¿Hay un doble del transformador?

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Los condensadores e inductores son duales entre sí .

Un transformador está formado por dos inductores y transfiere energía a través de inductancia mutua , a través del campo campo cercano (¿verdad?) También, puede variar la relación de voltajes o corrientes cambiando la Relación de vueltas en el núcleo. Podría pensar que esto es unir un solo bucle primario con muchos bucles secundarios, y luego apilar los bucles secundarios para que se sumen sus voltajes de salida.

¿Hay un doble eléctrico del transformador? ¿Algo que utiliza la capacitancia y transfiere energía a través del campo cercano eléctrico sobre una barrera de aislamiento? ¿Alguna forma de acoplar un solo capacitor primario con múltiples capacitores secundarios y luego apilarlos para hacer la conversión de energía sumando sus salidas?

Sé que se puede construir un suministro aislado utilizando dos condensadores, pero no estoy seguro de si eso es exactamente un doble, o si hay un equivalente al ajuste de la proporción de vueltas:

fuente

¿O tal vez algo relacionado con esto?

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Por ejemplo, hay divisores de voltaje capacitivos, pero estos solo reducen el voltaje, no pueden aumentarlo como un autotransformador. Hay bombas de carga, pero éstas requieren elementos activos como interruptores o diodos, que no están presentes en un transformador.

Más sucintamente: ¿Hay alguna forma de transformar la potencia (1 V, 5 A en primario a 5 V, 1 A en secundario) usando campos eléctricos en lugar de campos magnéticos y componentes pasivos solamente? ¿Si no, porque no? (Proyección de campo eléctrico?)

    
pregunta endolith

11 respuestas

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En realidad, esto es algo común para preguntarse.

Hay un dual para esto. Cuando tiene dispositivos que comparten un devanado común y un flujo magnético ("corriente" magnética), se convierte en un doble perfecto para los dispositivos que comparten un conductor eléctrico común. Bonita imagen de wikipedia :

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También puede consultar " Circuitos magnéticos ". Puede comenzar a aprender algunos términos divertidos cuando profundice en estos conceptos, como " Capacitancia Magnética ," parece que mi El flujo tiene capacitancia.

La forma en que puede determinar la cantidad de energía que pasa a través de un transformador se puede descomponer en un circuito magnético que funciona como un circuito eléctrico con diferentes unidades. Circuitos magnéticos son un análogo de Circuitos eléctricos , con los que es mucho más fácil trabajar por muchas razones.

Piense en ello como una fuente de voltaje o una fuente de corriente. Son análogos directos, pero cuando construyes una fuente de voltaje es mucho más fácil que una fuente de corriente.

Nota al margen

El flujo magnético se comparte en un núcleo debido a que el flujo magnético es perpendicular al cable, el problema con el flujo eléctrico es que apunta entre dos superficies, no en bucle. Si girara alrededor de un dieléctrico, se haría el trabajo.

En relación con el condensador dentro del otro

Si el más pequeño se vuelve más grande, terminará actuando como dos condensadores de acoplamiento con una resistencia en serie entre ellos, ya que se hace más pequeño, el campo eléctrico general será mínimo, pero podría poner un gran E-Field allí. , no tan efectivo como un transformador.

    
respondido por el Kortuk
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Empezaré diciendo que no estoy seguro. Sin embargo, me inclino a decir que no. Los transformadores no son componentes eléctricos "elementales". Los condensadores e inductores (y los resistores para el caso) son todos dispositivos de impedancia (complejos) fundamentales.

Un transformador es una composición de dos inductores. Como notó, transforma la energía a través del principio de la inductancia magnética. En particular, opera sobre la base del efecto lateral espacial de la corriente que fluye a través de una bobina (es decir, el acoplamiento de líneas de campo magnético variables en el tiempo). Toda la "acción" en un condensador está confinada a lo que está pasando entre las placas, por así decirlo.

Lo más cercano que se me ocurre a una analogía dual de lo que sucede en un transformador es la idea de un acoplamiento capacitivo que provoca "interferencias" entre trazas adyacentes en buses de señalización de alta velocidad ...

    
respondido por el vicatcu
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sí, puede bajar al menos, puede usar topes como un puente resistivo; ponga dos en serie, por ejemplo, en una relación de 10: 1 (10nF y 1nf) a través de 110 VCA y mida el voltaje de CA a través de los 10nF - Verá aproximadamente 11 VCA. Es una forma bastante ineficiente de hacer un voltaje más bajo, pero es una forma barata si solo necesita un mA o algo así, pero cuanta más energía necesite para tocar (necesita tapas más grandes), más ineficiente se pone (al igual que un divisor resistivo)

    
respondido por el Taniwha
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Un transformador es eléctrico y magnético. No es estrictamente magnético, por lo que no tiene sentido pedir un doble eléctrico. En cambio, podemos preguntar qué es un dispositivo similar a un transformador en el que el magnetismo y la electricidad cambian de lugar. Te doy:

Un campo magnético cambiante que llega a través del núcleo primario induce el flujo de corriente en la bobina, lo que induce un campo magnético cambiante en el núcleo secundario.

Ahora hay otra dualidad, que entre la corriente y el voltaje. El transformador no tiene doble en ese sentido porque realmente cambia la impedancia. Podríamos preguntar, ¿qué es un dispositivo que trata la admitancia como impedancia (los dos son duales)? Pero eso es realmente solo el transformador en sí, solo con una relación invertida de devanados. Es decir, un dispositivo que aumenta la impedancia en dos y un dispositivo que aumenta la admisión en dos es el mismo transformador, que se utiliza en la dirección opuesta.

    
respondido por el Kaz
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Bueno, he estado persiguiendo esto en mi cabeza durante meses. He construido un par de prototipos, como un ejercicio para comprender los campos involucrados. Finalmente tengo una respuesta que puedo creer.

Digamos que tienes el concepto original, un capacitor dentro de un capacitor. Compare esto con esto:

Yo diría que este circuito es idéntico a nuestro arreglo de cuatro placas. Cada una de las placas internas de nuestra pila de cuatro placas sigue siendo un conductor con una gran área de superficie y una gran capacidad para las placas en cada lado. Los hemos dibujado como dos placas separadas sin impedancia entre ellas, pero eso no cambia nada eléctricamente. Ahora el circuito parece más familiar. En realidad son solo tres condensadores. Y el que está en la secundaria realmente no agrega nada, simplemente crea un divisor de voltaje. Lo conseguirás cuando adjuntes una carga de todos modos.

Esto tiene algunas propiedades muy similares a un transformador. DC no puede pasar de primaria a secundaria, pero AC puede. Esto hace que el sistema quede aislado galvánicamente. Sin embargo, esto no necesariamente lo hace aislado por motivos prácticos. Si coloca AC entre el primario y el secundario de un transformador ideal, no sucede nada. Si coloca CA entre el primario y el secundario de este circuito, obtendrá mucha corriente. Por lo tanto, esto fallaría en una prueba AC hi-pot, y el ruido en modo común en un lado se transferiría felizmente al otro.

Si esos no son problemas para una aplicación, esto puede tener algunas ventajas sobre un transformador magnético. Por un lado, puede transferir más potencia a frecuencias más altas, algo así como la inversa de un transformador. (Dependiendo del transformador, por supuesto). No hay aspectos negativos de los materiales centrales y las geometrías con los que tratar. Sospecho que es más eficiente que un transformador, aunque no tengo datos para demostrarlo. En lugar de corrientes de Foucault, pérdidas por histéresis y pérdidas por devanado, todo lo que tenemos es la pérdida de ESR en los condensadores, que espero sea mucho menor. ¡Y es seguro para DC! Si pones DC en un transformador, el núcleo se satura y probablemente rompas algo. Ponga DC en esto, y no pasa absolutamente nada.

Ahora, ¿por qué no podemos avanzar, si es realmente el doble de un transformador? Porque los campos eléctricos y los campos magnéticos tienen algunas asimetrías fundamentales. Un campo eléctrico comienza con una carga positiva y termina con una carga negativa. No se puede exponer un conductor al campo eléctrico de otro conductor; el campo eléctrico de un condensador involucra de manera definitiva dos conductores, y si intenta introducir un tercero, simplemente mueve algunos de los puntos de terminación. (Versión animada, no soy un físico.) Pero un campo magnético siempre termina donde comienza, por lo que un solo conductor puede tener un campo magnético al que se puede exponer el secundario con geometría variable.

En otras palabras, es porque los campos eléctricos son unipolares, con cada extremo en una partícula separada. Los campos magnéticos son dipolares, comienzan y terminan en polos opuestos del mismo imán, formando bucles. ¡Tan graciosamente, el comentario de @JustJeff fue invertido! ¡Realmente necesitamos un dipolo eléctrico, no un monopolo magnético!

Si un transformador son dos conductores que comparten un campo magnético, su doble sería dos conductores que comparten un campo eléctrico. En otras palabras, el dual del transformador es un par de condensadores.

    
respondido por el Stephen Collings
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Sí, hay. Es "Guía de onda acoplada ranura". Aunque no es tan puro como solo 2 condensadores acoplados, sino que se basa en casi el 100% de la capacitancia, e implica una inductancia inherente y un núcleo de aire magnético y más conductores.

    
respondido por el user924
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Mi idea de un doble es la antena dipolo , o, en términos más generales, cualquier antena.

Veo la principal dificultad para encontrar un doble en el hecho de que las líneas de campo magnético están siempre cerradas, mientras que las líneas de campo eléctrico no lo están. Esto significa que si bien un inductor en sí mismo es un sistema autónomo y no necesita irradiar energía, una armadura de condensador siempre estará "buscando su par" y se irradiará en mayor o menor medida. Dicho de otra manera, si tiene un cable y una corriente de inyección (alta frecuencia), es muy probable que la corriente realmente esté presente, incluso si el circuito no está visiblemente cerrado. El lugar exacto en el que se encuentra la ruta de retorno depende de la pieza grande de conductor que tenga cerca (por ejemplo, gabinete de archivos, plomería, etc.). Es posible definir una impedancia mutua , de manera muy similar a la inductancia mutua entre bobinas en Se define un transformador.

    
respondido por el Count Zero
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¿William Beaty responde tu pregunta en "CIRCUITRO DE ÁNGULO DERECHO - o - Electrónica AC para mentes extraterrestres" ?

Un transformador a menudo se dibuja como una bobina de alambre de cobre a la izquierda, una bobina de alambre de cobre a la derecha y un anillo de ferrita en el centro que pasa por el centro de cada uno.

Ese artículo sugiere la posibilidad de una "bobina" de ferrita a la izquierda, una "bobina" de ferrita a la derecha y un anillo de cobre en el centro que atraviesa el centro de cada una.

    
respondido por el davidcary
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El problema principal es que los inductores implican " espacio conectado de forma múltiple ". Con campos electrónicos puramente electrostáticos, si una carga se mueve desde el punto A al punto B, siempre atraviesa la misma caída potencial, independientemente del camino loco que pueda tomar. Pero con los campos B cambiantes agregados a la mezcla, si una carga que viaja de A a B debe hacer uno, dos, tres círculos que encierran un flujo magnético cambiante, entonces la carga atraviesa 1x o 2x o 3x de caída potencial. Cuando no se pasa por "espacio simplemente conectado", el camino que toma puede afectar el potencial acumulado. Por lo tanto, en cuanto al voltaje, si recorres un círculo, nunca regresas a tu punto de inicio, y si das vueltas y vueltas repetidamente, terminas más y más lejos del lugar donde comenzaste. (Y, por lo tanto, si empuja su mano a través de una bobina con una corriente ascendente rápida, ¡una MANO DIFERENTE FUNDAMENTAL sale por el otro lado!)

Si tuviéramos conductores de "magnetismo" llenos de monopolos magnéticos móviles, entonces una bobina enrollada de tal conductor sería mucho mejor que una bobina convencional.

Aquí hay un dual no dual. Haga un condensador con un dieléctrico muy largo, como una varilla PZT que conecta las dos placas. Ahora dobla la varilla y enróllala para formar una bobina. (O quizás cámbielo y luego hornee para endurecer). Aplique CA a las placas de condensadores que ha unido a los extremos de la varilla dieléctrica. Ratas, solo genera un campo magnético, igual que cualquier bobina, aunque la "bobina" es un aislante. Hmm Aunque no se desperdicia totalmente. Probablemente podríamos conectar barras de cerámica similares a un transformador de letreros de neón, y luego saltar un arco entre sus extremos. Puede que no funcione bien a 60Hz, así que use uno de esos controladores de neón de estado sólido de 30 KHz.

    
respondido por el wbeaty
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Un capacitor configurado como un filtro de paso alto, está transfiriendo información (y energía) a través del espacio utilizando el campo eléctrico.

Vale la pena señalar en este contexto que el "condensador" habitual que se coloca en una placa tiene dos polos, pero no hay nada necesario sobre esta disposición. Un conductor suelto que cuelga en el espacio tiene una capacidad (¡pequeña!) Y es un condensador.

    
respondido por el dmckee
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No sé si el modelo de tres condensadores anterior es de hecho un análogo del concepto de cuatro placas. (Algo por lo que he estado desconcertado durante los últimos 5 años sin la oportunidad de hacer un estudio experimental completo).

Me gustaría proponer que el efecto capacitivo debe rodear las placas internas para garantizar que la carga en el secundario (C1 en el diagrama original de 4 placas) sea igual a la carga en el primario. Este problema con el dual se ha señalado anteriormente con una mención de "espacio conectado múltiple" en referencia al acoplamiento magnético de las bobinas del transformador. Aquí necesitamos tener acoplamiento electrostático. (Estoy lanzando palabras pero espero que entiendas mi significado).

Cuando esto se logra (suponiendo que la frecuencia del suministro es alta para proporcionar bajas reactancias para los dos condensadores) podríamos decir que si Q = CV, y Q1 = Q2 entonces

C1V1 = C2V2 y tienes algo que es el dual de la Ración de Turnos para Transformadores.

Los transformadores inductivos, sabemos, son mejores a baja frecuencia. La transformación, y la transferencia de energía a través de la electrostática, sería mejor a alta frecuencia como implicaría el doble.

Como la transformación se basa en el constante intercambio de carga de alta frecuencia, se podría llamar un "Condensador de flujo", excepto que creo que ese nombre se toma. :)

Mi dirección de correo electrónico es [email protected]. Invitaría a cualquier discusión adicional sobre esta idea.

Una edición tardía ... Si desea aumentar el voltaje, solo tiene que hacer que la capacitancia del primario sea mucho mayor que la secundaria. Hacer que la Primaria sea el par de placas internas sería la forma más fácil, ya que la distancia dieléctrica es naturalmente mayor. Si de hecho C1V1 = C2V2, como lo han sugerido mis experimentos mentales, en la primaria tendríamos una capacidad más alta y un voltaje más bajo. En la Secundaria tendríamos menor capacitancia y mayor voltaje.

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

He ideado un experimento con una lámina delgada de aluminio, una película de plástico y tornillos de nylon para mantener unido un práctico dispositivo de 4 placas. La conexión eléctrica se realizará en el borde de cada placa. Estaré usando un suministro de 100 kHz y una carga de 1 kOhm. Publicaré mis resultados aquí e incluiré imágenes de las olas, así como RMS actual dentro y fuera. Les haré reducir la frecuencia a la mitad y comprobar el "acoplamiento". Además, disminuiré la capacitancia para el par externo insertando capas extra de película y determinaré si eso tiene el efecto de aumentar el voltaje de salida como lo predijo.

    
respondido por el Jeff Stokes

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