FAQ relative alla versione 3.2.2 di OPT Design Assistant.
OPT di Yves Monmagnon è scaricabile al sito:
http://www.dissident-audio.com/OPT_da/Page.html
Per una buona comprensione della materia e la realizzazione
pratica dei progetti si consiglia di studiare il materiale presente sul sito.
NB: alcuni criteri di progettazione sono tratti da tali documenti.
Rev 0.5 11/11/2006
By Mbaudino & Mrttg
Revisione 0.5
Viene introdotto un esempio di calcolo di un TU per PP con flangia intermedia.
Esempio creazione nuovo nucleo nel database.
RIQUADRO <<SPECIFICATIONS>> (VERDE)
Come devo inserire i dati di progetto dello stadio finale?
Nel riquadro verde, denominato <<Specification>>, tenendo conto che:
la potenza massima (rms) non è necessariamente quella a 1000Hz; per non
sovradimensionarie il TU, di solito si indica il 90% della Wrms ad una frequenza di
25 Hz
Nella finestra <<Ip0>> è inoltre opportuno
tenere conto della rettificazione, che
aumenta la Ip media in continua in
corrispondenza di segnali ad alto livello ( +05% per valvole molto lineari es. 2 A3, 300B
ecc.- e +5-10% per valvole meno lineari, es
6C33C ecc)
Occorre inoltre conoscere il valore minimo di induttanza che si richiede al primario;
tale valore sarà impostato agendo sul cursore nel riquadro arancione
Nell’ esempio successivo, ad esempio si prevede il calcolo di un TU relativo ad un
ampli di tipo Single Ended, da 6W a 30Hz, equipaggiato con una valvola finale di
800 ohm di resistenza anodica e 70 mA (0,07 A) di corrente anodica massima in
continua (Ip0). Per il TU si richiede un’ impedenza al primario di 3000 ohm.
Come si può ottenere il sezionamento del primario?
La suddivisione del primario e del secondario in sezioni è un modo per ridurre l’
induttanza dispersa del primario, migliorando il comportamento del TU alle alte
frequenze (per maggiori informazioni rifarsi alla bibliografia).
Inserire il numero delle sezioni in serie del primario nella caselle indicata con una
freccia gialla nella figura successiva
Il numero delle eventuali sezioni (sempre del del primario) da collegare in parallelo
va inserito nella casella indicata dalla freccia rossa.
Come si può ottenere il sezionamento del secondario?
Riferendosi alla figura precedente, le caselle indicate dalla frecce gialla, rossa e
verde sono rispettivamente relative al:
- numero di sezioni in serie del secondario
- numero di sezioni in parallelo del secondario
- numero di fili in parallelo con cui è avvolta ogni sezione (avvolgimento
multifilare)
Come ottenere sezioni esterne del primario ( o del secondario) con numero
dimezzato di spire rispetto alle sezioni interne?
Questo accorgimento migliora il comportamento del TU alle alte frequenze.
Se il numero delle sezioni del primario (in serie o in parallelo) è uguale a quello
delle sezioni del secondario (in serie o in parallelo) compaiono nel riquadro verde di
OPT due bottoni grigi, etichettati <split>. Nella figura successiva, quello indicato
dalla freccia gialla è il bottone relativo al primario, quello indicato dalla freccia rossa
è relativo al secondario.
Cliccando su uno dei due bottoni, si modifica la geometria degli avvolgimenti in
modo tale che le due sezioni esterne abbiano numero dimezzato di spire. Ad. es,
cliccando sul bottone relativo al primario (freccia gialla nel disegno precedente) si
splitta una sezione del primario in due semisezioni aventi ciascuna numero di spire
dimezzato. Il bottone grigio cambia la sua etichetta da <split> a <equal>; cliccando
nuovamente sullo stesso bottone si ripassa alla geometria con primario non splittato
(cioè tutte le sezioni primarie hanno uguale numero di spire)
La geometria degli avvolgimenti si può vedere schematizzata nel riquadro giallo al
centro della maschera di OPT.
Nei due disegni seguenti è riportato lo schema di avvolgimento dello stesso
trasformatore, nel primo caso con primario NON splittato e nel secondo caso con le
sezioni esterne del primario splittate in due semisezioni. Si noti come rimanga
invariato il numero totale delle spire degli avvolgimenti.
Quali informazioni mi fornisce la sezione gialla della maschera di OPT?
La sezione gialla schematizza (ove possibile) la sequenza degli avvolgimenti
primario e secondario, il numero di spire ed il numero di strati di ogni sezione.
Cliccando con il tasto destro del mouse sopra il rettangolo rappresentativo di ogni
sezione, compaiono anche le indicazioni della induttanza dispersa e della capacità
di ogni sezione, come indicato dalla figura successiva
SEZIONE <<COPPER>> (arancio)
Dove sono indicati i numeri di strati e il numero di spire per strato?
L’ esempio seguente illustra una situazione ipotetica:
- agendo sul cursore (1), è stata selezionata per il primario un’ induttanza pari
a 13,2H
- nelle caselle (2) sono stati indicati i diametri degli avvolgimenti utilizzati per i
calcoli, nell’ esempio pari a 0,31mm per il primario e 0,65 mm per il
secondario. I diametri sono quelli relativi al solo conduttore; OPT esegue i
calcoli ipotizzando conduttori con singolo strato isolante
1
2
3
4
5
6
5
8
7
-
-
-
-
8
sulla base delle caratteristiche di progetto impostate nel riquadro verde di
OPT (illustrato in un'altra sezione) e dei nuclei scelti nel riquadro grigio
(illustrato in un'altra sezione) OPT calcola il numero di spire del primario
necessarie ad ottenere il valore desiderato per l’ induttanza primaria ( pari a
13,2H nell’ esempio). I numeri di spire da avvolgere (primario e secondario)
sono riportati nelle due caselle (3), ovvero nell’ esempio 1711 spire per il
primario e 76 per il secondario.
sulla base del nucleo scelto, ne risultano avvolgimenti primario e secondario,
aventi le lunghezze riportate in (4) e le resistenze (in d.c.) riportate in (5)
il numero di spire per strato che è possibile avvolgere sul rocchetto prescelto
utilizzando il diametro indicato in (2) è riportato in (6) per l’ avvolgimento
primario ed in (7) per il secondario.
il numero di spire per l’ ultimo strato di ogni avvolgimento è riportato in (8).
Quando questo numero è uguale al numero massimo di spire possibili sullo
strato, questo vuol dire che lo strato è completo. E’ opportuno evitare di
avvolgere strati non completi, per cui occorre agire sul valore dell’ induttanza
e sui diametri per arrivare ad avere sempre strati completamente riempiti di
spire. Nell’ esempio, l’ ultimo strato dell’ avvolgimento primario è completo,
mentre il secondario è incompleto.
il numero di strati è indicato nel riquadro centrale di OPT, in cui è riportata la
stratificazione, il numero di spire di ogni sezione ed il numero di strati in cui
sono suddivise. Nell’ esempio seguente i primari sono costituiti da 856 spire
per sezione, ognuna suddivisa in 8 strati. Le due sezioni dei secondari sono
costituite ciascuna da 76 spire suddivise in due strati
Come imposto il diametro del filo degli avvolgimenti?
In OPT è opportuno per prima cosa definire la densità di corrente che si vuole negli
avvolgimenti. La ddc (densità di corrente), in Amper per mm2, in campo
elettrotecnico è normalmente compresa per il rame da 2 a 4 A/mm2. Nei
trasformatori di uscita sono in genere usate densità inferiori, tra 1 e 1,5 A/mm2.
Valori bassi portano a bassi valori della resistenza degli avvolgimenti, consentendo
di ridurre le perdite sia in continua che in alternata; tuttavia, poichè questo significa
diametri dei conduttori di maggiore dimensione, è possibile che sul rocchetto
stabilito non si riesca ad avvolgere tutte le spire previste nel diametro prescelto.
In questo caso o si aumentano le dimensioni del pacco di lamierini o si accetta un
maggior valore per la ddc negli avvolgimenti (occorre anche tenere conto che l’
aumento della sezione del nucleo porta ad un aumento della lunghezza
avvolgimenti; induttanza di fuga ecc, i parametri di progetto vanno variati per
ottenenere un giusto equilibrio).
In OPT si può impostare la ddc desiderata digitando il valore nella casella indicata
dalla freccia bianca. In base ai dati di progetto, OPT proporrà i diametri
( matematicamente risultanti ) sia per il primario (cerchiatura gialla) che per il
secondario (cerchiatura rossa), inserendo automaticamente i valori anche nelle due
caselle individuate dalla freccia gialla e rossa.
E’ possibile inserire diametri diversi da quelli proposti da OPT, inserendoli
rispettivamente nella casella evidenziata dalla freccia gialla per il primario e dalla
freccia rossa per il secondario . Per modificare il diametro dei conduttori, digitare i
valori voluti nelle caselle indicate nella prima figura dalle frecce gialle (primario) e
rossa (secondario). OPT ricalcolerà immediatamente tutti i valori.
OPT userà nei calcoli sempre i valori presenti nelle due caselle. I diametri prescelti
dovranno opportunamente tenere conto anche dell’ effetto pelle, che può
aumentare la resistenza dell’ avvolgimento alle frequenze superiori.
d(mm)
R (ohm/m)
Singolo smalto
Doppio smalto
0.150
0.160
0.170
0.180
0.190
0.200
0.224
0.250
0.280
0.300
0.315
0.355
0.400
0.450
0.500
0.560
0.600
0.630
0.710
0.750
0.800
0.850
0.900
0.950
1.000
0.976
0.858
0.760
0.678
0.608
0.549
0.438
0.351
0.280
0.244
0.221
0.174
0.137
0.108
0.088
0.070
0.061
0.055
0.044
0.039
0.034
0.030
0.027
0.024
0.022
0.177
0.187
0.198
0.209
0.22
0.23
0.256
0.284
0.315
0.336
0.352
0.395
0.442
0.495
0.548
0.611
0.654
0.684
0.767
0.809
0.861
0.913
0.965
1.017
1.068
0.188
0.199
0.21
0.222
0.233
0.245
0.272
0.301
0.334
0.355
0.371
0.414
0.462
0.516
0.569
0.632
0.674
0.706
0.79
0.832
0.885
0.937
0.99
1.041
1.093
I valori delle resistenze del primario e del
secondario sono indicati nelle due caselle
poste sotto l’ etichetta <<R>> ed
evidenziate in giallo e rosso sempre per
primario e secondario.
La caduta di
tensione in continua sul primario è
riportata nella casella posta sotto l’
etichetta <-Va>, nell’ esempio è di 6V
(freccia arancione).
Quale diametro dei conduttori viene
utilizzato nei calcoli?
Nelle due finestre sotto <<actual>> (frecce
gialla e rossa) occorre inserire il diametro del solo conduttore, senza isolanti.
OPT utilizza per il calcolo degli ingombri il diametro dei fili a smalto semplice. Si
ottiene un numero di spire che è possibile avvolgere in ogni strato abbastanza
ottimistico e che richiede una perfetta tecnica di avvolgimento. Per simulare un
avvolgimento meno critico, indicare nelle caselle (frecce gialla e rossa) un diametro
del filo superiore del 2-3% a quello reale; compensazione simile andrà fatta se si
vogliono utilizzare fili con doppia smaltatura. La differenza di diametro esterno fra
un filo doppio smalto ed uno a singolo smalto ( riferita percentualmente al diametro
del solo conduttore) varia con il diametro del conduttore: passando dall’ 8,8 % per
fili con diametro 0,1 mm, al 6,8% per fili con diametro di 0,3mm, al 2,5% per
diametri attorno ad 1mm. Questo ‘trucchetto’ ovviamente ha l’ inconveniente di
alterare il calcolo della resistenza degli avvolgimenti, che risulterà leggermente
inferiore al reale. Per comodità riporto una tabella con le caratteristiche di alcuni fili
di comune impiego.
Quando ho raggiunto un valore ottimale di induttanza per l’ avvolgimento
primario, come posso fare ancora delle simulazioni mantenendo bloccato il
valore dell’ induttanza?
Come dice il manuale, cliccando sulla scritta <<Turns per volt>> questa si colora in
rosso ed il valore dell’ induttanza rimane bloccato. Con un ulteriore click sulla
scritta, il valore dell’ induttanza può essere sbloccato. Si veda la successione delle
due figure: nella seconda si vede come non è piu’ possibile modificare il valore dell’
induttanza.
Dove sono indicate le perdite causate dalla resistenza dei conduttori?
Le perdite sono indicate nella parte bassa del riquadro arancione di OPT, ed
indicano rispettivamente la perdita totale in Watt (AC+DC) a 40°C, la perdita in W ,
in % e in dB della sola componente AC (segnale audio). Per diminuire le perdite di
questo tipo, aumentare la sezione dei conduttori.
Come verifico se il rocchetto è sufficientemente spesso per contenere tutto il
rame e gli isolanti?
L’ altezza del rocchetto è definita nel database dei nuclei, nella casella
<<Bobbin deepth>> del database dei nuclei (freccia bianca).
Nell’ esempio, 11.7mm. Il database dei nuclei è visualizzabile nel riquadro grigio
della maschera di OPT, selezionando un nucleo (freccia gialla), poi cliccando sul
pulsante <edit highlighted> (freccia rossa). Si apre la finestra <<Core data>> che
riporta i valori impostati per i singoli nuclei.
OPT riporta questo valore anche nel riquadro arancio della maschera, nella casella
<<Bobbin deepth>> (freccia verde nella figura successiva), mentre nella seconda
riga della figura è riportata l’ altezza occupata dai soli conduttori (freccia viola).
La differenza fra i due valori riportati in figura ( spessore del rocchetto,11.7mm
meno lo spessore di tutti gli strati di rame 9,6 mm) rappresenta lo spessore (2.1 mm
nell’ esempio) ancora disponibile per tutti gli strati isolanti, ovvero:
eventuale isolante posto fra ogni stato dell’ avvolgimento primario che
raramente viene impiegato (freccia gialla nella figura successiva) e fra ogni
strato dell’ avvolgimento secondario (freccia rossa). Nell’ esempio si utilizza
un valore 0.06mm ( 60 micron), in realtà questo valore serve ad inserire per
compensare le piccole distanze frà gli avvolgimenti in fase di realizzazione.
isolante fra sezioni primarie e secondarie.
OPT calcola la differenza fra l’ altezza massima ammessa per
la bobina e la sommatoria degli spessori sia dei conduttori
che degli eventuali isolanti fra strati della stessa sezione. Tale
differenza (che è pari allo spessore ancora ‘libero’ nel
rocchetto) viene diviso per il numero di interfacciamenti fra
primari e secondari, ottenendo quindi il massimo spessore
possibile per gli isolanti fra sezioni contigue, ovvero il
massimo spessore possibile per gli isolanti fra primario e
secondario. Tale valore viene presentato nel riquadro azzurro,
nella casella incorrispondenza della freccia bianca (figura successiva). E’
possibile digitare nella casella indicata dalla freccia viola l’ effettivo spessore
che si intende usare per tali isolanti (nell’ esempio 0,35 mm).
Se lo spessore digitato è superiore a quello massimo ammesso, il valore
comparirà scritto in rosso, come ad esempio nella figura sottostante.
Dove verifico lo spessore degli avvolgimenti primario e secondario?
OPT calcola lo spessore degli avvolgimenti del primario (sommatoria degli
spessori delle singole sezioni) e del secondario (sommatoria degli spessori delle
singole sezioni). I dati ( in mm) sono riportati nelle caselle evidenziate della freccia
blu, e NON sono comprensivi dello spessore degli isolanti (viene conteggiato solo lo
spessore occupato dal rame. Lo spessore totale (solo rame) dei primari piu’ i
secondari è riportato nella casella evidenziata della freccia viola.
SEZIONE <<IRON>> (GRIGIA)
Ho salvato i dati relativi ad un nuovo nucleo, ma non mi compare nell’ elenco.
Cosa fare?
Dopo aver salvato un nuovo nucleo, i dati saranno utilizzabili solo dopo la chiusura
e riapertura del programma.
Cosa indicano le informazioni riportate nel lato sinistro del riquadro grigio di
OPT:
-
Name : denominazione del nucleo data dall’ utente
Afe : sezione della colonna del nucleo prescelto
mFe: peso del nucleo
- MPL: lunghezza del percorso magnetico (pari a 6
volte la larghezza della colonna centrale solo nel
caso di nuclei DIN standard)
- B DC: induzione (in continua)
- B AC: induzione (in alternata)
- B Total: B AC+ B DC
-
mu: permeabilità magnetica stimata
Fe losses: perdite nel ferro
Per questi dati come ricavarli fare riferimento all’ apposito documento.
Dove trovo i dati relativi alle dimensioni utili di un rocchetto (altezza e
larghezza avvolgimento) per un nuovo nucleo non presente in elenco?
Sono reperibili presso i siti di alcuni fornitori, all’ interno dei cataloghi.
Esempio in :
Inserire link venditore componenti magnetici
Un esempio è il seguente (tratto da CHF n. 18):
Nel sito saranno a breve disponibili tabelle specifiche.
Devo inserire un nuovo nucleo nel database dei nuclei di OPT: come calcolo
la lunghezza della spira media?
Il valore preciso della lunghezza della spira media dipenderà dall’ esatta geometria
degli avvolgimenti, dagli interfacciamenti primario/secondario, dallo spessore degli
isolanti ecc. Poichè tali dati sono ottenibili solo quando si è definito come si vuole
realizzare gli avvolgimenti, occorre in prima approssimazione inserire dei valori
indicativi.
Oltre a pensare ad una semplice estrapolazione del valore fra una coppia di nuclei
già presente nel database (ovviamente utilizzanti lo stesso lamierino ed aventi
sezioni rispettivamente superiore ed inferiore a quella voluta), un’ approssimazione
potrebbe essere data da ( quote in mm)
spessore isolanti= numero interfacciamenti * spessore singolo isolante
A= 0,9 * ((2* larghezza colonna – 4)/2 –3.5)
B= A- spessore degli isolanti
Lav= 2* (L1+4)+2*(L2+4) +3.14*B
dove L1 e L2 sono le misure dei lati del rocchetto. In OPT inserire Lav in cm.
Si rimanda alla documentazione tecnica presente nel sito per tutti i dettagli di
calcolo.
Qual’è il massimo valore di B consigliabile per i vari tipi di nucleo?
Per nuclei EI a grani orientati (M6X) è consigliabile un valore massimo fra 0,7 e 0,85
Tesla
Il valore indicato nella casella <<gap>> indica il traferro o lo spessore
meccanico da interporre fra le sezioni E ed I del nucleo?
Il valore indicato nella casella <gap> è il valore del traferro, pari a due volte lo
spessore di isolante posizionato fra le sezioni E ed I dei lamierini.
OPT consente di dimensionare TU con rocchetti frazionati in due o piu’ gole?
OPT con qualche artifizio può essere usato per calcolare un trasformatore con
flangia intermedia (spesso usato nei trasfo PP di potenza).
Introduciamo ora la documentazione dei rocchetti scelti
Usiamo EI150Nb/66.6
La sezione del nucleo Afe vale:
Afe=a*b* 0.95 (cmq) [0.95 staking factor per i lamierini EI]
Afe=51.1*66.6*0.95= 32.3 cmq
mFe=b*1.114 (Kg)
b in cm [1.114 peso per cm di lamierini nel caso di EI150]
mFe=6.66*1.114=7.41 Kg
MPL=6*A (cm) [nel caso di lamierini EI standard; A in cm]
MPL=6*5.11= 30.66 cm
Bobbin Deepth=(((c-a)-2*s2)/2)-1 (mm) [altezza massima rame]
E stato sottratto un millimetro per lasciare un minimo di tolleranza in fase di
avvolgimento.
Bobbin deepth=(((97-51.1)-1.9*2)/2)-1=20 mm
Bobbin width=(z1+z2)-1 (mm) [larghezza avvolgimenti]
Viene sottratto un millimetro per avere un minimo di tolleranza.
Bobbin width=(33.3+33.3)-1=65.6 mm
MLT=2*(a+2*s2)+2*(b+2*s2)+π* Bobbin depth (mm)
MLT=2*(51.1+2*1.9)+2*(66.6+2*1.9)+π*20=313.5 mm 31.35 cm
Inserendo i valori ricavati in OPT abbiamo:
Ipotizzando di progettare un PP 4*KT90 che eroghi circa 200W su una Raa di
2480Ω e un carico secondario di 8Ω.
Il trasformatore si prevede con flangia intermedia e con la configurazione piuttosto
comune 5 Primari e 4 secondari.
Sotto abbiamo il risultato:
Si noti come i 5 secondari siano in serie e i secondari (8 essendo le due sezioni in
parallelo) siano tutti in parallelo splittati in due sezioni.
Primario
Si progetta il trasformatore in modo che il rame primario occupi circa la metà dello
spazio disponibile in altezza.
Secondario
Il numero di spire fornito dal programma risulta esatto occorre solo calcolarsi
manualmente il diametro del filo e gli strati in funzione dello spazio disponibile (in
questo caso metà del volume di un semisecondario).
OPT in questo caso non permette di calcolare l’ intero trasformatore; è comunque di
grandissimo aiuto per avere un calcolo istantaneo di tutti i parametri snellendo la
fase di progetto.
SEZIONE <<INTER WINDINGS INSULATION>> (azzurra)
Dove trovo una tabella delle costanti dielettriche dei principali materiali usati
per l’ isolamento degli avvolgimenti?
E’ in preparazione una tabella che sarà disponibile sul sito, comprensiva delle
caratteristiche principali dei piu’ comuni isolanti.
Nel riquadro azzurro, in basso a destra compare un numero a destra del
valore del Q; cosa è questo numero?
Il numero è numericamente pari al quadrato del numero di interfacciamenti fra le
sezioni del primario e del secondario, come definito e spiegato nell’ articolo di
Crowhurst “Audio Transformer Design”, disponibile sul sito all’ indirizzo:
http://www.audiofaidate.it/materiale/20_030_040_001_crowht_outtrafoII.pdf
Come si determina la capacità frà gli avvolgimenti?
OPT calcola la capacità fra gli avvolgimenti primari e secondari in base a:
- geometria degli avvolgimenti
- costante dielettrica dell’ isolante
- spessore dell’ isolante posto ad ogni interfacciamento fra le sezioni del
secondario e del primario.
Nel disegno la freccia bianca e gialla indicano le caselle in cui inserire
rispettivamente lo spessore in mm dell’ isolante e la costante dielettrica;la freccia
rossa indica dove viene indicato il valore della capacità risultante.
Dove viene indicata la frequenza di risonanza del TU ?
Nella figura successiva sono riportati in successione verticale:
• la capacità degli avvolgimenti (Shunt Cap)
• l’ induttanza dispersa (Leak L)
• la frequenza di risonanza (F0)
• il Q del circuito risonante
NB: si tratta della risonanza principale possono esistere altri picchi di risonanza
a frequenze più alte.
Ho trovato i dati di un TU PP su una rivista. Posso usarli per imparare ad
usare OPT ?
Certamente, OPT consente il dimensionamento dei TU per ampli PP. Occorre
deselezionare la casella <<SE>> posta nel riquadro verde ed inserire i dati richiesti
deselezionare per i PP
Ricordarsi sempre che i valori da riportare in OPT sono quelli per l’ intero
avvolgimento, da anodo a anodo.
Pur essendo il trasformatore per PP, occorre inserire un valore minimo (ma >0)
nella casella <Gap>; questo per due motivi:
1) lo spessore dell’ ossido naturale presente sul ferro e le tolleranze di
lavorazione, daranno comunque origine ad un gap nel trasformatore,
impedendo un accoppiamento perfetto fra le sezioni E ed I dei lamierini
2) nel corso della realizzazione dei TU PP è comunque opportuno inserire un
piccolo traferro di materiale isolante molto sottile fra le sezioni E ed I
Un valore ragionevole per il valore della casella <<gap>> è di 0,05-0,06 mm (pari a
25-30 µm di isolante totale fra E ed I)