Czy jest podwójny transformator?

Kondensatory i cewki indukcyjne są względem siebie podwójnymi .

Transformator składa się z dwóch cewek indukcyjnych i przenosi moc przez wzajemną indukcyjność , przez magnetyczne pole bliskie (prawda?) Ponadto można zmieniać stosunek napięć lub prądów, zmieniając stosunek zwojów rdzenia. Można by pomyśleć o tym jako sprzężeniu pojedynczej pętli pierwotnej z wieloma pętlami wtórnymi, a następnie ułożeniu pętli wtórnych tak, aby ich napięcia wyjściowe zostały zsumowane.

Czy istnieje podwójny transformator elektryczny? Coś, co wykorzystuje pojemność i przenosi energię przez elektryczne pole bliskie przez barierę izolacyjną? W jakiś sposób połączyć pojedynczy kondensator pierwotny z wieloma kondensatorami wtórnymi, a następnie połączyć je w celu konwersji mocy poprzez zsumowanie ich mocy wyjściowych?

Wiem, że izolowany zasilacz można zbudować za pomocą dwóch kondensatorów, ale nie jestem pewien, czy to dokładnie podwójny, czy też istnieje odpowiednik dostosowania stosunku zwojów:

źródło

A może coś z tym związanego?

źródło

Na przykład istnieją pojemnościowe dzielniki napięcia, ale tylko zmniejszają napięcie, nie mogą go zwiększyć jak autotransformator. Istnieją pompy ładujące, ale wymagają one elementów aktywnych, takich jak przełączniki lub diody, które nie występują w transformatorze.

Mówiąc bardziej zwięźle: Czy istnieje sposób na transformację mocy (1 V, 5 A na pierwotnym do 5 V, 1 A na wtórnym) przy użyciu pól elektrycznych zamiast pól magnetycznych i tylko elementów pasywnych? Jeśli nie, dlaczego nie? (Kontrola pola elektrycznego?)

W rzeczywistości jest to powszechna rzecz do zastanowienia.

Jest w tym podwójny. Kiedy masz urządzenia o wspólnym uzwojeniu i strumieniu magnetycznym (magnetyczny „prąd”), jest to idealny dual dla urządzeń dzielących wspólny przewodnik elektryczny. Ładne zdjęcie z wikipedii :

2)

Możesz także rzucić okiem na „ Obwody magnetyczne ”. Możesz zacząć uczyć się zabawnych terminów, kiedy szczegółowo zagłębisz się w te pojęcia, takie jak „ Pojemność magnetyczna ”, wydaje się, że mój strumień ma pojemność.

Sposób, w jaki można określić, ile energii przechodzi przez transformator, można rozbić na obwód magnetyczny, który działa jak obwód elektryczny z różnymi jednostkami. Obwody magnetyczne są analogami do obwodów elektrycznych , z którymi łatwiej jest pracować z wielu powodów.

Pomyśl o tym jak o źródle napięcia lub źródle prądu. Są bezpośrednimi analogami, ale kiedy budujesz źródło napięcia, jest o wiele łatwiejsze niż źródło prądu.

Dygresja

Strumień magnetyczny jest współdzielony w rdzeniu ze względu na fakt, że strumień magnetyczny jest prostopadły do ​​drutu, problem z strumieniem elektrycznym polega na tym, że wskazuje on między dwiema powierzchniami, a nie zapętla. Gdyby pętla wokół dielektryka wykonała zadanie.

W stosunku do kondensatora wewnątrz drugiego

JEŻELI mniejsze staje się większe, to ostatecznie będzie działać jak dwa kondensatory sprzęgające z rezystorem szeregowym między nimi, ponieważ staje się coraz mniejsze, ogólne pole elektryczne będzie minimalne, ale możesz umieścić tam duże, duże pole elektryczne, nie prawie tak skuteczny jak transformator.

Zacznę od stwierdzenia, że ​​nie jestem pewien. Jednak jestem skłonny powiedzieć nie. Transformatory nie są „elementarnymi” komponentami elektrycznymi. Kondensatory i induktory (i rezystory w tym przypadku) są podstawowymi (złożonymi) urządzeniami impedancji.

Transformator jest kompozycją dwóch cewek indukcyjnych. Jak zauważyłeś, przekształca energię na zasadzie indukcyjności magnetycznej. W szczególności działa w oparciu o przestrzenny efekt uboczny prądu przepływającego przez cewkę (tj. Sprzężenie zmieniających się w czasie linii pola magnetycznego). Cała „akcja” kondensatora ogranicza się do tego, co dzieje się między płytkami, że tak powiem.

Najbardziej zbliżoną do podwójnej analogii do tego, co dzieje się w transformatorze, jest myśl o sprzężeniu pojemnościowym, które powoduje „przesłuch” między sąsiednimi śladami w szybkich autobusach sygnalizacyjnych ...

tak, możesz przynajmniej obniżyć, możesz użyć czapek jak mostek oporowy - połóż dwa w szeregu powiedzmy w stosunku 10: 1 (10nF i 1nf) na 110 V AC i zmierz napięcie AC na 10 nF - będziesz patrz około 11 V prądu przemiennego - jest to raczej nieefektywny sposób na obniżenie napięcia - ale jest to tani sposób, jeśli potrzebujesz tylko około mA - ale im więcej energii potrzebujesz do stuknięcia (potrzebujesz większych pułapów), tym bardziej staje się on nieefektywny ( jak dzielnik oporowy)

Transformator jest elektryczny i magnetyczny. Nie jest ściśle magnetyczny, więc nie ma sensu prosić o elektryczny podwójny! Zamiast tego możemy zapytać, czym jest transformatorowe urządzenie, w którym zmienia się magnetyzm i elektryczność. Daję ci:

Zmieniające się pole magnetyczne wchodzące przez rdzeń pierwotny indukuje przepływ prądu w cewce, co indukuje zmieniające się pole magnetyczne w rdzeniu wtórnym.

Teraz jest jeszcze jedna dualność, między prądem a napięciem. Transformator nie ma w tym sensie podwójnego, ponieważ faktycznie zmienia impedancję. Możemy zapytać, co to jest urządzenie, które traktuje admitancję jak impedancję (te dwie są podwójnymi). Ale tak naprawdę jest to sam transformator z odwróconym stosunkiem uzwojeń. Innymi słowy, urządzenie zwiększające impedancję o dwa i urządzenie zwiększające admitancję o dwa są tym samym transformatorem, używanym tylko w przeciwnym kierunku.

Dobra, ścigam to w głowie od miesięcy. Zbudowałem kilka prototypów, jako ćwiczenie w zrozumieniu związanych z tym dziedzin. W końcu mam odpowiedź, w którą mogę wierzyć.

Załóżmy, że masz oryginalną koncepcję - kondensator wewnątrz kondensatora. Porównaj to z tym:

Twierdziłbym, że ten obwód jest identyczny z naszym czteropłytowym układem. Każda z wewnętrznych płyt naszego stosu czteropłytkowego jest nadal przewodnikiem o dużej powierzchni i dużej pojemności z każdej strony. Narysowaliśmy je jako dwie oddzielne płyty bez impedancji między nimi, ale to elektrycznie nic nie zmienia. Teraz obwód wygląda bardziej znajomo. To naprawdę tylko trzy kondensatory. A ten w drugim rzędzie naprawdę nic nie dodaje, po prostu tworzy dzielnik napięcia. W każdym razie dostaniesz to po dołączeniu ładunku.

Ma to bardzo podobne właściwości do transformatora. DC nie może przejść z pierwotnego do wtórnego, ale AC może. To sprawia, że ​​system jest izolowany galwanicznie. Jednak niekoniecznie czyni to go izolowanym ze względów praktycznych! Jeśli umieścisz prąd przemienny między pierwotnym a wtórnym idealnym transformatorem, nic się nie stanie. Jeśli umieścisz prąd przemienny między pierwotnym a wtórnym obwodem, uzyskasz duży przepływ prądu. Tak więc nie powiedzie się test hi-pot AC, a hałas w trybie wspólnym z jednej strony z radością przeniesie się na drugą.

Jeśli nie są to problemy w zastosowaniu, może to mieć pewne zalety w porównaniu z transformatorem magnetycznym. Po pierwsze, możesz przenosić więcej mocy przy wyższych częstotliwościach, nieco odwrotnie niż transformator. (Oczywiście w zależności od transformatora.) Nie ma żadnych niejasności co do materiałów i geometrii rdzenia. Podejrzewam, że jest bardziej wydajny niż transformator, chociaż nie mam danych, aby to wykazać. Zamiast prądów wirowych, strat histerezy i strat uzwojenia, mamy tylko straty ESR w kondensatorach, których spodziewałbym się znacznie niższy. I jest bezpieczny dla prądu stałego! Jeśli umieścisz DC na transformatorze, rdzeń się nasyci i prawdopodobnie coś zepsujesz. Postaw na to DC i absolutnie nic się nie dzieje.

Dlaczego nie możemy przyspieszyć, jeśli to naprawdę dualność transformatora? Ponieważ pola elektryczne i pola magnetyczne mają pewne fundamentalne asymetrie. Pole elektryczne zaczyna się na ładunku dodatnim, a kończy na ładunku ujemnym. Nie można narazić przewodnika na pole elektryczne innego przewodnika; pole elektryczne kondensatora definitywnie obejmuje dwa przewodniki, a jeśli spróbujesz wprowadzić trzeci, po prostu przesuwa on niektóre punkty końcowe. (Wersja kreskówkowa, nie jestem fizykiem.) Ale pole magnetyczne zawsze kończy się tam, gdzie się zaczyna, więc pojedynczy przewodnik może mieć pole magnetyczne, na które wtórne może być narażone o różnej geometrii.

Innymi słowy, to dlatego, że pola elektryczne są jednobiegunowe, a każdy koniec ma osobną cząsteczkę. Pola magnetyczne są dipolarne, zaczynając i kończąc na przeciwnych biegunach tego samego magnesu, tworząc pętle. Tak zabawnie komentarz @JustJeff został odwrócony! Naprawdę potrzebujemy dipola elektrycznego, a nie monopolu magnetycznego!

Jeśli transformator jest dwoma przewodnikami współdzielącymi pole magnetyczne, jego podwójnym byłyby dwa przewodniki dzielące pole elektryczne. Innymi słowy, dual transformatora to para kondensatorów.

Tak jest. Jest to „Falowód sprzężony ze szczeliną”. Choć nie jest tak czysty jak tylko 2 sprzężone kondensatory, ale jest oparty na prawie 100% pojemności i obejmuje naturalną indukcyjność i magnetyczny rdzeń powietrzny oraz więcej przewodników.

Moim pomysłem na dual jest antena dipolowa lub, mówiąc szerzej, dowolna antena.

Główną trudność ze znalezieniem duetu widzę w tym, że linie pola magnetycznego są zawsze zamknięte, podczas gdy linie pola elektrycznego nie są. Oznacza to, że podczas gdy cewka sama w sobie jest systemem samowystarczalnym i nie potrzebuje emitować energii, twornik kondensatora zawsze będzie „szukał swojej pary” i promieniuje w większym lub mniejszym stopniu. Innymi słowy, jeśli masz drut i wstrzykujesz prąd (o wysokiej częstotliwości), jest bardzo prawdopodobne, że prąd będzie faktycznie obecny, nawet jeśli obwód nie jest wyraźnie zamknięty. To, gdzie dokładnie jest ścieżka powrotna, zależy od tego, jaki duży kawałek przewodnika masz w pobliżu (np. Szafka na dokumenty, hydraulika itp.). Możliwe jest zdefiniowanie wzajemnej impedancji , bardzo podobnie, jak definiowana jest wzajemna indukcyjność między cewkami w transformatorze.

Czy William Beaty odpowiada na twoje pytanie w „OBIEG PRAWO KĄTOWY - lub - AC dla obcych umysłów” ?

Transformator jest często rysowany jako cewka z drutu miedzianego po lewej stronie, cewka z drutu miedzianego po prawej stronie i pierścień ferrytowy w środku przechodzący przez środek każdego z nich.

Artykuł ten sugeruje możliwość zastosowania „cewki” ferrytowej po lewej stronie, „cewki ferrytowej” po prawej stronie i miedzianego pierścienia w środku przechodzącego przez środek każdego z nich.

Główny problem polega na tym, że cewki indukcyjne obejmują „ wielokrotnie połączoną przestrzeń. "Przy czysto elektrostatycznych polach elektrycznych, jeśli ładunek przesuwa się z punktu A do punktu B, zawsze przemierza ten sam potencjalny spadek, niezależnie od szalonej ścieżki, jaką może obrać. Ale przy zmianie pól b dodanych do mieszanki, jeśli ładunek przemieszczający się od A do B powinien tworzyć jeden, dwa, trzy okręgi, które otaczają zmieniający się strumień magnetyczny, następnie ładunek przemierza 1x lub 2x lub trzykrotny spadek potencjału. Gdy nie przechodzi przez „po prostu połączoną przestrzeń”, ścieżka, którą obiera, może wpływać na zgromadzony ładunek Jeśli chodzi o napięcie, jeśli krążysz wokół koła, nigdy nie wracasz do punktu początkowego, a jeśli kręcisz się w kółko i dookoła, kończysz się coraz dalej od miejsca, w którym zacząłeś (i dlatego przełóż rękę przez cewkę szybko rosnącym prądem, ZNAJDUJE SIĘ PODSTAWOWA RĘKA!)

Gdybyśmy mieli „magnetyczność” przewodników pełnych ruchomych monopoli magnetycznych, wówczas cewka nawinięta z takiego przewodnika byłaby znacznie lepsza podwójna od konwencjonalnej cewki.

Oto niedualny podwójny. Zrób kondensator o bardzo długim dielektryku, jak pręt PZT łączący dwie płyty. Teraz zegnij pręt i zrób go spiralnie, aby utworzyć cewkę. (Lub może rzucić go, a następnie piec do utwardzenia.) Przyłóż prąd przemienny do płytek kondensatora przymocowanych do końców pręta dielektrycznego. Szczury, po prostu generuje pole magnetyczne, tak jak każda cewka, nawet jeśli „cewka” jest izolatorem. Hmm Jednak nie do końca zmarnowany. Prawdopodobnie moglibyśmy podłączyć podobne pręty ceramiczne do transformatora neonu, a następnie przeskoczyć łuk między ich końcami. Może nie działać dobrze przy 60 Hz, więc użyj jednego z tych półprzewodnikowych sterowników neonowych 30 KHz.

Kondensator wykonany jako filtr górnoprzepustowy, jest przeniesienie informacji (energia) w szczelinie za pomocą pola elektrycznego.

W tym kontekście warto zauważyć, że zwykły „kondensator”, który wkładasz na płytkę, ma dwa bieguny, ale w tym układzie nic nie jest konieczne. Luźny przewodnik zawieszony w przestrzeni ma (małą!) Pojemność i jest kondensatorem.

Nie wiem, czy powyższy model trzech kondensatorów jest rzeczywiście analogiem koncepcji czterech płyt. (Coś, nad czym zastanawiam się przez ostatnie 5 lat bez takiej możliwości, nie przeprowadzam żadnych szczegółowych badań eksperymentalnych.)

Chciałbym zaproponować, że efekt pojemnościowy musi otaczać wewnętrzne płytki, aby zapewnić, że ładunek na wtórnym (C1 na oryginalnym schemacie z 4 płytkami) jest równy ładunkowi na pierwotnym. Ten problem z dualem został wskazany powyżej poprzez wzmiankę o „przestrzeni wielokrotnie połączonej” w odniesieniu do magnetycznego sprzężenia cewek transformatora. Tutaj potrzebujemy sprzężenia elektrostatycznego. (Rzucam słowami, ale mam nadzieję, że rozumiesz.)

Gdy zostanie to osiągnięte (zakładając, że częstotliwość zasilania jest wysoka, aby zapewnić niskie reaktancji dla dwóch kondensatorów), możemy powiedzieć, że jeśli Q = CV, a Q1 = Q2 to

C1V1 = C2V2 i masz coś, co jest podwójną wartością racji tur dla transformatorów.

Wiemy, że transformatory indukcyjne są lepsze przy niskiej częstotliwości. Transformacja - i transfer energii za pomocą elektrostatyki - byłaby lepsza przy wysokiej częstotliwości, jak sugerowałby dual.

Ponieważ transformacja opiera się na stałej wymianie ładunku w wysokiej częstotliwości, możesz nazwać ją „kondensatorem strumienia”, z tą różnicą, że myślę, że ta nazwa została wzięta! :)

Mój adres e-mail to jeffrey.stokes@tafensw.edu.au. Zapraszam do dalszej dyskusji na temat tego pomysłu.

Późna edycja ... Jeśli chcesz podnieść napięcie, po prostu musisz zwiększyć pojemność pierwotną o wiele większą niż wtórną. Wykonanie Primary wewnętrzną parą płyt byłoby najłatwiejszym sposobem, ponieważ odległość dielektryczna jest naturalnie większa. Jeśli rzeczywiście C1V1 = C2V2, jak sugerowały mi moje eksperymenty myślowe, wówczas w pierwotnym przypadku mielibyśmy wyższą pojemność i niższe napięcie. W Secondary mielibyśmy niższą pojemność i wyższe napięcie.

^{symulacja tego obwodu - Schemat utworzony za pomocą CircuitLab}

Opracowałem eksperyment z cienką blachą aluminiową, folią z tworzywa sztucznego i śrubami nylonowymi, aby trzymać razem praktyczne 4-płytowe urządzenie. Połączenie elektryczne zostanie wykonane na krawędzi każdej płyty. Będę używał zasilania 100 kHz i obciążenia 1 kOhm. Opublikuję tutaj moje wyniki i dołączę zdjęcia fal oraz prądu wejściowego i wyjściowego RMS. Zmienię częstotliwość o połowę i sprawdzę „sprzężenie”. Ponadto zmniejszę pojemność zewnętrznej pary, wstawiając dodatkowe warstwy folii i określę, czy ma to wpływ na zwiększenie napięcia wyjściowego zgodnie z przewidywaniami.