego :) },  a konkretnie jest to teraz napięcie 2,7 V AC (= 27 zwojów x 0,1 VAC/zwój).  W świecie napięć “anodowych” to jest i tak bardzo rozsądny krok inkrementu.

Jeśli natomiast rozważacie system z “poszerzonym zakresem napięć wyjściowych”, czyli ten w wariancie z mnożnikiem 2x przy każdym możliwym uzwojeniu, wtenczas najmniejszy “krok” napięcia stałby się również dwa razy większy, czyli byłoby to 5,4 V AC – nadal w miarę praktyczna i często wystarczająco niewielka wartość kroku.

Z drugiej strony , jeśli jest to jak na Wasze potrzeby już zbyt “gruby” ten inkrement, raster, to po prostu przywróćcie do łask to przedwcześnie odrzucone uzwojenie 2x 3^(2) = 18 zwojów. Tutaj macie ponownie krok o wielokości 1,8 V AC. Proste. Jedno dodatkowe “małe” uzwojenie, a pozwala nam korzystać z większej “rozdzielczości”.

Zanim zaczniecie teraz zamawiać te swoje uniwersalne transformatory, to proszę jednak mieć na uwadze, iż dodawanie “własnych” uzwojeń w przypadku toroidu jest możliwe tylko wtedy, gdy jego środek nie jest zalany. Samo dodawanie uzwojeń jest dość łatwe, pod warunkiem, że otwór środkowy nie jest wypełniony jakąś żywicą epoksydową czy też innym wypełniaczem.

Sensowne może się okazać zamówienie jedynie tych “wyższych” uzwojeń, a te “maluchy” dowinąć sobie samodzielnie.

Pozdrawiam,

zjj_wwa

 

 

 

Balanced TERNARY

the balance problem

Permanent link to this article: http://hiend-audio.com/2014/06/25/twoj-ostatni-transformator-wysokonapieciowy/