¿Puede funcionar un transformador si el núcleo no es circular?

El núcleo no necesita ser circular, pero debe estar cerrado, de lo contrario el flujo vinculado será muy bajo.

Además, el hecho de que la tubería esté vacía no mejora la situación, ya que el flujo se concentra donde hay una mayor permeabilidad, es decir, en el núcleo, pero la sección neta del núcleo en su caso es pequeña. De hecho, la mayor parte de la sección de la bobina está llena de aire, que tiene poca permeabilidad.

No puedes cerrar el núcleo con un simple trozo de alambre de hierro. No será efectivo, ya que el flujo estará restringido en la sección más pequeña del cable. Tenga en cuenta que el flujo obedece a una especie de "ley de Ohm para circuitos magnéticos", llamada Ley de Hopkinson .

El papel de la resistencia es asumido por una cantidad conocida como reluctancia , que es proporcional a la sección neta del núcleo donde fluye el flujo. El flujo es análogo a la corriente. Por lo tanto, una pequeña sección limitará el flujo en gran medida. Dado que el fuerza magnetomotriz (MMF) asume el rol de la tensión, que depende de la corriente en la bobina, puede comprender que con la misma corriente en la primaria y una alta reticencia debido a un flujo restringido en una pequeña sección de cable, el flujo será pequeño y, por lo tanto, la corriente inducida en la secundaria será pequeña.

Si intenta bombear más corriente en el primario, el resultado será que el núcleo se saturará (un efecto fuertemente no lineal), con la consecuencia de que su permeabilidad disminuirá drásticamente, anulando su intento.

Para tener suficiente acoplamiento entre las dos bobinas, necesita un circuito magnético cerrado con una reluctancia sustancialmente baja. Por lo tanto, necesita una trayectoria cerrada hecha de material ferromagnético con una sección más o menos constante, ya que cualquier estrechamiento en la sección aumentará la reluctancia.

EDIT (sugerido por un comentario útil de @Asmyldof)

Aunque, expliqué anteriormente por qué su configuración no es eficiente para un transformador de potencia , y la explicación sigue vigente, Hay un par de problemas a tener en cuenta cuando se trata de la operación del transformador. Este interesante artículo sobre transformadores tiene imágenes bonitas y profundiza en el tema con más detalle. Mencionaré brevemente dos aspectos clave a continuación.

Como dije, para poder tener un alto acoplamiento entre el devanado primario y el secundario, se necesita poca reluctancia y un núcleo cerrado. Esto requiere un núcleo sólido con una trayectoria magnética cerrada. En relación con su configuración, esto mejorará la situación, pero tenga en cuenta que el uso de un núcleo ferromagnético que también es eléctricamente conductor, como el hierro, tiene sus inconvenientes.

Primero (y realmente importante para un transformador de potencia) hay pérdidas de potencia del núcleo. Si el núcleo está hecho de un buen material conductor, las corrientes de Foucault serán inducidas en su sección transversal y esto causará una pérdida de potencia por Joule heat (como en una resistencia). Esta no es la única fuente de pérdidas de núcleos, pero para los núcleos conductores suele ser la más relevante. Por lo tanto, al usar una barra de hierro sólido como núcleo del transformador, se arriesga a perder mucha energía al calentar el núcleo mismo (por eso los núcleos hechos de hierro no son sólidos, todavía están "llenos", pero laminados, es decir, están hechos de muchas capas de material aislado).

El segundo aspecto clave es saturation . Si aumenta la corriente primaria por encima de un cierto límite, el núcleo se saturará y la permeabilidad disminuirá, por lo que aumentará la renuencia. Tener un núcleo de bucle no completamente cerrado es, en este caso, beneficioso. De hecho, a veces los núcleos se construyen con un pequeño espacio de aire, es decir, el núcleo forma un bucle casi cerrado, pero no del todo. El pequeño espacio de aire tiene una resistencia mucho mayor que el resto del núcleo, por lo que aumenta la resistencia general del núcleo + espacio, lo que parece malo, pero la ventaja es que el espacio ayuda a linealizar el núcleo, es decir, limita el efecto de la saturación. Además, la brecha es muy pequeña (digamos sobre el grosor de una hoja de papel) y esto evita que el flujo se disperse en el espacio alrededor del núcleo, por lo que no empeora demasiado el acoplamiento general.

Otros enlaces interesantes sobre transformadores:

• Información básica sobre transformadores

• Construcción de transformadores

"Funcionará" en cierto sentido, al igual que cualquier otro transformador, pero como el circuito de flujo solo se cierra por una fuga de campo magnético de un extremo del núcleo al otro, su reticencia será enorme y, por lo tanto, " Seré mucho menos eficiente de lo que le gustaría. Esto normalmente se modela como una "inductancia de fuga".

Mida la inductancia primaria con el circuito abierto secundario. Esto se llama la inductancia primaria. Vuelva a medir con el cortocircuito secundario y verá que la inductancia primaria se reduce ligeramente, ya que ha colocado la "inductancia de fuga" en paralelo con ella. El cálculo de la inductancia de fuga le permitirá calcular la pérdida de su transformador.

En un buen transformador, la inductancia de fuga es del 1% o menos de la inductancia primaria: en el tuyo es probablemente 10 veces la inductancia primaria o más.

En realidad, si observa la antena de varilla de ferrita en una radio AM, verá varios devanados; Actúa tanto como antena, circuito sintonizado, y transformador. El devanado más pequeño transfiere una pequeña proporción de la energía del circuito sintonizado al amplificador y mezclador de RF.

Pero no es un transformador efectivo para la conversión de energía.

Puedes mejorarlo doblando la barra en una "U" o mejor, redondeando en un anillo con un hueco, entonces el flujo simplemente tiene que saltar el hueco, dando una menor reticencia. A medida que se reduce el ancho del espacio, la resistencia disminuye, al igual que la inductancia de fuga, lo que aumenta la eficiencia del transformador.

Lo mejor de todo es cerrar la brecha por completo

Sin embargo, a veces, se deja un pequeño espacio (¡determinado por el grosor de una hoja de papel!) deliberadamente, para mantener la densidad de flujo hacia abajo y evitar la saturación del núcleo. Esto generalmente se hace en transformadores de señal, donde la distorsión por saturación es un problema, no en transformadores de conversión de potencia.

No, el material magnético no necesita formar un circuito cerrado, pero eso te permitirá hacer un transformador más pequeño para la misma cantidad de energía. Las líneas del campo magnético siempre estarán en un bucle, la única pregunta es si proporcionas material agradable para que las sigan fácilmente o no.

Sin embargo, el problema en su caso es que está utilizando un núcleo conductor. El tubo de metal actúa como un secundario de cortocircuito, lo que le da pocas posibilidades a su devanado secundario de captar casi todo. Has construido un calentador de inducción, no un transformador.

Además, estás poniendo AC en la primaria, ¿verdad? Los transformadores funcionan solo en aire acondicionado. Es el cambio del campo magnético que induce un voltaje a través del secundario.

Como se indicó en otras respuestas, sí, debería funcionar, solo con una transferencia de potencia deficiente (a medida que se usa AC).

De hecho, lo que tienes está muy cerca de un transductor de posición LVDT con una sola bobina secundaria.

Si coloca una barra de acero en el interior de la tubería, puede variar el acoplamiento y obtener una señal de salida variable. Este efecto podría mejorarse utilizando un tubo de plástico delgado y una barra de hierro que ocupe la mayor cantidad de espacio central posible. Teniendo en cuenta que esto no necesariamente lo convertirá en un mejor transformador para sus propósitos, pero es un lado interesante.

En la imagen, parece que colocaste las bobinas "al lado" una de la otra. Esta configuración le proporciona la menor cantidad de flujo de corte a través del devanado secundario. Para mejorar el acoplamiento, debe enrollar el secundario en la parte superior del primario. La "eficiencia" del acoplamiento dependerá de lo que use como núcleo (aire, tubería hueca, tubería sólida, etc.), ¡pero la acción del transformador tiene que funcionar! Si utiliza 200 vueltas en el primario y 100 en el secundario, la salida debe ser la mitad de la tensión de entrada. El tamaño de los cables determinará las capacidades actuales de los devanados, pero no el voltaje.