He leído algunos artículos sobre transformadores y todos apuntan al hecho de que son excelentes atenuadores para transitorios de modo común, ¡pero no para transitorios de modo diferencial! Uno de estos documentos es el siguiente: enlace
Realmente estoy teniendo problemas para ver por qué este es el caso. ¿Podría alguien explicar por qué los transformadores son buenos para el filtrado de transitorios de modo común, pero no pueden atenuar los transitorios de modo diferencial?
Considere un transformador ideal con dos devanados, uno primario y otro secundario. Si el número de giros en el primario es el mismo que el número de giros en el secundario, entonces el voltaje primario siempre es igual al voltaje secundario.
¿Por qué? Considere Ley de inducción de Faraday . Dice, entre otras cosas, que el voltaje \ $ v \ $ a través de un inductor es igual a la tasa de cambio del flujo magnético \ $ \ phi \ $ a través de él:
$$ v = {d \ phi \ over dt} $$
Ahora, los dos devanados del transformador están alrededor de un núcleo común, y ese núcleo está diseñado para contener la mayoría (idealmente todo) del flujo magnético de los devanados. Por lo tanto, el flujo a través de cualquiera de los devanados debe ser el mismo, por lo tanto, la tasa de cambio del flujo es la misma, por lo que el voltaje es el mismo.
Para transformadores con diferente número de devanados, la situación no es realmente diferente, excepto que la relación de los voltajes estará relacionada por la relación entre el número de devanados. Así es como transformer obtiene su nombre.
Cuando un lado (llamémoslo el primario, aunque funciona en cualquier dirección) se presenta con un transitorio de modo común, el voltaje a través del primario no cambia. Es como si intentara mover la corriente a través de un cable al unir ambos extremos al lado (+) de la batería. Es posible que haya cambiado el voltaje del cable en relación con alguna otra referencia (no especificada), pero como el cable está aislado de cualquier otra cosa, no fluye corriente. Sin corriente, sin flujo, sin cambios en el flujo, sin voltaje, sin acoplamiento al otro lado.
Mientras la tensión transitoria no fuera suficiente para atravesar el aislamiento, y no tiene ningún acoplamiento capacitivo significativo, u otros efectos no ideales, el transitorio de modo común esencialmente nunca ocurrió, hasta donde secundaria puede decir.
Por otra parte, los voltajes de modo diferencial do conducen una corriente en el primario, por lo tanto, a medida que aumenta la corriente, aumenta el flujo, y esto se acopla al otro lado, lo que da como resultado que aparezca el mismo voltaje allí.
Otros han explicado por qué su premisa es cierta en un caso ideal. Estoy aquí para explicar por qué no es cierto en muchos casos reales.
Los transformadores están diseñados típicamente para minimizar el costo, por lo que el núcleo de un transformador de potencia, por ejemplo, no será más grande de lo necesario en las condiciones más desfavorables. Lo que eso significa es que el núcleo está bastante cerca de la saturación.
Entonces, un pequeño transitorio de modo normal pasará por el transformador; por ejemplo, un pico de 24 V en un transformador de 240: 18 V podría aparecer como un pico de 1,8 V en la salida. Un pico de 1000 V puede aparecer solo como 10 V en lugar de los 75 V que usted esperaría. Es relativamente fácil hacer que un circuito resista una breve subida de 2V en comparación con 75V más de lo habitual, por lo que esta es una característica útil. También es por eso que no debe conectar un transformador de 120 VCA a 240 VCA. El núcleo se satura y los devanados se queman.
La situación del modo común se complica por la capacitancia entre los devanados (los transformadores SMPS generalmente necesitan un acoplamiento apretado y suelen tener el secundario entre las mitades del devanado primario) y, a menudo, un BFC (capacitador de grasa grande) con clasificación Y entre el primario y el secundario (aunque es externo al propio transformador). Por lo tanto, los transitorios de modo común de alta frecuencia se realizan con una impedancia en serie Xc, donde C es decenas de pF a nF.
La operación principal detrás de un transformador es que toma un voltaje aplicado en una bobina y produce un voltaje de salida en la otra bobina. Los voltajes de entrada y salida son diferenciales y esto es lo que hacen.
Para un transformador, un transitorio diferencial es un voltaje aplicado a una de sus bobinas, por lo que no lo trata de manera diferente a la tensión diferencial regular que se aplica a esa bobina, sino que la transmite a la secundaria como lo haría con la tensión normal de CA .
Las señales de modo común aparecen exactamente como el mismo voltaje en ambos extremos de bobina de un devanado, por lo que son invisibles para esa bobina y no pasan a través de la bobina secundaria u otra.
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