Programa Para Cálculo de Transformadores de Áudio

[xformer]

Lamento, mas essas não são justificativas para que a curva de histerese mude de formato devido à frequência. Eu até entendi a questão da variação do fluxo com a frequência, mas isso não se aplicaria ao caso, onde todas as curvas que o Xformer mostrou têm a mesma excursão de fluxo. Com certeza, não foram "traçadas" usando o mesmo valor de tensão de pico.
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ou seja, para uma dada excursão de fluxo,o tamanho do ciclo de histerese não se altera com a frequência. Puxa, eu confiava no McLyman...

Na verdade ele jogou esse gráfico num dos capítulos e não deu muita explicação. Como achei interessante, coloquei aqui. Mas como não influi muito na determinação no Bs, fica de curiosidade mesmo. Aliás, Alexandre, não sei se no seu traçador é possível alterar a frequência, assim poderia ver se a curva de histerese aumenta a área ou não.
O livro do McLyman parece mais um databook de diversos núcleos de diferentes materiais. Acho que no JPL (Jet Propulsion Laboratory - o que manda e controla as sondas espaciais dos EUA) onde ele trabalhou deveria haver muita necessidade de fazer transformadores e indutores para os circuitos das sondas interplanetárias, do menor tamanho e mais eficientes possíveis. Portanto acho que precisavam testar todos tipos de núcleos.

Agora uma dúvida sobre as últimas curvas: o ponto de origem não é mais no centro da gratícula né ?  Eu suponho que seja no canto inferior esquerdo, no ponto (-4,-4). Assim o B do joelho ficaria mais ou menos em 0.8T ou 0.9T para os núcleos GO.

[A.Sim]

Márcio...eu estou vendo cinco divisões na vertical ( 10000 G ) por 3,5 divisões na horizontal ( 3,5 x 0,5 = 1,75 Ae/cm ) na curva GNO recozido...
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Aliás, Alexandre, não sei se no seu traçador é possível alterar a frequência, assim poderia ver se a curva de histerese aumenta a área ou não.

Agora uma dúvida sobre as últimas curvas: o ponto de origem não é mais no centro da gratícula né ?  Eu suponho que seja no canto inferior esquerdo, no ponto (-4,-4). Assim o B do joelho ficaria mais ou menos em 0.8T ou 0.9T para os núcleos GO.

Infelizmente a frequência é fixa, pois usa-se a tensão da rede para excitar o material. A origem das curvas é no -4, -4; acho que ficou bem claro nas imagens... colocando a origem no canto da tela, fiquei com mais área para traçar o gráfico estático.

Quem trabalha no JPL não pode se dar ao luxo de fazer um erro crasso desses. Acho que o McLyman é mestre do Wolpert.

[Electric Effects]

Em suma, o que me fez interpretar que a curva BH se alarga além das outras fórmulas que mencionei, é que dependendo da frequência de operação do núcleo, sua indutância magnetizante é diferente.
Digo isso pois tenho um medidor de indutância da Fluke que você tem que selecionar diferentes frequências de operação para medição da indutância, (100, 1k, 10k, 100kHz), dá diferenças no valor de L.
Quanto maior o valor da indutância Lm do núcleo, maior sua energia armazenada(alargamento da curva BH), as perdas do núcleo estão relacionadas ao resistor em paralelo a Lm e a fórmula mencionada pelo A.Sim

[A.Sim]

A energia armazenada em um indutor percorrido por corrente não tem nada a ver com o laço de histerese. Se houvesse tal relação, um indutor com núcleo de ar não armazenaria energia...

O laço de histerese tem relação com a energia necessária para se magnetizar uma amostra ferromagnética, e que resulta no que se poderia chamar de "energia armazenada" em um ímã, por exemplo.

[emanuelneto]

Me desculpem a pergunta besta, mas aonde eu encontro no datasheet de uma 6L6GC JJ a informação "Corrente Quiescente" para PushPull (AB 50W)??
https://www.jj-electronic.com/images/stories/product/power_tubes/pdf/6l6gc.pdf

[xformer]

Me desculpem a pergunta besta, mas aonde eu encontro no datasheet de uma 6L6GC JJ a informação "Corrente Quiescente" para PushPull (AB 50W)??
https://www.jj-electronic.com/images/stories/product/power_tubes/pdf/6l6gc.pdf

Nessa datasheet não tem um projeto mastigado de 50W para usar a válvula. Só tem para PP em classe A, e de 17.5W. A corrente de repouso seria Ia = 134mA e Ig2 = 11mA.
Para 50W você teria que traçar a reta de carga nos gráficos e descobrir um ponto de polarização adequado.  Ou buscar em outra datasheet mais completa (essa da JJ é muito chinfrim e porcaria) de outro fabricante e ver se acha alguma aplicação de PP e 50W.

[Electric Effects]

A energia armazenada em um indutor percorrido por corrente não tem nada a ver com o laço de histerese. Se houvesse tal relação, um indutor com núcleo de ar não armazenaria energia...

O laço de histerese tem relação com a energia necessária para se magnetizar uma amostra ferromagnética, e que resulta no que se poderia chamar de "energia armazenada" em um ímã, por exemplo.

A curva sob o laço tem a ver com as perdas no núcleo que varia com a frequência, como o Xformer elencou. Apesar de que a indutância varia ligeiramente com a frequência de operação

Referência: Fundamentals of Power Electronics, Robert Erickson
Realmente, a frequência não muda o formato da curva a não ser pelo aumento da área(perdas por corrente parasita) como no gráfico do Xformer.

Todavia, um indutor de ar armazena mais energia por ciclo do que um composto só de núcleo ferromagnético(isso para a mesma indutância). É justamente no GAP que essa energia é armazenada.
W = 0,5*Li²

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Aqui mais uma curiosidade, o que acontece quando é posto o gap no núcleo:

Spoiler (clique para mostrar ou esconder)

Agora, esse núcleo da imagem é de um indutor, sabe-se que com adição de GAP, o indutor consegue trabalhar com maiores correntes sem saturar.

O que me intrigou foi saber que em transformadores, a adição de GAP não tem influência alguma com a saturação do núcleo. Me levou a repensar o motivo que usam GAP em transformadores de saída SE.

Os fatores que alteram a saturação de um transformador é: tensão máxima aplicada, área transversal do núcleo e número de espiras.

fonte: Fundamentals of Power Electronics, Robert Erickson.

Aos experientes e construtores de transformadores, eu sou apenas um entusiasta buscando algumas informações, nem se quer montei um transformador na vida.  

[marcao_cfh]

Aos experientes e construtores de transformadores, eu sou apenas um entusiasta buscando algumas informações, nem se quer montei um transformador na vida.  

Ou seja, já passou da hora de mudar isso . Com o conhecimento que você possui, certamente sairá um bom transformador, melhor que os meus

[A.Sim]

Estava indo bem o colega, mas fez uma salada de conceitos bastante variada e saborosa.

a) Realmente, a frequência não muda o formato da curva a não ser pelo aumento da área(perdas por corrente parasita) como no gráfico do Xformer.

A curva de histerese não aumenta de área com a frequência. O que aumenta é a perda por corrente parasita. Como a corrente parasita se manifesta sobreposta à curva B-H ? Essa é uma boa pergunta;  o efeito é alargar a curva B-H para aumentar a perda por ciclo. Mas veja que estamos tendo dois efeitos simultâneos sendo mostrados no mesmo gráfico. A perda por corrente parasita cria uma parcela de corrente real, que se soma à corrente magnetizante, logo, NI/L aparente vai aumentar com a frequência. Visto no traçador, é como se a curva ficasse mais larga, mas isso é ilusório; a curva de histerese sozinha não muda de formato com a frequência, ou seja, descontando-se a parcela de perda por corrente parasita, a curva B-H mostrada no traçador não se altera com a frequência. Pelo menos, até certo limite.

Acima de certa frequência a curva B-H começa a se alterar. Há um efeito chamado de "efeito pelicular magnético" que muda o mu do material, devido ao efeito das correntes parasitas. Nas lâminas de FeSi comuns ( 0,5 mm espessura ) esse efeito passa a ser considerável a partir de cerca de 6,7 kHz. Quanto a isso, vamos aguardar a versão 2.0 do traçador B-H Schatz, com o qual se poderá estender a frequência de teste da amostra para além dos 60 Hz da rede.

b) Todavia, um indutor de ar armazena mais energia por ciclo do que um composto só de núcleo ferromagnético(isso para a mesma indutância). É justamente no GAP que essa energia é armazenada. W = 0,5*L*I²

Pois é, colega, dois indutores de mesma indutância, um com núcleo de ar e outro de ferro, armazenam a mesma energia quando percorridos por uma corrente de mesmo valor. É só ver a fórmula citada.

E se o indutor não tiver entreferro, onde a energia estará armazenada ??

c) Agora, esse núcleo da imagem é de um indutor, sabe-se que com adição de GAP, o indutor consegue trabalhar com maiores correntes sem saturar.O que me intrigou foi saber que em transformadores, a adição de GAP não tem influência alguma com a saturação do núcleo. Me levou a repensar o motivo que usam GAP em transformadores de saída SE. Os fatores que alteram a saturação de um transformador é: tensão máxima aplicada, área transversal do núcleo e número de espiras.

Uma coisa é uma coisa e outra coisa é outra coisa, mas as duas são a mesma coisa. Um transformador não é um indutor. Existem duas densidades de fluxo, uma AC e outra DC. Um transformador de força trabalha só com B_ac. O mesmo acontece com um transformador de saída PP. Um transformador de saída SE trabalha com B_ac e B_dc superpostos, o mesmo acontecendo com alguns indutores. A introdução de um entreferro em um transformador de força, alimentado com AC, provoca um aumento na corrente magnetizante justamente para manter o fluxo no núcleo constante, já que a força contra-eletromotriz induzida na bobina primária precisa continuar equilibrando a tensão primária, independentemente da relutância do núcleo. Esse mesmo entreferro, em um indutor sujeito à circulação da corrente contínua, é que vai aumentar a relutância do circuito magnético de forma a evitar que o núcleo sature. Em ambos os casos, é a manifestação do mesmo efeito em duas situações aparentemente distintas.

[xformer]

a) Realmente, a frequência não muda o formato da curva a não ser pelo aumento da área(perdas por corrente parasita) como no gráfico do Xformer.

O gráfico não é meu. É (está no) do livro citado.

Quanto a isso, vamos aguardar a versão 2.0 do traçador B-H Schatz, com o qual se poderá estender a frequência de teste da amostra para além dos 60 Hz da rede.

Se usar um gerador de áudio na entrada de um amplificador de potência e usar a saída deste como fonte AC, não serviria para usar no traçador ?

[A.Sim]

Quanto a isso, vamos aguardar a versão 2.0 do traçador B-H Schatz, com o qual se poderá estender a frequência de teste da amostra para além dos 60 Hz da rede.

Se usar um gerador de áudio na entrada de um amplificador de potência e usar a saída deste como fonte AC, não serviria para usar no traçador ?

Sim, poderia, mas será necessário refazer todo o circuito. O integrador, por exemplo, e os conversores, devem ser adaptados para funcionar em altas frequências. E a bobina de teste também, senão a tensão necessária para impor o fluxo magnético vai ficar muito alta.

O traçador usa 60 Hz porque é prático e porque a caracterização do núcleo só precisa ser feita em baixas frequências, onde a saturação do núcleo é importante. A densidade de fluxo num transformador de saída é tão baixa nas frequências mais altas que o efeito da histerese é negligível.

[xformer]

Na verdade eu pensei em variar a frequência do traçador pra  baixo de 60Hz, já que no programa se entra com a frequência mínima.   E no caso de transformadores de força para frequência de 50Hz comum em vários países.

[hgamal]

Pessoal, fiz algumas alterações no programa introduzindo tabelas de carretéis e lâminas. Ficou um pouco mais complexo, mas acho que pode ajudar.

Não dá mais para manter os programinha aqui, via "inline". Optei por colocar no github:

    https://github.com/hgamal/hm_calc_trans

O desafio de um programa para ficar bom vem de alguns esforços (podem ter outros, mas estes agora são os que me ocorrem):
    1 - dos programadores em produzir bons códigos;
    2 - do pessoal que testa e verifica os dados e saídas produzidas;
    3 - da velocidade em corrigir as coisas; e
    4 - da priorização das questões importantes.

Precisamos usar um pouco o programa e verificar sua usabilidade e a qualidade dos dados produzidos.

Isso pode demandar algum esforço. Se ele valer a pena para o pessoal, o projetinho vai para frente, se não, pelo menos foi uma boa brincadeira sobre o assunto.

Para rodar tem que ter python instalado. Eu uso linux e portanto usar python é uma coisa natural. Quem quiser contribuir e usa Windows, vai ter que instalar o python nete - eu não tenho a mais vaga ideia como isso funciona no windows, mas há pessoas caridosas aqui que vão ajudar com certeza.

Como a maioria das coisas que eu faço, este programa é livre. Pode ser usado e modificado por todos, sem nenhum problema ou onus.

Para aqueles que tiverem coragem e uma alma livre, peço que compartilhem com todos as modificações e correções que fizerem.

Aqueles que desejarem apenas lucro pessoal, não desejam compartilhar sua experiência e vejam nesse réles conjunto de linhas de código alguma serventia tem minha simpatia também.

No Linux para obter e rodar o código é assim:

Código:

[hgamal@ygamal ~]$ git clone https://github.com/hgamal/hm_calc_trans
[hgamal@ygamal ~]$ cd hm_calc_trans
[hgamal@ygamal hm_calc_trans]$ ./calc_trafo
Potência (watts) ? 5
Impedancia do primario (ohms) ? 5000
Impedancia do secundario (ohms) ? 8
Frequencia (Hz) ? 40
Transformador PP ou SE ? SE
Secçao minima do nucleo: 3.57cm2, perna central de 1.9 cm
0 : lider:2HS-190: leg=19.0 mm
1 : lider:4HS-190: leg=19.0 mm
2 : lider:4HS-200: leg=20.0 mm
selecione o laminado a ser usado, da lista acima: 1
Usando o laminado lider:4HS-190: leg=19.0 mm, Perna central = 1.9 (cm)
0 : model="sarlo:SP 14", type="STSR", leg=20.0 mm, stack=20.0 mm, thickness=2.0 mm
1 : model="sarlo:SP 15", type="STSR", leg=20.0 mm, stack=22.5 mm, thickness=2.0 mm
2 : model="sarlo:SP 16", type="STSR", leg=20.2 mm, stack=30.7 mm, thickness=2.0 mm
3 : model="sarlo:SP 38", type="PT", leg=20.0 mm, stack=22.0 mm, thickness=2.0 mm
4 : model="sarlo:SP 39", type="PT", leg=20.0 mm, stack=30.8 mm, thickness=2.0 mm
5 : model="sarlo:SP 45", type="PTCD", leg=20.2 mm, stack=22.2 mm, thickness=2.0 mm
6 : model="santarita:#16", type="SR", leg=19.9 mm, stack=19.8 mm, thickness=2.0 mm
7 : model="santarita:#17", type="CR", leg=20.0 mm, stack=22.7 mm, thickness=2.0 mm
8 : model="santarita:#18", type="PT", leg=20.0 mm, stack=22.3 mm, thickness=2.0 mm
9 : model="santarita:#19", type="CR", leg=20.1 mm, stack=22.3 mm, thickness=2.0 mm
10 : model="santarita:#20", type="CRCD", leg=20.1 mm, stack=22.3 mm, thickness=2.0 mm
selecione o carretel a ser usado, da lista acima: 0
Usando o carretel model="sarlo:SP 14", type="STSR", leg=20.0 mm, stack=20.0 mm, thickness=2.0 mm, Empilhamento = 2.0 (cm)
*** Resultados ***
Secção usada 1.9cm x 2.0 cm = 3.8cm2
  Lamina: lider:4HS-190: leg=19.0 mm
  Carretel: model="sarlo:SP 14", type="STSR", leg=20.0 mm, stack=20.0 mm, thickness=2.0 mm
Tensao primario:158.1V @ 0.055A
Tensao secundário:6.3V @ 0.791A
Espiras primario:5154 fio AWG 34
Espiras secundario:206 fio AWG 22
Gap: 0.29 mm na perna central e laterais

[xformer]

Para rodar tem que ter python instalado. Eu uso linux e portanto usar python é uma coisa natural. Quem quiser contribuir e usa Windows, vai ter que instalar o python nete - eu não tenho a mais vaga ideia como isso funciona no windows, mas há pessoas caridosas aqui que vão ajudar com certeza.
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Para aqueles que tiverem coragem e uma alma livre, peço que compartilhem com todos as modificações e correções que fizerem.

Para Windows, basta entrar no site www.python.org e baixar o arquivo de instalação. A última versão é a 3.8.2.    Também há para Mac OS.
Para rodar o programa, basta abrir a IDLE do Python e no Shell abrir o arquivo com o código (calc_trafo.py) vai aparecer o editor com a listagem do programa. Para rodar basta apertar F5.  Claro que agora precisa ter os arquivos auxiliares criados pelo Haroldo na mesma pasta.  A partir da IDLE é possível ainda apenas copiar a última listagem que está neste tópico e colar  na área de edição (new file) da IDLE e apertar F5.

Quem utiliza a IDE do Arduino no Windows e instalou alguma placa diferente (por exemplo para rodar e programar placas com o microcontrolador ESP8266, como a Wemos D1 ou Nodemcu), o Python é instalado automaticamente no Windows, porque a IDE precisa dele.

Quem tem o Raspberry Pi e instalou o sistema operacional Raspbian (que é uma distribuição do Linux), o Python vem instalado "de fábrica" (e nas versões 2 e 3).  Para rodar eu usaria o Thonny (IDE) e abriria o programa a partir dele. Não adianta ter o Raspberry Pi só com o Retropie instalado (emulador de videogames, que é a maioria dos Raspberries que são vendidos por aí). Apesar de que é possível instalar o Python também, pois o background é Linux.

Pra quem for se aventurar e melhorar o programa e nunca usou Python, apesar de ser uma linguagem fácil e com muitos recursos, ela é muito rígida na sintaxe e precisa de muita atenção na digitação. Uma letra maiúscula no lugar de minúscula, um espaço a mais ou a menos no indentamento, um parenteses faltante, um ':" faltante, etc  e o programa dá erro.  Pra quem é desleixado e desatento, pode esquecer, porque vai perder tempo.

Spoiler (clique para mostrar ou esconder)

[A.Sim]

Poxa! Comparados com os gráficos da Soma, que já apresentavam um resultado pouco animador, esse gráfico dos seus ensaios é mais espantoso ainda. parece que no final o livro antigo do Francisco Singer estava mais correto do que muitos autores de agora.

Márcio, a curva em vermelho para GNO recozido é dispensável, já que a que está em azul é mais precisa. As duas fotos foram tiradas da mesma curva, só que com resoluções de H diferentes.