Czy transformator może działać, jeśli rdzeń nie jest okrągły?

Usiłuję zbudować transformator do konwersji zasilania 12V AC na 5V AC. Oto, co mam teraz:

Nie wyregulowałem jeszcze współczynnika cewki, ale próbowałem go tylko po to, aby sprawdzić, czy będzie jakaś moc wyjściowa, aw rzeczywistości jej nie ma. Testowałem rdzeń i jest on ferromagnetyczny, więc zgaduję, że albo nie może działać, ponieważ środek rdzenia jest pusty (to rura), lub ponieważ solenoidy nie mogą być wyrównane, a rdzeń musi być okrągły.

Byłbym bardzo wdzięczny, gdyby ktoś mógł mi wyjaśnić, co jest nie tak z tym projektem i dlaczego nie działa (lub dlaczego powinno).

Rdzeń nie musi być okrągły, ale musi być zamknięty, w przeciwnym razie połączony strumień będzie bardzo niski.

Ponadto fakt, że rura jest pusta, nie poprawia sytuacji, ponieważ strumień jest skoncentrowany tam, gdzie występuje większa przepuszczalność, tj. W rdzeniu, ale sekcja netto rdzenia w twoim przypadku jest niewielka. W rzeczywistości większość sekcji cewki jest wypełniona powietrzem, które ma słabą przepuszczalność.

Nie można zamknąć rdzenia zwykłym kawałkiem drutu żelaznego. Nie będzie to skuteczne, ponieważ strumień zostanie ograniczony w mniejszej części drutu. Należy pamiętać, że strumień podlega rodzajowi „prawa Ohma dla obwodów magnetycznych”, zwanego prawem Hopkinsona .

Rolę oporu przejmuje ilość zwana reluktancją , która jest proporcjonalna do odcinka netto rdzenia, w którym przepływa strumień. Strumień jest analogiczny do prądu. Dlatego niewielka część znacznie ograniczy strumień. Ponieważ rolę napięcia przejmuje siła magnetomotoryczna (MMF), która zależy od prądu w cewce, można zrozumieć, że przy takim samym prądzie w pierwotnej i wysokiej reluktancji z powodu strumienia ograniczonego w małym odcinku drutu , strumień będzie mały, a zatem prąd indukowany w wtórnym będzie mały.

Jeśli spróbujesz pompować więcej prądu w pierwotnym, rezultatem będzie nasycenie rdzenia (silnie nieliniowy efekt), w wyniku czego jego przepuszczalność spadnie drastycznie, co unieważnia twoją próbę.

Aby uzyskać wystarczające sprzężenie między dwiema cewkami, potrzebujesz zamkniętego obwodu magnetycznego o zasadniczo niskiej reluktancji. Dlatego potrzebujesz zamkniętej ścieżki wykonanej z materiału ferromagnetycznego z mniej więcej stałym przekrojem, ponieważ każde zwężenie w odcinku zwiększy reluktancję.

EDYCJA (podpowiedzi przydatny komentarz @Asmyldof)

Chociaż wyjaśniłem powyżej, dlaczego twoja konfiguracja nie jest wydajna dla transformatora mocy , a wyjaśnienie nadal istnieje, istnieje kilka problemów, o których należy pamiętać, mając do czynienia z działaniem transformatora. Ten interesujący artykuł na temat transformatorów zawiera ładne zdjęcia i bardziej szczegółowo zagłębia się w temat. Pokrótce przedstawię dwa kluczowe aspekty.

Jak powiedziałem, aby mieć wysokie połączenie między uzwojeniem pierwotnym i wtórnym, potrzebujesz niskiej reluktancji i zamkniętego rdzenia. Wymaga to solidnego rdzenia z zamkniętą ścieżką magnetyczną. W stosunku do konfiguracji poprawi to sytuację, ale należy pamiętać, że stosowanie rdzenia ferromagnetycznego, który również przewodzi elektrycznie, podobnie jak żelazo, ma swoje wady.

Po pierwsze (i bardzo ważne dla transformatora mocy) występują straty mocy rdzenia. Jeśli rdzeń jest wykonany z dobrego materiału przewodzącego, prądy wirowe będą indukowane w jego przekroju, co spowoduje utratę mocy przez ogrzewanie Joule'a (jak w rezystorze). Nie jest to jedyne źródło strat rdzenia, ale w przypadku rdzeni przewodzących jest zwykle najbardziej istotne. Dlatego używając litego pręta żelaznego jako rdzenia transformatora ryzykujesz utratę dużej mocy, ogrzewając sam rdzeń (dlatego rdzenie wykonane z żelaza nie są stałe, są nadal „wypełnione”, ale laminowane, tj. Wykonane z wielu warstw izolowanego materiału).

Drugim kluczowym aspektem jest nasycenie . Jeśli zwiększysz prąd pierwotny powyżej pewnego limitu, rdzeń będzie nasycony, a przepuszczalność spadnie, a zatem wzrośnie reluktancja. Posiadanie niezupełnie zamkniętego rdzenia jest w tym przypadku korzystne. W rzeczywistości czasami rdzenie są zbudowane z małą szczeliną powietrzną, tzn. Rdzeń tworzy prawie zamkniętą pętlę, ale nie do końca. Mała szczelina powietrzna ma znacznie wyższą reluktancję niż reszta rdzenia, dlatego zwiększa ogólną reluktancję rdzenia + szczeliny, co wydaje się złe, ale zaletą jest to, że szczelina pomaga linearyzować rdzeń, tj. Ogranicza efekt nasycenia. Co więcej, szczelina jest bardzo mała (powiedzmy o grubości arkusza papieru), co zapobiega rozpraszaniu strumienia w przestrzeni wokół rdzenia, a zatem nie pogarsza zbyt mocno ogólnego sprzężenia.

Inne ciekawe linki o transformatorach:

• Podstawy transformatorów

• Budowa transformatorów

Będzie „działał” w pewnym sensie, tak jak każdy inny transformator, ale ponieważ obwód strumienia jest zamknięty tylko przez wyciek pola magnetycznego z jednego końca rdzenia na drugi, jego niechęć będzie ogromna, a zatem będzie dużo mniej wydajny niż byś chciał. Zwykle jest to modelowane jako „indukcyjność upływu”.

Zmierzyć indukcyjność pierwotną za pomocą wtórnego obwodu otwartego. Nazywa się to indukcyjnością pierwotną. Wykonaj ponownie pomiar za pomocą zwarcia wtórnego i powinieneś zobaczyć, że indukcyjność pierwotna nieznacznie się zmniejszyła, ponieważ ustawiłeś równolegle „indukcyjność upływową”. Obliczenie indukcyjności upływu pozwoli ci obliczyć straty w transformatorze.

W dobrym transformatorze indukcyjność rozproszenia wynosi 1% lub mniej indukcyjności pierwotnej: u ciebie jest to prawdopodobnie 10-krotność indukcyjności pierwotnej lub więcej.

Właściwie, jeśli spojrzysz na ferrytową antenę prętową w radiu AM, zobaczysz kilka uzwojeń; działa zarówno jako antena, tuningowany obwód, jak i transformator. Najmniejsze uzwojenie przenosi niewielką część energii z dostrojonego obwodu do wzmacniacza RF i miksera.

Ale to nie jest skuteczny transformator do konwersji mocy.

Możesz to poprawić, wyginając pręt w „U” lub lepiej, zaokrąglając w pierścień ze szczeliną, a następnie strumień musi po prostu przeskoczyć szczelinę, dając mniejszą niechęć. Wraz ze zmniejszeniem szerokości szczeliny zmniejsza się reluktancja, a także indukcyjność upływowa, zwiększając wydajność transformatora.

Najlepsze jest to, aby całkowicie wypełnić lukę

Czasami jednak celowo pozostawia się niewielką szczelinę (ustawioną przez grubość kawałka papieru!), Aby zmniejszyć gęstość strumienia, aby uniknąć nasycenia rdzenia. Odbywa się to zwykle w transformatorach sygnałowych, w których problemem są zniekształcenia nasycenia, a nie w transformatorach przetwarzających moc.

Nie, materiał magnetyczny nie musi tworzyć zamkniętej pętli, ale pozwoli ci to zrobić mniejszy transformator o tej samej mocy. Linie pola magnetycznego zawsze będą w pętli, jedyne pytanie brzmi, czy zapewniasz im ładny materiał, aby mogli z łatwością podążać, czy nie.

Problem w twoim przypadku polega jednak na tym, że używasz przewodzącego rdzenia. Metalowa rura działa jak zwarcie wtórne, dając Twojemu uzwojeniu wtórnemu niewielkie szanse na zbieranie dużej ilości czegokolwiek. Zbudowałeś nagrzewnicę indukcyjną, a nie transformator.

Poza tym ustawiasz AC na główny, prawda? Transformatory działają tylko na AC. Jest to zmiana pola magnetycznego, która indukuje napięcie w obwodzie wtórnym.

Jak stwierdzono w innych odpowiedziach tak, to powinno działać, tylko przy słabym przenoszeniu mocy (tak jak używasz prądu przemiennego).

W rzeczywistości masz dość blisko przetwornika położenia LVDT z pojedynczą cewką wtórną.

Jeśli włożysz pręt stalowy do wnętrza rury, możesz zmienić złącze i uzyskać zmienny sygnał wyjściowy. Efekt ten można poprawić, stosując cienką plastikową rurkę i żelazny pręt, który zajmuje jak najwięcej środkowej przestrzeni. Zauważenie, że nie spowoduje, że stanie się lepszym transformatorem do twoich celów, ale jest interesujące.

Na zdjęciu widać, że cewki zostały umieszczone „obok siebie”. Ta konfiguracja zapewnia najmniejsze cięcie strumienia w uzwojeniu wtórnym. Aby poprawić sprzężenie, musisz nawińć uzwojenie wtórne na uzwojenie pierwotne. „Skuteczność” złącza będzie zależeć od tego, czego użyjesz jako rdzenia (powietrze, rura pusta, rura pełna itp.), Ale działanie transformatora musi działać! Jeśli użyjesz 200 zwojów na pierwotnym i 100 zwojów na wtórnym, moc wyjściowa powinna wynosić 1/2 napięcia wejściowego. Rozmiar drutów określa bieżące możliwości uzwojenia, ale nie napięcie.