再谈电源变压器铁芯，这次一下说清算了。

zheng1 · 发表于 2009-2-28 17:18

再谈电源变压器铁芯

最近，收到了本坛幸福MO兲鯩兄弟发过来的几个铁芯，做测试验证一些想法。
测试验证两个部分：1.不同外观尺寸对性能和设计参数的影响。
2：不同片厚对性能和设计参数的影响。

      先来第一步，不同外观尺寸的铁芯，里面正好有2只相同材质，相同厚度硅钢片的铁芯，都是0.23进口整带铁芯，一个是标准宽高，高5.5叠厚3.5，另外一个是矮个子扁铁芯，高5叠厚5，当然，功率也不一样，第一个800VA，第二个1200VA。
         看材质，无论是材料还是厚度还是卷绕工艺都很不错，铁芯内外圈倒角以后就开始绕初级，800W牛用导线长度82米，因为小洞眼只有6.5CM，综合磁通取值稍微小了点，取1.25.铁芯截面积抛掉占空隙数20平方，初级绕制435砸。1200W牛用导线长度90米，综合磁通只取到1.1左右，铁芯截面积抛掉占空系数23平方，初级绕制也是435匝。
         通电以后量两头牛的空载电流，发现了一个奇怪的现象，800W牛在235V下空载电流20MA左右，而1200W的居然有45MA！这样下来，差距就比较明显了。按道理来说1200W的应该用导线长度比800W的短很多，而空载电流不变。实际上正好相反，用导线长度长出很多性能还不如800W的。这个结果就颠覆了我们的正常计算理论。一般来说，功率越大用导线越短而性能相对平衡不变。
         当然，两头牛在235V下都没有哼声，很安静，后来1200W的牛又多加了30圈在初级，空载电流只降到40MA左右，这时候1200W的初级圈数已经达到了470圈左右，看来效果不大，加绕的这30圈没有太大意义，正常情况下加绕30圈空载电流应该降到25MA上下，看来这个圈数已经满足铁芯的需求了。再多加只会徒增内阻，而且，1200W铁芯用的导线是1.5MM的，比800W1.25MM粗的多！用粗线本身就比细线电感量大。综合考虑下来，两者在空载的时候性能相差一倍有余！
         但是两个铁芯的材质和卷绕工艺是完全一样的，只好把注意力放在外观尺寸上了，扁牛因为磁路超长，长度是高牛的3倍，铁芯的磁阻和磁漏问题就比较突出了，长度长，磁阻大，同时因为卷绕层数多，占空体积也大，同时上下断面面积也大，漏磁也多。环牛铁芯径向是整个一条，但是横向两边就是切割面了，这里也是磁漏最严重的地方。
         根据这个现象，很多人喜欢高个子小洞眼牛就不是没有道理的了，矮牛省铁废铜效率还不高，唯一好处就是磁力线接近于正圆形，而不是高牛的椭圆形。
         再从声音角度来分析一下两头牛的不同，矮牛因为磁路长，磁阻大，磁漏多，对于抑制高频杂波有着更好的效果，能把大部分高频杂波过滤掉转换成热量，而对50HZ的低频影响不大，同时因为矮牛用导线长度大，电感量大，储能也比高牛好，释放磁能的速度比高牛要时间长一些。反映到声音上就是低频供应充足，低频量感也多，低频泛音丰富。但是高频就相对稍差。声音取向更接近于E牛。也就是人们常说的温暖厚重。
         而高牛因为磁路短，节省材料，转换效率高，释放速度快，对于高频很有帮助，同时低频的速度和力度也上来了，声音通透一些，但是量感稍差。
         再来说第二个，片子厚薄对参数的影响，现在常用的片厚大约有几种规格：0.5/0.35/0.3/0.25/0.23/0.18。对于电源变压器来说，最常用的有0.5/0.35/0.3/0.25几种。个人认为，整带条件下，0.35最适合用作电源变压器，厚度的区别就在于铁芯有磁涡流现象，增加损耗同时发热，这点来说是缺点，但是任何缺点或者优点要看如何使用了，这个很重要，比如利用磁涡流现象制成电磁炉或者电磁灶，这个就是典型的缺点变优点的使用方法。
         在电源变压器上，如何利用这个缺点并把它控制在一个程度就是一门学问了。一般情况下，大部分人喜欢薄片整带，认为导磁系数好，损耗低，这个确实是优点。但是因为片薄，卷绕层数多，占空系数大，磁路长就不一定是优点了。同时因为涡流系数小，对高频杂波的过滤能力也就差一些。直接耦合到次级，就算经过整流滤波，有些高频杂波还是很难消除，穿入喇叭就不是我们所喜欢的了。所以，针对不同频率的变压器，工程师们经过综合考虑，取一个恰当的值，巧妙的利用磁涡流这种现象。既要对50HA频率影响不大，还要滤除一些不必要的频率。所以，0.3-0.35片厚的铁芯在电源变压器上应用最广泛。而隔离牛用的更多的是0.5的片子，这个也是因为他的功能而定，隔离牛最重要的功能就是隔离杂波干扰，铁芯吸收的杂波越多越好，损耗系数等参数反而是次要得了，用厚片产生更多的涡流来吸收杂波，但是也不能用过于厚的片子，不能对50HZ正常电能造成太大影响。这样，0.5的片厚也算恰当选择。
         我自己在绕牛的时候发现一种现象，就是我花费大价钱买回来的高矽薄片整带铁芯，无论怎么设计，总是不能达到理想的表现，反而是薄片断带铁芯或者厚片整带能达到很好的效果。为这个郁闷了很久，其实在选铁芯的时候，某些参数已经确定了，后期的绕法只是一种补偿措施。断带薄片其实性能更接近于厚片整带。所以，绕出来的效果是差不多的。都是声底纯净中低频突出，高频延伸稍差，声音稍慢一些。
而薄片高矽整带高频延伸不错，分析力也高一些，速度和力度不错。中频有些冷硬。如何选取，就要看电路结构了，电路高频差的用薄片整带，高频过亮的用厚片或者薄片断带。
         根据我绕牛给朋友们用，反馈回来的信息也验证了这一点。
当然，根据不同的绕法来补偿这些缺陷也可以，但是就有很多限制了。比如：薄片整带铁芯要想有很好的中低频，初级就不能用太粗的线，同时初级匝数也要适度增加，通过增加初级阻抗和电感量来实现。
同理，厚片要想有很好的高频，初级就考虑用粗线同时适当减少匝数来降低阻抗。
   也就是0.35的铁芯用粗线，同时空载电流不再人为减小，0.23的铁芯800W我绕了435圈，235V下空载电流都没有高于20MA。根据实验结果来说，这几个铁芯质量相当的不错！虽然是进口拆机铁芯。但是性能丝毫没有受到影响。
            在这里，我要再次感谢本坛幸福MO兲鯩，发过来4种规格的铁芯，让我能最终做完这个实验。
图片晚上补，因为照相机还放在工作室忘记拿回来了。因为编辑二楼帖子，实在没有心情在编辑图片了，完后再说吧

zheng1 · 发表于 2009-2-28 17:21

算了干脆在这里一次说清算了。本来不想说太多的。
如果换一个角度来理解，牛通过的电流和喇叭通过的电流是联动的，这样就比较好有想象空间了吧？
   再说的直白点，喇叭里面传出来的声音是牛推出来的！不是管子推出来的，管子充其量就是一个开关而已，好坏也就在一个开关速度和阻抗上。所以，喇叭里面的声音是牛的声音，不是管子的声音。
   假设喇叭需要发出20KHZ的声音，每秒钟就需要向电源部分取电20000次！而这个时侯那部分给喇叭供电？指望电容能达到这样的放电速度显然是不可靠的，因为管子截止的时候，电路里面的电流是处于一种均衡状态，也就是说不流动状态。而管子开启取电就打破了这种均衡，如果得不到快速补充，电压就会很快掉到没有，很显然这种情况是不会出现的，这个时侯靠谁来补充电能？电容因为充放电速度和电流不可能完全满足要求，而且电容本身也需要向牛取电，这个时侯牛的转换速度就很重要了，而牛的频率只有50HZ，这个频率下二极管每开启一次，喇叭就要从牛取电400次，截止400次。相当于次级在一个时钟周期内从铁芯取磁400次！如此快速的取电，牛的内阻和电感量还有转换效率就直接影响到喇叭的响应速度，如果这个时侯供应不上，喇叭取不到电，就发不出声音，取到的电不够用，喇叭的震动幅度不够，相当于变相的衰减了高音和丢失了一些细节，分析力也就上不来了。或者牛的转换速度不够，稍微滞后一些才能提供足够的电能，反映在喇叭上就是声音稍微滞后一些，也就是人们常说的慢一些。牛本身不具备多大的储能能力，转换效率就很重要了，更确切地说是转换速率。这个和功率大小并不是完全的关系。而是因为大功率牛用更粗的导线阻抗很低，能在单位时间内通过更大的电流，有更大的铁芯体积电感量更大，能进行更大容量和更高效率的电磁转换，恢复速度更快而已。这个时侯，牛初级内阻，最大电流通过能力，铁芯的导磁能力，铁损，次级的取电能力，直接影响到喇叭里面传出来的声音。所以，小内阻和低损耗牛的高频响应速度更快，声音丢失更少。就算用小功率牛如果设计得当的话，也完全可以做到。对高频来说，转换速度和内阻还有损耗影响更大。
   再来说中低频，在其他参数不变的情况下，电感量的增加意味着次级有更大的取磁面积，单位时间内转换过来更多的电能，在低频率长时间大电流取电的情况下，多出来的取磁面积就很重要了，它能让次级提供更多一些的电能，如果初级供应充足的情况下，更不容易因为电流不足而电压下降。反映到声音上，就是低频量感增加了，实际上是电流数量增加了。而电感量的增加是需要初级绕更多圈数，次级才能增加圈数而输出电压不变，这样就带来了一些负面效应，导线长度增加阻抗也增加了，而阻抗的增加使得更多的电能消耗掉转化成热能，对于高频快速取电形成了一个迟滞作用。影响到高频的响应速度。而铁芯的涡流现象也加剧了这个作用。或者用频率丢失这个词更恰当？
现在，大约可以总结一下。如果在铁芯不变的情况下，增加绕组匝数，能提供更大的电感量和更充沛的电能，这是好处，但是增加了内阻这是坏处。在绕组不变的情况下，薄片铁芯有着更少的磁涡流，更低的损耗，能通过更高的频率。但是占空隙数大，磁路也长。很多人追求低内阻，以获得更好的高频响应，追求大电感量，以获得更多的电流来增加低频量感。
   喇叭电流或者电压忽大忽小乎开乎关，振膜才能产生不同的震动，才能发出声音。而这时候流过牛次级的电流也是随着喇叭取电的频率变化，取一下补充一下，亦步亦趋。被动的变化取磁频率，而初级还是不紧不慢的按照50HZ频率供电。这样，牛本身内部的参数就很突出了，他决定了供电能力的好坏，直接影响到喇叭的频响。
当然，还有电容和整流二极管对供电的影响，电容放电的速度和二极管开关的速度只能起到辅助牛的作用，而不能完全替代，因为牛的供电最直接，内阻一般比电容小，大电流通过能力也比电容大和快速，就算最差的说，牛给电容做辅助，对声音也一样有影响。
   我绕牛喜欢用粗线同时多绕圈数也是因为这个原因，粗线能通过更大的电流，有更小的电阻，多绕圈数能给次级提供更大的取磁面积。
再来说阻抗问题，直流电阻，容抗，感抗对电流的通过能力都有影响，而电流又会造成电压摆动，这些对声音的影响我就不多说了，延伸到线材等上也一样有效。很多人认为玄学是因为还没有想明白。电磁，震动，阻抗都对声音有影响，所以，很多玄学不难理解，不过我就不在这里多说了。
也可能我的表达方式不够贴切，但是我无法组织起来更恰当的语言来表达我的理解，因为这是一个动态过程，而且是同时完成的动态过程，很难用语言表达明确，可能用一些动画或者图形方式来看更直观。可惜我没有这个能力。

把部分回帖也粘过来吧：
1：我弱化电容的作用是为了说明问题，其实道理一样，电压不要掉到零位，只要掉几V声音变化就很明显了。肥牛瘦电容，瘦牛肥电容其实也是对这种现象的一种补偿办法。主要是体现在快速补充这部分，就算电容取电，牛还没有来得及给电容充足电，下一轮密集高频率的取电又来了，这个时侯电容供电就不足了，如果一轮连着一轮不停的这样取，根本不给电容充电恢复的机会。就只有靠牛了。
2.老大应该配一个有功功率表或功率因数表，会有更惊奇的发现----电流大功耗不一定大。我买的二手日置的才不到200元。

至于磁滞回线设备我也没有看见过。
是这样！所以我才说，45MA已经满足这个1200W铁芯的需求了，同时在235V下没有叫声。励磁电流。而且，并不见得这个牛就不好！呵呵！这点上咱们还是观点一样的。空载电流只是某些参数的一个参考，并不能代表全部，这个我在这里也声明一下，以免误导。

3.空载电流和绕组于铁芯之间的间隙还有关系，间隙大空载电流也大。其实这两个铁芯差距不大的，但是我人为的增加了这个差距是为了更明显的对比。1200W铁芯有原装的胶木垫我没有拆掉，拆掉后空载电流就小很多，所以我才说45MA已经满足这个铁芯的需求了。因为匝数已经很不少了。

4.我觉得，频率和电流是两个不同的概念，我们一般说的电流是以直流为标准的，交流电流的计算方法就不一定适合套用进来，前一段时间争论的全桥和单只二极管谁能通过更大的电流其实和这个有关系。400HZ频率和50HZ频率在相同外部条件的情况下通过的电流是不一样的。我就怕这一点说不明白，反复说了很多废话，结果还是造成误解，楼主说的高频小电流和低频大电流是假设在一种情况下的，就是直流状态下，或者相同频率的状态下，可以理解为高频小电流，低频大电流。物力定律里面有一个用功不变的说法，就是把一公斤重量的100个物体移动一米和把一个100公斤重量的物体移动一米，总用功是一样的。那么，反过来想，假设20KHZ高频小电流，每个频率周期流过的电流是50HZ低频电流的千分之一，高频每秒取电2万次，低频每秒取电50次，就算在理想的直流供电情况下，2万/一千/50=2.5倍。最终高频用电下来也和低频差不多了！小电流说法从那里来，之所以大多数人这么认为、这么说，是因为音响是动态的，低频用的次数可能比高频更多一些罢了。造成一种假象，低频比高频更费电，但是忽略了一个时间参数。如果高频闲置的时候比低频多，那么看起来好像是低频更费电，如果两者的频率是恒定不变的，那个更费电还很难说呢。这个实验做起来不复杂，一个示波器加一个电桥或者电流表接在模拟电路上就能分析出来。
也就是说，在单位时间内，快速取电或者大流量取电的时候，牛的参数对电路性能的影响。
8楼说的是大科学，本身没有错误，但是每个基本理论下都有很多延伸的小学科。太极生两仪。两仪生四相，四相生八卦，八八六十四卦生万物。万物皆有不同属性。虽然万物都是原子构成的，但是万物并不相同。有兴趣的话，老兄可以做几个实验看看听感上有什么不同。

5.说到电容，我再来简单说两句，比如电解：锡膜的表面积决定电容的容量，绝缘纸的材质和厚度决定了电容的耐压，锡膜的厚度决定了电流的大小，卷绕的层数决定了电容的阻抗和放电速度，电解液的配方和上面所有性能有关联。
很多人喜欢高个子电容就是因为，卷绕层数少，锡膜带宽度宽，相当于用粗导线，能通过更大的电流有更快的放电速度。
电解锡膜或者铝膜需要腐蚀工艺，腐蚀成玉米杆内部一样的结构，密密麻麻小孔洞，一个是增加表面积来实现更大容量，一个是方便电解液流动。厚度和卷绕层数是相关联的，大电流剧烈放电就要看这两个参数。
电解液的浓度和工作温度有关系，在音响上，我喜欢用85°电解。

6.再补充一点，初级圈数和空载电流一样不是可以无限制的增加或减少，要取一个恰当的值最好，太多太少都不好。

7.呵呵！其实电流和电压是相辅相成的，无负载时候电压最高，随着负载的变化，电压也在变化，如果能做出一个不管接多大负载，电压都不变化的牛，那么，牛对声音就没有影响了。而牛的阻抗，效率，损耗系数都对最大电流有影响，喇叭需要大电流的时候，因为这些原因的存在，钳制了电流的通过能力，造成电压下降，声音也就受到影响了。

烧猫 · 发表于 2009-2-28 17:23

测一下磁通

zheng1 · 发表于 2009-2-28 17:30

回楼下兄弟们的看法：
我觉得，频率和电流是两个不同的概念，我们一般说的电流是以直流为标准的，交流电流的计算方法就不一定适合套用进来，前一段时间争论的全桥和单只二极管谁能通过更大的电流其实和这个有关系。400HZ频率和50HZ频率在相同外部条件的情况下通过的电流是不一样的。我就怕这一点说不明白，反复说了很多废话，结果还是造成误解，楼主说的高频小电流和低频大电流是假设在一种情况下的，就是直流状态下，或者相同频率的状态下，可以理解为高频小电流，低频大电流。物力定律里面有一个用功不变的说法，就是把一公斤重量的100个物体移动一米和把一个100公斤重量的物体移动一米，总用功是一样的。那么，反过来想，假设20KHZ高频小电流，每个频率周期流过的电流是50HZ低频电流的千分之一，高频每秒取电2万次，低频每秒取电50次，就算在理想的直流供电情况下，2万/一千/50=2.5倍。最终高频用电下来也和低频差不多了！小电流说法从那里来，之所以大多数人这么认为、这么说，是因为音响是动态的，低频用的次数可能比高频更多一些罢了。造成一种假象，低频比高频更费电，但是忽略了一个时间参数。如果高频闲置的时候比低频多，那么看起来好像是低频更费电，如果两者的频率是恒定不变的，那个更费电还很难说呢。这个实验做起来不复杂，一个示波器加一个电桥或者电流表接在模拟电路上就能分析出来。
也就是说，在单位时间内，快速取电或者大流量取电的时候，牛的参数对电路性能的影响。
8楼说的是大科学，本身没有错误，但是每个基本理论下都有很多延伸的小学科。太极生两仪。两仪生四相，四相生八卦，八八六十四卦生万物。万物皆有不同属性。虽然万物都是原子构成的，但是万物并不相同。有兴趣的话，老兄可以做几个实验看看听感上有什么不同。

杰哥哥 · 发表于 2009-2-28 17:37

原帖由 zheng1 于 2009-2-28 17:30 发表
你送我一个设备怎么样？

他最多只能送你一个精神上的支持

流泪的背影 · 发表于 2009-2-28 17:39

进来学习下再灌水!!!!!

上上签 · 发表于 2009-2-28 17:51

进来学习

stillstone · 发表于 2009-2-28 17:55

还是测磁滞回线来最直接。
另外高频滤波不是要高频磁导率高
才起作用么，硅钢在高频（指MHZ）磁导率很低
应该没什么作用吧，用铁氧体磁心电感才能起到
高频滤波作用吧？高频杂波应该是视硅钢铁芯等同空气才对
因为硅钢铁芯根本来不及反应。
另外不太明白电源牛和高低频听感的关系
电源牛不是通过的是 50HZ交流电么，怎么和高低频信号发生关联啊？

wb136 · 发表于 2009-2-28 18:02

老郑又开课了，进来学习学习。

zheng1 · 发表于 2009-2-28 18:09

8楼说的是大科学，本身没有错误，但是每个基本理论下都有很多延伸的小学科。太极生两仪。两仪生四相，四相生八卦，八八六十四卦生万物。万物皆有不同属性。虽然万物都是原子构成的，但是万物并不相同。有兴趣的话，老兄可以做几个实验看看听感上有什么不同。
这个现象，如果再说下去也不是不可以，但是没必要。就算弄明白了也不会改变什么，因为原本属性还是没有改变。同时，如果要用科学的根据完全能把所有人说服，是要付出很大代价的。而我并不享受ZF的拨款，所以。。。。。。。。。