TABLAS DE LAMINACIONES DE NUCLEOS Y CARRETELES Laminacion de nucleos tipo acorazado EI (medidas en cm)
E
Peso (kg)
Numero
A
B
C
D
14
0.3
0.35
0.2
0.7
0.15 0.0016
18
0.49
0.45
0.25
1.08
0.27 0.0047
25
1.25
0.8
0.65
2.1
0.8 0.091
30
3.3
2.7
1.65
9.7
1.75 2.45
37
0.95
0.77
0.47
1.9
0.47 0.043
60
4
2
2
6
62
1.6
0.8
0.8
2.4
0.8 0.192
63
0.63
0.63
0.3
1.34
0.3 0.012
75
1.9
0.95
0.95
2.55
0.95 0.348
77
2.2
1.2
1.1
3.4
1.2
100
3.3
2.7
1.65
4.8
1.75 1.65
102
10.2
5.05
3.05
15.15
5.05
111
2.54
1.27
1.27
3.81
1.27 0.738
112
2.86
1.43
1.43
4.29
1.43 1.124
125
3.2
1.6
1.6
4.6
1.6 1.613
150
4.5
2.85
2.25
11.7
2.25
5.3
155
3.8
1.9
1.9
5.7
1.9
2.36
156
4.2
2.1
2.1
6.3
2.1
3.1
200
3.3
2.7
1.65
6.3
1.75 1.35
500
6.4
3.2
3.2
9.6
3.2
600
5
2.5
2.5
7.5
2.5 5.875
700
6.4
3.2
3.2
19.2
3.2
14.1
800
8.2
4.1
4.1
12.5
4.1
23
850
8.2
4.1
4.1
25
4.1
34.5
2
2.65
0.5 44
10.3
Carreteles plasticos
Tipo
Dimensiones cm x cm
Seccion del nucleo cm2
Potencia W
75
1.9*2
3.8
10.02
77
2.2*2.2
4.84
16.26
75
1.9*2.6
4.94
16.94
77
2.2*2.6
5.72
27.72
77
2.2*3
6.6
30.25
111
2.54*2.6
6.604
30.28
112
2.86*2.9
8.3
47.77
111
2.24*3.6
9.14
58.06
112
2.86*3.3
9.44
61.35
125
3.3*3.2
10.56
77.44
30
3.3*3.3
10.89
82.35
112
2.86*4
11.44
90.88
125
3.2*3.9
12.46
108.16
112
2.36*4.6
13.16
120.26
125
3.2*4.4
14.08
137.67
60
4*4
16
177.7
155
3.8*4.3
16.34
185.41
125
3.2*5.4
17.28
207.36
125
3.2*5.9
18.88
247.53
60
4*5
20
277.7
155
4.2*5
21
306.25
100
4.5*5
22.5
361
155
3.8*6
22.8
434.02
600
5*5
25
551.5
Alambres esmaltados de cobre Calibres
Diametro mm
Seccion mm2
Resistencia Ohms/m
Metros x kg
0.05
0.00198
8.91
61349
0.06
0.00283
6.19
41493
0.07
0.00385
4.55
30120
0.08
0.00503
3.48
22883
0.09
0.00636
2.75
18018
0.1
0.00785
2.23
14306
0.11
0.0095
1.87
11834
0.12
0.0113
1.55
10000
0.13
0.0133
1.26
8474
0.14
0.0154
1.137
7299
0.15
0.0177
0.99
6369
0.16
0.0201
0.87
5586
0.18
0.0255
0.688
4405
0.2
0.0314
0.557
3584
0.22
0.038
0.46
2958
0.25
0.0491
0.356
2288
0.3
0.0769
0.248
1461
0.35
0.0962
0.182
1188
0.4
0.1257
0.139
893
0.45
0.159
0.11
706
0.5
0.1963
0.0891
572
0.55
0.2376
0.0737
472
0.6
0.2827
0.0619
397
0.65
0.3318
0.0527
338
0.7
0.3848
0.0455
291
0.75
0.4418
0.0396
254
0.8
0.5027
0.0348
223
0.85
0.5674
0.0308
198
0.9
0.6362
0.0275
176
0.95
0.7086
0.0247
158
1
0.7854
0.0223
143 14 3
1.05
0.8659
0.0202
129
1.1
0.9503
0.0184
118
1.15
1.0387
0.0168
108
1.2
1.131
0.01547
99
1.25
1.2272
0.01426
91
1.3
1.3273
0.01318
84
1.35
1.4314
0.01223
78
1.4
1.5394
0.01137
73
1.45
1.6513
0.01045
68
1.5
1.7671
0.0099
63
1.55
1.8869
0.0093
59
1.6
2.0106
0.0087
56
1.65
2.1382
0.00818
52
1.7
2.2698
0.00771
49
1.75
2.4053
0.00725
46
1.8
2.5447
0.00687
44
1.85
2.688
0.00652
41
1.9
2.8353
0.00617
39
1.95
2.9865
0.00586
37
2
3.1416
0.00557
35
2.1
3.4636
-
32
2.2
3.8013
-
29
2.3
4.1548
-
27
2.4
4.5239
-
24
2.5
4.9087
-
23
2.6
5.3093
-
21
2.7
5.7256
-
19
2.8
6.158
-
18
2.9
6.6052
-
17
3
7.0686
-
16
3.2
8.0452
-
14
3.5
9.6211
-
11.68
3.8
11.3412
-
10
4
12.5664
-
9
4.5
15.9043
-
7
5
19.635
-
6.7
6
28.2744
-
3.97
7
38.4848
-
2.92
8
50.2656
-
2.24
9
63.6174
-
1.77
10
78.54
-
1.43
Calculos para transformadores adaptadores de Impedancias (Z)
En este tipo de transformadores (adaptadores de Z entre valvula y valvula) el primario lleva la tension de CC a la placa de una valvula. Las variaciones de tension aplicadas aplicadas en la rejilla de esta valvula hacen que la corriente que circule a tr avez del primario del transformador hacia la placa de la valvula, generan variaciones en el flujo magnetico del nucleo del transformador y como consecuencia, el secundario generara tensiones que se aplicaran a la rejilla de la siguiente valvula. Si suponemos que vamos a hacer un calculo, digamos un borrador, para constriur un determinado tipo de transformador que no llevara corriente alguna en su secundario (ya ( ya que la impedancia de entrada de la segunda valvula, es muy alta), o sea un transformador de tension, lo primero a conocer es la Inductancia que presentara el primario del mismo. Esta inductancia va a estar de acuerdo a la Z de la placa de la valvula conectada al primario. Este dato se saca de los manuales de valvulas (Ver: Tipos de valvulas mas comunes). comunes ). La inductancia del primario debe ser por lo menos igual a l a Z de la valvula. Si es mayor no pasa nada. La formula resumida para hallar la inductancia es la siguiente: Lp = Rp / f x 2,18 En la que Lp es la inductancia buscada en H, Rp es la Z de la placa de la valvula, f es la frecuencia mas baja en la que la atenuacion sea igual o menor a 0,5db (se suele tomar f = 200Hz aprox.) y 2,18 es un coeficiente relativo al medio db de atenuacion. Una vez hallado el valor de Lp se sigue con el calculo del numero de espiras del primario, empleando la formula: N = 10^4 x RAIZ ( L x l / 1,25 x mu x S ) En la que N es el numero de espiras, L es la inductancia Lp hallada antes, l es la longitud media de las lineas li neas magneticas del nucleo a emplear, mu es la permeabilidad que tendra el nucleo a la densidad magnetica supuesta y S la seccion del nucleo en cm2. Como se deberia saber, la permeabilidad del hierro queda muy reducida cuando se encuentra mas o menos invadido por lineas l ineas de fuerza procedentes de un campo continuo, asi que solo puede contarse con el 10% o el 6% de a permeabilidad total sin flujo previo. Como ejemplo y para comprender mejor todo t odo esto que vengo explicando, vamos a calcular un transformador cuyo primario se conecta a la placa de una valvula con las caracteristicas que siguen: Tension de placa Vp = 250V Tension de rejilla Vg = - 13.5V Corriente de placa Ip = 5mA
Impedancia de placa Rp = 9500ohms Primero, hay que hallar Lp: Lp = 9500 / 200 x 2,18 = 21.78 Henrios Este transformador no tiene que suministrar ninguna potencia puesto que es de tension. Su relacion sera 1/2, o sea que el secundario tendra el doble de espiras que el primario. La carga del primario sera de 5mA (0,005A) lo que nos dara una seccion de 0.005 / 2.5 = 0.002mm2 o unos 0,06 mm de diametro. (El 2,5 es l a densidad de corriente en A/mm2). El secundario puede ser de alambre mas fino pero se puede hacer del mismo para que no sea tan fragil y evitar tener t ener dolores de cabeza si se corta. Para calcular en numero de espiras tenemos la formula para hallar N, de la cual tenemos: L = 21,78. Para conocer l, mu y S hay que suponer un nucleo y ver si una vez hechos los calculos nos caben los alambres en las ventanas (Ver: Tablas de laminacion y carreteles). Si sobra nucleo, hay que achicar seccion, si ocurre lo inverso, i nverso, aumentar. No conviene tener nucleo en exceso en este tipo de transformadores porque provoca perdidas elevadas. elevadas. Por el mismo mi smo motivo se tiene que usar un laminado de la calidad mas alta posible (M4 o M6, o grano orientado). Supongamos un nucleo de 2,8cm2 de seccion neta formado apilando chapas de laminacion 62, entonces l = 9,6cm que se obtiene de la siguiente forma (Ver tabla de laminaciones y el grafico correspondiente): (D+E) x 2 + (A x 2). Nuestras medidas son: A = 1,6; D = 2,4; E = 0,8. Entonces: (2.4 + 0.8) x 2 + ( 1.6 x 2 ) = 9.6cm. Y supondremos una permeabilidad mu = 7500, pero como solo contamos con el 6% o 10% del total, tendremos para mu = 500 Gauss/cm2. De acuerdo con todos estos datos podemos escribir: N = 10^4 x RAIZ ( 21,78 x 9,6 / 1,25 x 500 x 2,8 ) = 3455 espiras; y como la relacion es 1/2, el secundario contara con 2 x 3455 = 6910 espiras. En casi la mayoria de los circuitos no se emplea el acoplamiento por transformador ya que es mas complicado y empeora la respuesta y la distorsion a comparacion de un acople R-C. Para amplificadores de potencias extremadamente altas si se deben emplear este tipo de acoples para poder llevar los niveles de tension para la alimentacion de la grilla a un valor adecuado, simpre y cuando las valvulas del preamplificador y excitadoras de las valvulas de salida no tengan la capacidad de amplificacion suficiente.
Calculos de transformadores de salida para valvulas
Para el transformador de salida de un equipo valvular, las caracteristicas para el nucleo y la induccion que poseen los adaptadores de Z, tambien se aplican a estos tipos ya que tambien son adaptadores de Impedanciaz, la unica diferencia es que en vez de acoplar las Z entre 2 valvulas, lo hace entre las valvulas de salida y la bobina del parlante. Cabe aclarar ademas, que el secundario de este tipo t ipo de transformadores entrega cierta cantidad de corriente en su secundario, la cual acompa?da por una tension, hacen posible la excitacion de la bobina movil del parlante conectado. Es conveniente sacar varias tomas en el secundario de este tipo de transformador t ransformador para poder conectar parlantes con diferentes valores de Z (4, 8 o 16ohms, o los tipos antiguos de 2.5, 5 y 7 ohms los cuales estan obsoletos). Antes que nada y para facilitar la obtencion del nucleo, se plantea la siguiente ecuacion, si es que se conoce la potencia a manejar por el transformador (por lo general si, y si no se puede hallar por el producto entre la tension en el primario y la corriente maxima de una de las valvulas de salida (en el caso de una configuracion push-pull) o la unica que halla (clase A): S = 2,1 2,1 x Raiz Raiz P Donde P = potencia potencia a manejar por el primario y 2,1 es un coeficiente coeficiente para aumentar la seccion del nucleo a un valor seguro evitando saturacion. Suponiendo una valvula con los siguientes datos: Vp = 250V, Vg = -16,5, Ip = 34mA y Rp (Z de placa) = 7000ohms. El primario se calcula de la misma forma que un adaptador de Z, primero hallamos Lp: Lp = Rp / f x 2,18 Donde Rp = Z de placa de la valvula (resistencia de placa) y f = frecuencia mas baja en la que la atenuacion sea menor a 0,5db, por lo general 200Hz. Con nuestros valores tendremos: Lp = 7000 / 200 x 2,18 = 16H Ahora vamos a hallar el numero de espiras en el primario. Para esto necesitamos la seccion del nucleo (en base a la formula para hallar la seccion, ir a Tabla de laminacion y carreteles) carreteles) y la longitud l ongitud de la linea magnetica media (En la tabla de carreteles y laminacion, una vez escogido el nucleo mas adecuado, elegir la laminacion y hallar la longitud de la linea de fuerza media por la formula f ormula l = (D+E) x 2 + (A x 2).). N = 10000 x Raiz ( Lp x l / 1,25 x phi x S ) Para nuestro caso, la potencia es Vp x Ip = 8.5W, por lo l o que tendremos una seccion S = 2,1 x Raiz 8,5 = 6.1cm2. Nuestro nucleo mas aproximado es de 6.6cm2 (carretel numero 77 ) por lo tanto, nuestro l mide 13.6cm. Para phi se debe tomar un valor no superior a 500 Gauss, por lo explicado en adaptadores de Z, debido a la existencia de un
campo continuo que limita en gran medida la induccion maxima restante del nucleo (1/10 a 1/15 de la total). Reemplazando tendremos: tendremos: N = 10000 x Raiz (16 x 13,6 / 1,25 x 500 x 6,6 ) = 2238 espiras. Para el numero de espiras en el secundario hay que relacionar las impedancias de primario y secundario: Q = Raiz (Z1 / Z2) en donde Z1 es la Z del primario, pri mario, Z2 es la del secundario y Q es la la relacion de transformacion. Para nuestro caso: Z1 = 7000ohms y Z2 = 8ohms (o el valor del parlante que se posea). Q = Raiz (7000 / 8) = 29.6 Y de acuerdo a esto, el numero de espiras en el secundario sera: N2 = N1 / Q;
N2 = 2238 / 29,6 = 75.6 espiras, o 76 para hacer hacer las cosas redondas.
Si por el primario pasan 34mA la seccion de alambre va a ser: S alambre primario = Ip / D Donde D = densidad de corriente en el alambre en A/mm2. Por l o general, cuando el alambre es fino se toma 2,5 A/mm2 para engrosar un poco la seccion y evitar trabajar con un alambre muy fino y fragil que se puede cortar. S a p = 0,034 / 2.5 = 0.0136mm2 o un alambre de 0.13 0.13 o 0.14 mm de diametro (Ver alambres). Y en el secundario, en el cual primero hay que hallar la l a I: I2 = N x Ip / N2; entonces: 2236 x 0.034 / 76 = 1Ampere (redondito) Por lo tanto la seccion va a ser: S a sec = 1 / 2.5 = 0.4 mm2 o un alambre de 0.75mm de diametro. diametro. Es importante destacar que los calculos se hacen con las corrientes maximas que se pueden alcanzar, asi que se puede disminuir la seccion del alambre del secundario a la mitad para no trabajar con alambres muy gruesos ademas de su precio. Con un alambre de 0,4 de diametro en el secundario va a funcionar bien. Claro que esto es a eleccion de cada uno. Preferentemente yo usaria alambres de la seccion que dan los calculos a maxima corriente para tener menos resistencia ohmica en los bobinados y reducir la perdida de potencia.
Calculos para transformadores de poder
Cuando se proyecta un amplificador que tiene que suministrar una potencia de mas de 15W es necesario que despues de haber amplificado la tension de entrada al nivel conveniente, se disponga de un circuito de salida que entregue la potencia requerida. Esto se consigue haciendo trabajar las valvulas de salida de forma que la rejilla de control trabaje en parte con tension positiva, es decir, con una cierta corriente circulando entre rejilla y catodo en ciertos momentos. Esto trae como consecuencia consecuencia que la I de la placa aumente en aquellos momentos a valores elevados y el sistema de alimentacion debe estar previsto para tal situacion, de lo contrario en momentos en que se deben entregar maximas potencias, las tensiones en las placas de las valvulas caerian a valores inservibles, presentando distorsiones. Lo que se persigue es que la tension en las placas de las valvulas sea lo mas constante posible. En todo esto influye tambien la resistencia ohmica del filtro, arrollamiento del transformados de poder y la caida de tension sobre la valvula rectificadore (aproximadamente 90V). Las tensiones de placa utilizadas para ciertos amplificadores amplifi cadores son bastante altas (400V o mas) con el fin de obtener la potencia requerida disminuyendo la corriente (la potencia se mantiene), pero esto requiere mayor cantidad de espiras en el secundario del transformador de potencia y por consiguiente, mas resistencia ohmica. Con lo explicado se sabe que el transformador de poder, y asi tambien los filtros y la valvula rectificadora deben ser de caracteristicas especiales si no se quieren obtener resultados desastrosos. desastrosos. El transformador estara construido de forma de que sus arrollamientos ofrezcan un minimo de resistencia ohmica; para ello se empieza por obtener una seccion de nucleo mas grande que de costumbre y ademas se emplea chapa magnetica de la mejor calidad posible (M4 o M6), lo cual permite someter al nucleo a niveles de induccion mas elevados que lo normal. Ambas cosas permiten reducier el numero de espiras en los arrollamientos para una misma tension, logrando reducir la resistencia ohmica. Se emplea ademas una densidad de corriente mas debil de lo normal para los alambres (2,5A/mm2) que por logica obliga a usar alambre de mayor diametro. La valvula rectificadora es otro elemento a tener en cuenta por sus caracteristicas. Segun curvas caracteristicas la caida de tension sobre las mismas es aparentemente proporcional a la corriente que circula por ellas, particularmente en las de alto vacio. En cambio, las que tienen una cierta cantidad de vapor de mercurio (en funcionamiento) tienen una caida cercana a los 15V. A partir de ese limite, limit e, la caida de tension es constante mientras la tension de suministro tambien sea constante. Por eso, en equipos de alta potencia se emplean los tipos 82 y 83 (americanas) que son a base de mercurio. En cuanto a la impedancia de filtro, cuando se trabaja con alta potencia se suele colocar una primera L sin capacitor. La L acostumbra tomar un valor de 5H hasta una I de 220mA y una R de 50ohms. Si la carga es menor, hasta 150mA, la R puede llegar a los 100ohms y la reactancia debe ser de por lo menos 20H.
Cuando se necesita mucha potencia una sola valvula rectificadora puede resultar algo escasa y exigida, entonces se recurre a montar 2 de estas valvulas, una de d e las cuales alimenta a las placas de las valvulas de potencia y la otra, al r esto del circuito (preamplificador, circuito de media potencia, etc). Por lo antes dicho, se puede ver que en cada caso ha de construirse el transformador y demas elementos de acuerdo con un plan estudiado de antemano, al que hay que atenerse para conseguir lo que se necesita realmente. Para aclarar las ideas vamos a calcular el tranformador para el siguiente circuito: 400V de corriente rectificada, 230mA de corriente, la bobina de filtro pierde 25V por caida de tension, y teniendo en cuenta que en el secundario se pierde un 8% por perdidas aproximadamente y sobre la valvula 83 unos 15V. De momento se sabe que se necesita suministrar a la valvula unos 400+15+25 = 440V. Como la valvula 83 es biplaca, da una relacion entre tension aplicada y rectificada de 0,9, o sea, que en secundario se necesitarian unos 440 x 0,9 = 396V y como se dijo antes que en el secundario se perdia un 8%, la perdida valdra 396 x 0.08 = 32V que hay que sumar a los 396, digamos 396+32 = 428. El secundario de AT entonces tendra 2 x 428V en total. La I que circulara por el secundario va a ser el 78% de la I total rectificada, o sea que va a ser igual a 0.23 x 0.78 = 0.179 A. La valvula 83 consume en filamentos unos 5V @3A. En el secundario para los filamentos supondremos 6,3V @2A. Ahora nos queda calcular los VA necesarios: Secundario de AT..................................2 AT..................................2 x 428 x 0,184 = 157.5VA Secundario para filamento 5V.................................5 5V.................................5 x 3 = 15VA
+
Secundario para filamentos 6,3V..........................6.3 x 2 = 12.6VA Total...........................................185.1VA Como hemos de elegir un nucleo de de seccion bastante olgada, olgada, le agregamos un 10% a los 185.1VA, entonces: 185 + 18.5 = 203 VA Podemos elegir un nucleo de 17.28cm2 pero de seccion neta, por lo tanto escogeremos el nucleo siguiente superior: 18.88cm2 de seccion bruta (los calculos se realizan con el nucleo anterior, 17,28cm2) Si escogemos una induccion un poco fuerte, por ejemplo 13500Gauss/cm2 podemos escribir la formula para saber el numero de espiras para 220V y 50Hz: E = ( 4,44 x f x S x phi x N ) / 100.000.000 Despejando: N = (E x 100.000.000) / (4,44 x f x S x phi)
Reemplazando por nuestros valores: N = 220 x 100.000.000 / 4,44 x 50 x 17,28 x 13500 = 424.8 > 425 espiras O sea que corresponden a 425/220 = 1.93 espiras x volt, lo cual se puede tomar como 2 espiras x volt (malditas perdidas!!!!). Para el primario tendremos: 2 x 220 = 440 espiras La corriente del primario sera: 185.1VA / 220V = 0.84A Tambien se dijo que no se iba a emplear una densidad de corriente mayor a 2,5A/mm2 en los devanados, por lo tanto tenemos que para 220 vamos a usar: 0.84A / 2.5A/mm2 = 0.36mm2 o sea, 0,7mm de diametro Para el secundario de AT sabemos que tenemos 0,184A por lo que le corresponderan: corresponderan: 0.184A / 2,5A/mm2 = 0,073mm2 o sea, 0,3mm de diametro Y el numero de espiras sera (2 x 428V) x 2e/v = 1712 espiras, con la derivacion a las 856 espiras. Para la valvula rectificadora la seccion de alambre y espiras sera: 5V x 2e/v = 10 espiras, con un alambre de 3A / 2,5A/mm2 = 1.2mm2 o sea 1,25 de diametro. Y por ultimo para los filamentos fil amentos de las valvulas: 6,3V x 2e/v = 12.6 > 12 espiras, con un alambre de 2A / 2,5A/mm2 = 0.8mm2 o sea de 1 mm de diametro. MUCHO CUIDADO: Se debe calcular antes de comprar los materiales y armar el transformador, si el carretel va a poder contener todas las espiras de alambre para no llevarse una sorpresa desagradable y darse cuenta de que el nucleo no cabe. Para eso se deben calcular en base a las medidas del carretel, la cantidad de espiras por capa, la cantidad de capas y el espesor de los aislantes. Si el carretel resulta chico, se puede realizar el calculo nuevamente con un nucleo mas grande, de esta manera se puede reducir mas todavia el numero de espiras de los arrollamientos y mejorar en cuanto a perdidas (menos metros de alambre y un nucleo trabajando olgadamente sin riesgo de saturacion).
