Diseño de un Amplificador de Ocho Canales

¿Es chapa de 0,35 mm Grano Orientado?
No, es chapa GNO, grano no orientado de 0,50 mm, de 2 W de perdidas por Kg, ahí en en el post del probador de válvulas tenés todos los datos del transformador : Construcción de un " Probador de Válvulas"

Tené en cuenta que si empleara en este trafo, chapa de Grano Orientado (GO), por ejemplo, una M4 de 0,27 mm, la corriente de vacío caería a +- la mitad.-
 
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No, es chapa GNO, grano no orientado de 0,50 mm, de 2 W de perdidas por Kg, ahí en en el post del probador de válvulas tenés todos los datos del transformador : Construcción de un " Probador de Válvulas"

Tené en cuenta que si empleara en este trafo, chapa de Grano Orientado (GO), por ejemplo, una M4 de 0,27 mm, la corriente de vacío caería a +- la mitad.-

Por eso te pregunté, ya que no hace zoom al hacer click en la foto y es difícil ver si son de 0,50 mm o de 0,35 mm.

De todos modos, es un bajo valor (está bueno eso). Estaría rondando el 4,3 % de la potencia máxima teórica para ese núcleo que sería para 190,811 VA o menos.

Ese trafo tiene 1,951 Kg de núcleo (carrete x 44). Según esos 2 W de pérdidas que citaste por Kg, me estaría dando 3,902 W de fija.
 
El problema de HUM del amplificador no es lazo de masa, sino que está en una inversión de la ubicación de los puntos homólogos de los secundarios. Una forma de verificar eso es medir en alterna alguna diferencia de potencial entre rails positivos de ambos transformadores bajo carga estática de los 8 amplificadores. Si surge diferencia, invertir un semibobinado en uno de los transformadores. Esto sería midiendo AC sobre líneas de DC.

Misma medición y consideración hacer con rails negativos.

Lo que podría quedar luego de la ubicación correcta de los puntos homólogos, es la ddp que pueda existir entre diodos de cada puente, como escalón de ruido inevitable (mV).

Es por ello que en BTL surge el inconveniente y más notorio sería con señal de audio en aumento :rolleyes:. Para que después no digan que uno no sabe...
 
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Haciendo un análisis más profundo para saber si podría existir la posibilidad que en el sistema puedan funcionar dos amplificadores en BTL libres de ruido (alimentando los integrados desde transformadores diferentes), llego a la conclusión que es imposible lograrlo en la práctica.

Como premisa, emulé el PSRR de un amplificador típico y lo consideré plano con la frecuencia (solo a fines prácticos). La implementación fué a través de dos simples resistencias, con una mínima diferencia de valor entre ellas. (1K y 1K001, en el ejemplo).

Luego, plantié el siguiente esquema, emulando los transformadores, puentes, condensadores y alguna carga entre ramas:

Esquema real en BTL (tomo salida entre V3 y V8).jpg

En ese esquema, van a ver que las fuentes de voltaje alterno simulan los semibobinados de cada transformador (en total 4, ya que son dos transformadores). En una de ellas van a ver un voltaje diferente (procurando simular una condición de desequilibrio para ver cómo reacciona el sistema). También se modificó el valor de una capacidad de filtrado, por lo mismo anterior.

Luego, voy a mostrar lo que se vería en el nodo 4 respecto a 0, en el nodo 3 respecto a cero y, finalmente, la diferencia que se produciría entre los nodos 3 y 8, los que emulan los amplificadores operando en BTL entre sí.

Las tres primeras gráficas corresponden a una situación ideal (de libro), con todos los elementos de las 4 fuentes exactamente iguales en valor:

V4 (ripple de rail positivo de transformador derecho):

V4 teórico.jpg

V3 (ripple de fuente visto en la salida de uno de los amplificadores, más o menos a - 66 dB, como valor coherente posible de encontrar en un amplificador):

V3 teórico.jpg

V3 - V8 (es lo que supuestamente obtendríamos entre las dos salidas de los amplificadores). El software muestra una diferencia en extremo baja (del orden de pV), aunque teóricamente debería ser una línea coincidente en 0 Voltios:

V3 - V8 teórico.jpg

Ahora, incorporo algún desajuste arbitrario para ver qué sucede:

V4 (sigue prácticamente similar a la condición teórica, ya que no hay un cambio sustancial):

V4 real.jpg

V3:

V3 real.jpg

V3 - V8 (vean adonde se dispara, siendo que no se han incorporado tantos desajustes entre componentes):

V3 - V8 real.jpg

Esto me hace concluir que no es posible hacerlo funcionar así sin ruidos. Aquí, la correcta ubicación de los puntos homólogos tampoco solucionan el problema y no pueden hacer nada para evitarlo. Pueden emular cualquier otra condición y el ruido será impredecible tanto en su amplitud como forma, acorde a las distintas combinaciones de desajustes que se puedan dar. El concepto clave está en que el ruido referido es diferente en cada amplificador y no pueden cancelarse nunca entre sus salidas (por alimentarse desde rails diferentes).
 
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han estado mal calculados, o mal hechos
Aprovechando el asunto y que además no encuentro bobinadores de trafos "chicos" todavía, me puse a revolver un poco de libros y web sobre trafos, por que a lo mejor tengo que precalcularlo yo para al menos tener una idea de que tan bien o tan mal está cuando alguien lo rehaga.

El primer asunto es que para trafos chicos todos hacen las mismas simplificaciones pero llegan a fórmulas con constantes diferentes que tiene mucho impacto en los resultados. Por ejemplo:

1- En el libro de trafos de Singer "pone" (por que no demuestra) la fórmula Sn= 1.5 * SQRT( Pa ) --> la sección del núcleo es 1.5 por la raíz cuadrada de la Potencia aparente total, y valen para trafos de hasta 1kVA.

2- En este documento de la UNMDP llegan a la fórmula Sn = SQRT( Pa ) --> la sección del núcleo es la raíz cuadrada de la Potencia aparente total y vale para trafos de hasta 2kVA (en realidad casi casi que le da 1.1*SQRT(Pa) pero lo deja en 1 y yá).

Mas allá de los 40 años entre ambas publicaciones, si ustedes analizan como se llega a la ecuación anterior (página 7) van a ver que aparecen dos constantes que terminan reducidas a la que multiplica a la SQRT --> una es A=0.025 (que dicen que vienen de ensayos prácticos :unsure:) y la otra es Bmax=1.2T=12000Gauss (lo dice explícitamente) :eek::eek:. Si usamos esta misma forma para obtener la ecuación del Singer se encuentra que Bmax=8000 Gauss ..asumiendo que A siga siendo 0.025, por que el resto de las constantes son invariables.

Luego, en este hilo tuyo mostrás muy bien como se calcula el trafo (y) pero siguiendo lo de arriba veo algunas cosas que me llaman la atención:
Vos elegís usar la constante en 1.2 por que no le vas a sacar mucha potencia --> bajo cuerda Bmax=9400 Gauss y la sección te dá 14cm2. Pero luego tomás Bmax=10000 por la calidad de las chapas (un 6% mas alto) y seguís los cálculos para la cantidad de espiras y le sumás un 9% más con lo que te quedan 800 espiras. Todo OK, pero si deshacés los números de atrás para adelante vas a ver que terminás con un Bmax=8850 Gauss :unsure: (un 12% menor) --> es casi lo mismo que haber considerado 1.5 en vez de 1.2, con lo cual Don Singer no está tan errado.

Visto esto y que voy a tener que precalcularlo yo (para reusar la chapa por que no tengo mas espacio), la pregunta es: por que el cálculo va y viene permanentemente con el valor de Bmax: que le agrego sección por el apilado (y), que le subo el Bmax por la chapa, que le bajo el Bmax por la cantidad de espiras ??? Digo, no está expresado así pero es lo que sucede en los números...

Pregunto por que desconozco las mañas del diseño de trafos y me parece que eligiendo un valor razonable de la Bmax (ponele 8500 o 9000) puedo calcular todo casi de corrido sin hacer tantas consideraciones (que insisto --> desconozco), sabiendo que se busca un trafo que regule razonablemente bien y no se hierva...por que vos le sumás el 6% por acá, le agregás el 9% por allá y eso lo sabés por tu experiencia, pero un neófito como yo debe tratar de evitar cosas en las que lo puedan guitarrear ;).:apreton:

Ya sé que luego habrá que ajustar en base a los carretes, tamaño de ventana, diámetro de cables y todas esas cosas, pero supongo que eso ya no debe cambiar significativamente los parámetros finales.

Se puede hacer lo que te digo??
Gracias!!
 
Tomando una misma designación de laminación (125, por ejemplo), el K que acompaña a la fórmula de Sn = K x Raiz (Potencia VA), resulta diferente acorde a cada espesor de apilamiento:

125 x 33 => K = 0.831
125 x 39 => K = 0.908
125 x 44 => K = 0,961
125 x 54 => K = 1.066
125 x 59 => K = 1,117

Es común que la mayoría de los textos citen entre 1 a 1.5, pero eso es una simplificación (aunque anda bien en la práctica, ya que existe correspondencia entre capacidad de manejo de potencia y K crecientes).

Para cada laminación resulta un K particular que es acorde a las proporciones que guarda y otros parámetros. Parten desde bajos valores para apilados pequeños hasta valores mayores para apilados grandes.
 
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Aprovechando el asunto y que además no encuentro bobinadores de trafos "chicos" todavía, me puse a revolver un poco de libros y web sobre trafos, por que a lo mejor tengo que precalcularlo yo para al menos tener una idea de que tan bien o tan mal está cuando alguien lo rehaga.

El primer asunto es que para trafos chicos todos hacen las mismas simplificaciones pero llegan a fórmulas con constantes diferentes que tiene mucho impacto en los resultados. Por ejemplo:

1- En el libro de trafos de Singer "pone" (por que no demuestra) la fórmula Sn= 1.5 * SQRT( Pa ) --> la sección del núcleo es 1.5 por la raíz cuadrada de la Potencia aparente total, y valen para trafos de hasta 1kVA.

2- En este documento de la UNMDP llegan a la fórmula Sn = SQRT( Pa ) --> la sección del núcleo es la raíz cuadrada de la Potencia aparente total y vale para trafos de hasta 2kVA (en realidad casi casi que le da 1.1*SQRT(Pa) pero lo deja en 1 y yá).

Mas allá de los 40 años entre ambas publicaciones, si ustedes analizan como se llega a la ecuación anterior (página 7) van a ver que aparecen dos constantes que terminan reducidas a la que multiplica a la SQRT --> una es A=0.025 (que dicen que vienen de ensayos prácticos :unsure:) y la otra es Bmax=1.2T=12000Gauss (lo dice explícitamente) :eek::eek:. Si usamos esta misma forma para obtener la ecuación del Singer se encuentra que Bmax=8000 Gauss ..asumiendo que A siga siendo 0.025, por que el resto de las constantes son invariables.

Luego, en este hilo tuyo mostrás muy bien como se calcula el trafo (y) pero siguiendo lo de arriba veo algunas cosas que me llaman la atención:
Vos elegís usar la constante en 1.2 por que no le vas a sacar mucha potencia --> bajo cuerda Bmax=9400 Gauss y la sección te dá 14cm2. Pero luego tomás Bmax=10000 por la calidad de las chapas (un 6% mas alto) y seguís los cálculos para la cantidad de espiras y le sumás un 9% más con lo que te quedan 800 espiras. Todo OK, pero si deshacés los números de atrás para adelante vas a ver que terminás con un Bmax=8850 Gauss :unsure: (un 12% menor) --> es casi lo mismo que haber considerado 1.5 en vez de 1.2, con lo cual Don Singer no está tan errado.

Visto esto y que voy a tener que precalcularlo yo (para reusar la chapa por que no tengo mas espacio), la pregunta es: por que el cálculo va y viene permanentemente con el valor de Bmax: que le agrego sección por el apilado (y), que le subo el Bmax por la chapa, que le bajo el Bmax por la cantidad de espiras ??? Digo, no está expresado así pero es lo que sucede en los números...

Pregunto por que desconozco las mañas del diseño de trafos y me parece que eligiendo un valor razonable de la Bmax (ponele 8500 o 9000) puedo calcular todo casi de corrido sin hacer tantas consideraciones (que insisto --> desconozco), sabiendo que se busca un trafo que regule razonablemente bien y no se hierva...por que vos le sumás el 6% por acá, le agregás el 9% por allá y eso lo sabés por tu experiencia, pero un neófito como yo debe tratar de evitar cosas en las que lo puedan guitarrear ;).:apreton:

Ya sé que luego habrá que ajustar en base a los carretes, tamaño de ventana, diámetro de cables y todas esas cosas, pero supongo que eso ya no debe cambiar significativamente los parámetros finales.

Se puede hacer lo que te digo??
Gracias!!

Quizás no hayan estado más calculados en función de la sección cuadrada del núcleo, pero puede que el bobinador haya llegado a una solución de compromiso, producto de que no le entraban los bobinados en la ventana de lam.125, si fuera así, podría haber optado por reducir el diámetro de los alambres, modificando la densidad de corriente A/mm2, pero no creo que haya hecho eso, porque vos te hubieras dado cuenta, y la otra opción es bajar el número de espiras del primario, y con ello el número de espiras del secundario, manteniendo siempre la relación de transformación, me inclino por esta última opción de lo que pudo haber ocurrido.-
En cuanto a la construcción de transformadores, la experiencia vale, en mi negocio, entre otras actividades, construimos y reparamos transformadores monofásicos, y trifásicos de hasta +- 30 kVA, ahora ya no lo hago, miro y si hace falta indico, en cuanto a los trafos chicos verás que lo sigo haciendo de hobby, pero por los finales de los años 70, tenía un taller de bobinados de trafos, con 2 bobinadoras automáticas para 10 carretes c/u, recuerdo que el último trabajo que realicé eran los bobinados para transformadores de poder para 5U4 (TV blanco, y negro).-
Por lo tanto a través de la experiencia, puedo indicar mentalmente +- hasta 1kVa, que sección, y cuantas espiras de primario, luego corrijo con las fórmulas.-



PD: Si puedes indicame las tensiones de los 2 secundarios, y la corriente máxima para cada uno de ellos, y fijate, si el primario y/o el secundario, o ambos, están bobinados a granel (random), o capa a capa, para los alambres tomaré una densidad de 2,5 A/mm2, con estos datos te indico si entran en la ventana de laminación 125.
 
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PD: Si puedes indicame las tensiones de los 2 secundarios, y la corriente máxima para cada uno de ellos, y fijate, si el primario y/o el secundario, o ambos, están bobinados a granel (random), o capa a capa, para los alambres tomaré una densidad de 2,5 A/mm2, con estos datos te indico si entran en la ventana de laminación 125.
Este trafo tiene dos secundarios cada uno con derivación, por que estaba prevista la posibilidad de disponer de una tensión mas alta...
La tensión de ambos secundarios es la misma y era de 19V (pero entrega 19.5). Esa es la derivación chica, el extremo de cada bobinado debería entregar 23V. Cada bobinado estaba "pensado" para entregar 4A con la derivación de 19V, que se quedaban un poco cortos con los de 23V pero como nunca iba a trabajar a máxima potencia... Entonces ponele 23V 4A por bobinado.

Quise pasarte el diámetro del alambre pero es imposible medirlo sin desarmar medio ampli y medio trafo. Comparando con la graduación de un calibre, el diametro del secundario es de 1mm y un poco más (1.2mm parece), y el primario es de mas o menos el 35% de eso. No tomés estas medidas como verdaderas...pero se acercan un poco...

Ahhhh....no se vé capa de separación aislante entre capa, pero los cables no parecen estar "desordenados" en cada capa.

Edito:
Buscando la lupa para mirar los bobinados encontré estos protectores térmicos de 70ºC (que quilom.. de cosas que tengo guardadas):

94-protectores-termicos.jpg

Tal vez se pueda lograr un poco mas de vida para los trafos....al menos hasta que junte la tutuca para los nuevos.
 
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23 V 4 A x 2 = 184 VA, tomando una densidad de 2,5A/mm2, el alambre esmaltado para el primario debiera ser de 0,65 mm de diámetro, y los secundarios de 1,40 mm de diámetro, con un primario de 574 espiras repartidas en 10 capas, y aisladas c/u con mylar de 0,05 mm, y los secundarios de 60 espiras cada uno repartidos en 2 capas cada uno, también aislados c/u con mylar de 0,05 mm , luego aisladas las tres bobinas unas de otras con mylar o presmyl de 0,20 mm, entra todo, justiniano, pero entra.- ( en los cálculos de ocupación, le dí 0,05 mm más de diámetro a los alambres por el espesor del esmalte).-
P.D.: El número de espiras del primario lo calculé en función de la sección neta de tu núcleo, y 10000 gauss.-
 
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Tiro la estimación mía:

3 A / mm2
10.000 Gauss

0,60 mm para primario
1,30 mm para secundario

553 vueltas primario, en 68 espiras por capa, 9 capas, espesor total primario de 6,31 mm (con préspan de 0,1 mm entre capas)
116 vueltas secundario, en 31 espiras por capa, 4 capas, espesor total secundario 5,91 mm (con préspan de 0,1 mm entre capas + 0,3 mm entre primario y secundario)

Altura total bobinado = 12,22 mm (espacio ventana 13 mm)

Las pérdidas variables estarían un poco por encima de 10,2 W a pleno. Las fijas... dependerá de la calidad de esas chapas.

Resistencia primario = 7,284 ohmios

Resistencia total secundario > 0,318 ohmios

La resistencia de referencia de 5,32 ohmios surge de emplear alambre para el primario de 0,7 mm de diámetro o AWG 21 (densidad 3 A / mm2). Llevaría 120,53 metros de cobre en el primario. 216 mm de recorrido medio por vuelta de primario.

Yo había estimado eso, de modo que arrojaba 120,53 metros / 0,216 metros = 558 vueltas, así que no andaba lejos.
 
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23 V 4 A x 2 = 184 VA, tomando una densidad de 2,5A/mm2, el alambre esmaltado para el primario debiera ser de 0,65 mm de diámetro, y los secundarios de 1,40 mm de diámetro, con un primario de 574 espiras repartidas en 10 capas, y aisladas c/u con mylar de 0,05 mm, y los secundarios de 60 espiras cada uno repartidos en 2 capas cada uno, también aislados c/u con mylar de 0,05 mm , luego aisladas las tres bobinas unas de otras con mylar o presmyl de 0,20 mm, entra todo, justiniano, pero entra.- ( en los cálculos de ocupación, le dí 0,05 mm más de diámetro a los alambres por el espesor del esmalte).-
P.D.: El número de espiras del primario lo calculé en función de la sección neta de tu núcleo, y 10000 gauss.-
Gracias Rorschach por tu aporte!!!! Me has calculado todo el trafo!!!! :aplauso::aplauso::aplauso::aplauso::aplauso::aplauso:(y)(y)

en vista que debes cambiar los puentes KBPC3510, que últimamente, entre truchos, y o mala calidad, fallan bastante, sugeriría una opción de colocar un disipador a cada uno de los 4 puentes, puede ser que los aletados, con todo ya hecho no entren, pero se puede hacer uno solo para los cuatro, con una planchuela de aluminio de 6 mm de espesor, y del largo tal cual como están montados, de esa manera también se uniforma la temperatura, y su disipación, yo lo he hecho, con buenos resultados :)
Sabés que probé meter la planchuela de aluminio que tengo (3mm) abajo de los puentes, pero los terminales de los puentes quedan muuuuuuuy cerca del blindaje electrostático de los trafos y uno toca. Esta muy justo el calce de todo y aunque puedo aislarlo queda medio peligroso.
Por suerte no calientan nada los puentes sujetos al chasis así que por ahora los voy a dejar así hasta que cambie los trafos y pueda apartarlos un poquito.

Gracias igual por la idea!! :apreton::apreton:
 
Para matar un poco el embole de los trafos decidí hacer una simulación equivalente eléctrica (como hice con los disipadores) para ver si podía predecir el comportamiento térmico del trafo, por que el análisis térmico que hace Singer no me sirve (claro...yo ya tengo el trafo hecho).

Así las cosas, recurrí al amigo LTSpice y adapté el modelo de los disipadores a este del trafo, que es muchísimo mas sencillo. Con algunas búsquedas de datos en la web y algunos cálculos fáciles llegué a este modelo:
circuito-termico-trafo.png
Cn es la capacidad calorífica del núcleo que yo tengo y Rth-na es la estimación de la resistencia térmica núcleo-aire (en las condiciones reales de mi amplificador) evaluada a partir de los ensayos que me pidió Rorschach.

Si esto está "bien" hecho se debería lograr que los resultados de la simulación se aproximen (bastante) a lo que yo obtuve en la práctica, y el primer resultado es este:
curva-simulacion-trafo-Io.png
Esta simulación refleja mi último ensayo, donde arranqué con 18ºC en el núcleo del trafo, la corrí para 10000 segundos --> son 2.8 horas (2hs 48m) que es un poco mas de lo yo estuve, y fíjense que el cambio de temperatura (curva verde) entra en régimen permanente sobre los 6000 segundos (1h 40m) y el 95% de la temperatura máxima se alcanza apenas pasada la primer hora. (y) (y)

Ahora con esto puedo evaluar lo que sucede con el trafo cuando el amplificador opera...como amplificador. Cuando haga mas pruebas les traigo los resultados.
 
Medir con tapa cerrada está medio difícil por que no tengo termocupla ni tester que la use, así que no puedo validar nada, pero la carga equivalente es lo que voy a hacer mas tarde o mañana. Primero debo evaluar como se comporta solo con la carga de los capacitores de la fuente, por que de esa forma puedo validar el modelo ya que sé que en 2hs llegó a 53ºC. Si sale OK, le meto carga, que es mas o menos fácil por que solo hay que "modular" la fuente de corriente Ppn...
 
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