Может ли трансформатор работать, если ядро ​​не является циркулярным?

Я пытаюсь построить трансформатор для преобразования питания 12 В переменного тока в переменный ток 5 В переменного тока. Вот что я имею прямо сейчас:

 Трансформатор

Я еще не настроил соотношение катушек, но я попробовал просто посмотреть, будет ли какой-нибудь выход, и на самом деле его нет. Я тестировал ядро, и он ферромагнитный, поэтому мои догадки либо не могут работать, потому что центр ядра пуст (это труба), либо потому, что соленоиды не могут быть выровнены, а сердечник должен быть круглым.

Я был бы очень признателен, если бы кто-нибудь мог объяснить мне, что не так с этим дизайном, и почему он не работает (или почему он должен).

12 голосов | спросил Hadron 26 J000000Sunday15 2015, 02:07:16

5 ответов


29

Ядро не должно быть круглым, но оно должно быть закрыто, иначе связанный поток будет очень низким.

Более того, тот факт, что труба пуста, не улучшает ситуацию, поскольку поток сосредоточен там, где есть более высокая проницаемость, т. е. в ядре, но сетчатая часть сердечника в вашем случае мала. Фактически большая часть секции катушки заполнена воздухом, который имеет низкую проницаемость.

Вы не можете закрыть ядро ​​простым куском железной проволоки. Это не будет эффективно, так как поток будет ограничен в меньшей части провода. Имейте в виду, что поток подчиняется своего рода «закону Ома для магнитных цепей», который называется закон Хопкинсона .

Роль сопротивления принимается величиной, известной как сопротивлением , которая пропорциональна чистому сечению ядра, где поток течет. Поток аналогичен току. Поэтому крошечный разрез сильно ограничит поток. Поскольку роль напряжения берется магнитной силой (MMF), которая зависит от тока в катушке, вы можете понять, что с тем же током в первичной и высокой степени нежелательности из-за потока ограниченный в небольшом сечении провода, поток будет мал, и, следовательно, индуцированный ток во вторичном будет мал.

Если вы попытаетесь перекачать больше тока в первичный, результатом будет то, что ядро ​​будет насыщаться (сильно нелинейный эффект), вследствие чего его проницаемость резко упадет, аннулируя вашу попытку.

Чтобы иметь достаточную связь между двумя катушками, вам нужна замкнутая магнитная цепь с существенно низким сопротивлением. Поэтому вам нужен замкнутый путь из ферромагнитного материала с более или менее постоянным участком, так как любое сужение в разрезе увеличивает нежелание.

РЕДАКТИРОВАТЬ (предложено полезным комментарием @Asmyldof)

Хотя, я объяснил, почему ваша установка неэффективна для трансформатора власти , и объяснение все еще стоит, там представляют собой пару проблем, которые необходимо учитывать при работе с трансформатором. В этой интересной статье об трансформаторах есть приятные картинки и размышления в теме более детально. Я кратко остановлюсь на двух ключевых аспектах ниже.

Как я уже говорил, чтобы иметь высокую связь между первичной и вторичной обмотками, вам нужно небольшое сопротивление и замкнутое ядро. Это требует сплошного ядра с замкнутой магнитной дорожкой. Относительно вашей установки это улучшит ситуацию, но имейте в виду, что использование ферромагнитного сердечника, которое также электрически проводящее, как железо, имеет свои недостатки.

Сначала (и действительно важно для силового трансформатора) есть потери мощности ядра. Если сердечник изготовлен из хорошего проводящего материала, в его поперечном сечении будут индуцироваться вихревые токи, что приведет к потере мощности с помощью джоулева нагрева (как в резисторе). Это не единственный источник потерь ядра, но для проводящих ядер это наиболее актуально. Поэтому, используя твердый железный стержень в качестве сердечника трансформатора, вы рискуете потерять много энергии, нагревая сам сердечник (поэтому сердечники из железа не твердые, они все еще «заполнены», но ламинированы, то есть сделаны из многих слоев изолированного материала).

Второй ключевой аспект - насыщенность . Если вы увеличите первичный ток на определенном пределе, ядро ​​будет насыщаться, а проницаемость снижается, следовательно, сопротивление будет возрастать. В этом случае ядро ​​с не полностью замкнутым контуром полезно. На самом деле иногда ядра построены с небольшим воздушным зазором, т. Е. Ядро образует почти замкнутую петлю, но не совсем. Небольшой воздушный зазоримеет гораздо более высокую сопротивляемость, чем остальная часть ядра, следовательно, это увеличивает общее нежелание ядра + зазора, что кажется плохим, но преимущество заключается в том, что зазор помогает линеаризации ядра, т. е. ограничивает эффект насыщения. Кроме того, зазор очень мал (скажем, о толщине листа бумаги), и это предотвращает рассеяние потока в пространстве вокруг ядра, следовательно, оно не слишком сильно ухудшает общую связь.

Другие интересные ссылки о трансформаторах:

ответил Lorenzo Donati 26 J000000Sunday15 2015, 02:09:56
10

Он будет «работать» в некотором смысле, как и любой другой трансформатор, но поскольку контур потока только закрыт утечкой магнитного поля от одного конца ядра к другому, его нежелание будет огромным, и, следовательно, будет намного менее эффективным, чем хотелось бы. Обычно это моделируется как «индуктивность утечки».

Измерьте первичную индуктивность вторичным разомкнутым контуром. Это называется первичной индуктивностью. Повторите измерение с помощью вторичного короткого замыкания, и вы должны увидеть, что первичная индуктивность немного уменьшится, так как вы вставили «индуктивность утечки» параллельно с ним. Вычисление индуктивности утечки позволит вам рассчитать потерю вашего трансформатора.

В хорошем трансформаторе индуктивность утечки составляет 1% или менее от первичной индуктивности: у вас, вероятно, 10x первичная индуктивность или больше.

Собственно, если вы посмотрите на антенну ферритового стержня на AM-радио, вы увидите несколько обмоток; он действует как антенна, настроенная схема и трансформатор. Наименьшая обмотка передает небольшую часть энергии от настроенной схемы в радиочастотный усилитель и микшер.

Но это не эффективный трансформатор для преобразования мощности.

Вы можете улучшить его, сгибая стержень в «U» или лучше, кругло в кольцо с зазором, затем поток просто должен перепрыгнуть через зазор, давая меньшую неохоту. Когда вы уменьшаете ширину зазора, сопротивление уменьшается, а также индуктивность утечки, повышая эффективность трансформатора.

Лучше всего полностью закрыть пробел

Однако иногда небольшой зазор остается (задается толщиной листа бумаги!) сознательно, чтобы сохранить плотность потока вниз, чтобы избежать насыщения сердечника. Обычно это делается в сигнальных трансформаторах, где искажение от насыщения является проблемой, а не трансформаторами преобразования мощности.

ответил Brian Drummond 26 J000000Sunday15 2015, 13:11:20
9

Нет, магнитный материал не должен формировать замкнутый контур, но это позволит вам сделать меньший трансформатор для того же количества мощности. Линии магнитного поля всегда будут в петле, вопрос только в том, что вы обеспечиваете хороший материал для них, чтобы легко следовать или нет.

Однако проблема в вашем случае заключается в том, что вы используете проводящее ядро. Металлическая труба действует как вторичное короткое замыкание, что дает второстепенной обмотке мало шансов забрать большую часть всего. Вы создали индукционный нагреватель, а не трансформатор.

Кроме того, вы помещаете AC в основной, верно? Трансформаторы работают только на переменном токе. Это изменение магнитного поля, которое индуцирует напряжение на вторичной основе.

ответил Olin Lathrop 26 J000000Sunday15 2015, 15:03:36
3

Как указано в других ответах, да, он должен работать, только при плохом переносе мощности (так же, как вы используете AC).

Фактически то, что у вас есть, довольно близко к преобразователю положения LVDT с помощью одной вторичной катушки .

Если вы застряли стальной стержень внутри трубы, вы можете менять муфту и получать переменный выходной сигнал. Этот эффект можно было бы улучшить, используя тонкую пластиковую трубку и железный брусок, который занимает как можно больше пространства центра. Отмечая, что это не обязательно сделает его лучшим трансформатором для ваших целей, но интересен в стороне.

ответил Hugoagogo 27 J000000Monday15 2015, 03:06:50
2

Из изображения видно, что вы поместили катушки «рядом» друг в друга. Эта конфигурация дает вам наименьшее количество потоков для вторичной обмотки. Чтобы улучшить сцепление, вам необходимо намотать вторичную сверху основной. «Эффективность» муфты будет зависеть от того, что вы используете в качестве сердечника (воздух, полая труба, сплошная труба и т. Д.), Но действие трансформатора должно работать! Если вы используете 200 оборотов первичного и 100 оборотов на вторичном, выход должен составлять 1/2 от входного напряжения. Размер проводов будет определять текущие возможности обмоток, но не напряжение.

ответил Guill 31 J000000Friday15 2015, 01:33:45

Похожие вопросы

Популярные теги

security × 330linux × 316macos × 2827 × 268performance × 244command-line × 241sql-server × 235joomla-3.x × 222java × 189c++ × 186windows × 180cisco × 168bash × 158c# × 142gmail × 139arduino-uno × 139javascript × 134ssh × 133seo × 132mysql × 132