Les noyaux magnétiques et bobinages

[Julien]

Salut,

Je profite des vacances pour réfléchir à de futurs bricolages et en regardant des sujets sur le net, je m'aperçois que je n'ai pas les idées très claires sur le sujet des transfo et self parmi la très grande variété de ce qui est disponible aujourd'hui sur le marché...

J'aimerais avoir des avis, si possible "techniquement fiable" sur la nature des noyaux et des bobinages pour réaliser des transfos et selfs audio d'excellentes qualité

Pour le moment, je ne m'intéresse pas au prix (!!) ni au marketing audiophile souvent un peu "foireux" sur ce type de sujet technique...

Noyaux:
Il existe plusieurs matériaux
- tôles au silicium classiques de différentes épaisseurs.
- noyaux amorphes
- noyaux metglass ou nanocristallins
- noyaux permalloy / mumétal divers selon le taux de nickel

Quels sont les principales caractéristiques comparatives de ces matériaux pour un usage "audio"?
Y a t-il un intérêt à en retenir l'un plutôt que les autres pour des selfs de filtrage basse tension et fort courant....
On voit souvent du permalloy pour des petits transfo "signal" sans DC, mais rarement pour des "gros bazars".
L'amorphe a l'air intéressant mais dans quelles limites ?
Quel est l'intérêt de tenter de réduire au minimum l'épaisseur des tôles des noyaux en silicium classique?

Bobinage:
Le classique c'est le cuivre monobrin de section adaptée, sans parler de l'argent maintenant assez courant mais sur lequel j'ai toujours un peu de suspicion...

Y a-t-il un intérêt à retenir des bobinages en fil de Litz par exemple qui diminue les effets de peau sur des sections assez importantes et est censé limiter les courants de Foucault?

Les spécialistes du bobinage ici bas pourraient-ils me donner leurs avis éclairés sur ces sujets assez généraux.
Je cherche à définir les caractéristiques principales de selfs de quelques Henry et quelques ampères DC (typiquement 1-2H et 2-3A DC) présentant mes meilleurs performances possibles...

Merci d'avance pour vos avis.

Julien

[Yves]

Je peux déjà te donner mon avis sur l'utilité du fil de Litz:

A 100Khz, 90 % des électrons pénètrent d'environ 0,5 mm dans un conducteur cylindrique.
J'en conclu qu'un fil de diamètre inférieur à 1mm est parfaitement satisfaisant.

Pour un transfo interétage, on n'arrive (presque) jamais à un tel diamètre.
Pour un transfo de sortie, on a (presque) toujours des enroulements en parallèle pour cause de fractionnement/sandwich.
Et si nécessaire, reste la solution du bifilaire (deux fils en main).

Néanmoins, un phénomène semblable tend à concentrer le courant dans une partie d'un enroulement épais.

Ici un papier de TI concernant des transfos pour alims à découpage d'où je tire ces infos:
http://www.dissident-audio.com/OPT_da/slup125.pdf

Yves.

[Yves]

... suite ...

Pour le calcul des selfs de filtrage, j'emploie ça:
http://www.dissident-audio.com/Pst/Paper...r_V02.html

Ca tourne avec IE ou FireFox ... au moins !
Optimise l'entrefer et la section du fil pour obtenir les specs souhaitées sur une taille et une qualité de noyau spécifié en respectant l'induction maxi acceptable.
Si ça peut t'aider . . .

[Grand_Floyd]

L'intérêt des matériaux amorphes est dans leur faible hystérésis!C'est intéressant pour les utilisations en alternatif (PUSH PULL),ou le champ s'inverse à chaque alternance!Ça permet de réduire la distorsion!Ça l'est moins pour les utilisations avec composante à courant continu comme les SE puisque qu'il n'y a jamais d'inversion du champ magnétique.On ne subit donc jamais les effets dûs à l'hystérésis!

Pour rappel :
Cycle d'hystérésis
Lorsqu'un barreau de matériau magnétique est placé à l'intérieur d'une bobine, l'induction B n'est pas proportionnelle à l'excitation magnétique (champ) H. Si l'on part d'un barreau non aimanté la courbe de première aimantation ressemble à la courbe OAS en bleu sur la figure ci-jointe. En A commence la saturation : si le champ augmente l'induction B n'augmente plus que très faiblement.
Si le champ diminue jusqu'à s'annuler, l'induction est conservée en partie : le barreau est aimanté. Pour H= 0 il reste une induction rémanente +Br. Pour annuler cette induction il est nécessaire d'inverser le champ magnétique jusqu'à la valeur -Hc appelé champ "coercitif".
Si l'on diminue H jusqu'à la valeur -Hs, d'intensité égale à Hs puis que l'on ramène H à zéro l'induction B dans le barreau reste à -Br.
Les pertes par hystérésis sont proportionnelle à la surface grisée sur la figure, elles dépendent du matériau utilisé. Les aimants permanents artificiels sont réalisés avec des matériaux à fort champ coercitif.

Source : http://f5zv.pagesperso-orange.fr/RADIO/R...23B10.html

[GG14]

Bonjour,

J'ai 2 amplis à tubes : PP de 300B schéma MAHE et un SE de 2A3, chacun équipé de transfos à noyau amorphe (respectivement fait par AEE et LUNDHAL).
J'étais dubitatif sur le SE car effectivement un noyau standard aurait pu convenir. J'ai pu écouter un SE de 845 équipé de LUNDHAL standard qui m'a laissé un peu sur ma faim sur le haut du spectre, étant habitué au PP ci-dessus.
Quelques discussions avec C.BUBENDORF m'ont convaincu de continuer l'amorphe, ce que je n'ai pas regretté.
Pour avoir comparé à l'écoute le SE avec du transistor, le premier se comporte comme si le transfo était inexistant mais j'alimente une chambre de compression à partir de 300Hz. Donc aucune sollicitation dans le grave qui lui pourrait poser problème.
Si on dit haut du spectre, qui prend de l'importance : le noyau ou le couplage des enroulements?
Une donnée peut être superflue : le transfo LUNDHAL "ne pèse" que 2.5 kgs.

[Charles Fortin]

Bonjour a vous tous. Julien, je vais essayer de te repondre le mieux possible. Tout d'abord, le type d'acier utilise le plus couramment pour le noyaux des transfo en tout-genre est l'acier M4, environ 10 a 15 milliemes d'epaisseur. Comme plusieurs s'en doutent, la presque totalite de l'acier pour noyaux contient du silicium, du nickel et un peu permaloy mais la recette peut varier selon les besoins du manufacturier. Les noyaux contenant un pourcentage de permaloy plus eleve, seront en mesure de monter plus haut en frequence que les noyaux standard mais le prix peut en decourager plusieurs. L'acier M4 fera merveille avec un filtrage en pi d'une alimentation lineaire ordinaire 50Hz, pour celles a decoupage, on devra employer de la ferrite ou noyaux du meme type. Depuis 1997 on commence a utilise de l'acier amorphe dans la fabrication des noyaux des transformateurs de distribution et on obtient une réduction de 80% des pertes à vide (de fer), plus cher que l'acier M4 mais vue-qu'on peut utiliser des toles d'amorphe plus epaisses que celles d'M4, on peut reduire l'ecart de prix, mais je ne connais pas le pourcentage reel. Plus les toles sont minces, plus on reduit les courants de Foucault, les pertes a vide etc.., c'est vrai pour tout les types d'acier employes dans la fabrication de n'importe-quels transfos, j'en ai fait l'experience. Plus les selfs sont grosses, meilleur sera le rendement, c'est comme les gros transfos, c'est plus facile d'atteindre un rendement de l'ordre de 95 a 99% mais elles sont cheres et lourdes. Le bobinage avec du fil litz concerne seulement l'effet de peau a haute-frequence mais n'a aucun effet sur les pertes a vide, par-contre, a haute-frequence, on peut reduire les pertes de cuivre en diminuant la taille du bobinage et par le fait-meme, la taille du transfo sans trop sacrifier le rendement. Je m'arrete la. Bien a vous. Charles.

[Yves]

Je ne vois pas tout à fait les choses comme ça !

Il y a deux sources de "pertes fer":
- celles dues à la non linéarité magnétique du matériau.
- celles dues aux courants de Foucault (Eddy currents).
Les premières sont liées à l'induction et augmentent avec elle.

L'induction (qui s'exprime en Tesla) est :
- proportionnelle à la tension alternative par spire
- inversement proportionnelle à la fréquence (tend vers l'infini pour F = 0 )
- inversement proportionnelle à la section du noyau
- indépendante des propriétés magnétiques du dit noyau (si si !)

Les courants de Foucault circulent dans les tôles parce qu'elles sont électriquement conductrices, elles recueillent une tension et se comportent comme des spires en court circuit.
Les tôles fines "captent" moins de flux et produisent donc moins de courant donc moins de pertes.
L'alliage utilisé est plus ou moins bon conducteur: un mauvais conducteur est favorable parce qu'il y circulera moins de courant.
Comme tous les phénomènes électromagnétiques sont réversibles, les tension recueillies dépendent de l'induction qui elle même . . .

L'inductance (qui s'exprime en Henry) est:
- proportionnelle au produit de la perméabilité par le carré du nombre de spires.
- la perméabilité dépend de l'induction qui elle même . . .

C'est pourquoi, connaissant le comportement des tôles (du noyau) en fonction de l'induction, la première étape consiste à choisir la valeur de l'induction qui n'entraînera pas de pertes fer excessives.

Selon la section du noyau, des tensions présentées et de l'inductance ciblée cela permet de calculer le nombre de spires nécessaire et donc, indirectement la longueur du fil à enrouler.
On peut alors, connaissant sa résistivité, calculer sa section en fonction des pertes cuivre acceptables pour constater que ça ne rentre pas sur la bobine

On recommence tout avec un noyau plus gros ! ! !

Suite peut être après repas et sieste !

Yves.

[Julien]

Salut,

Merci pour ces retours et Yves pour tes informations pratiques.
Je calculerai mes selfs ( si j'y arrive!) dès mon retour de congés avec un vrai PC pour ton logiciel...

Après quelques recherches complémentaires je constate que les noyaux amorphes pourraient avoir un intérêt dans mon cas (self fort L / fort ampérage DC), à savoir: réaliser une self plus petite et moins lourde pour les mêmes caractéristiques électriques grâce aux qualités de l'amorphe.
Ou encore avoir un plus faible R DC pour une self égale dimensionnellement...

Vous êtes Ok avec cette affirmation??

Julien