Mecanismo de la corriente secundaria del transformador

Piense en dos bucles de alambre muy cerca. Si aplica un voltaje de CA a un bucle, el voltaje inducido en el otro bucle sería el mismo. Si una carga en el segundo bucle tomó corriente, el voltaje no cambiará porque los dos bucles están muy cerca físicamente. Si el voltaje no cambia bajo carga, entonces el flujo magnético que une ambas bobinas debe permanecer constante. Esa es la ley de inducción en acción de Faraday y es una clave absoluta para comprender este problema.

Si (como un experimento mental) el flujo hubiera aumentado, esto produciría más voltaje secundario y, por lo tanto, más corriente y, por lo tanto, más flujo, y esta espiral se salga de control. ¡Esto no puede pasar! La ley de Faraday se mantiene.

En resumen, el primario toma una corriente adicional cuyo flujo cancela exactamente el flujo producido por la corriente en la salida secundaria, solo el flujo de magnetización.

Los flujos de carga se cancelan porque estas corrientes adicionales son de la misma magnitud pero actúan en direcciones opuestas. Cuando tienes un transformador de aumento o reducción, los amperios-giros (fuerzas magneto-motrices) son los mismos pero, para una situación simple de 1: 1, es más fácil hablar en amperios en lugar de amperios-giros.

Esta es la forma en que me la enseñaron y, en mi opinión, es bastante fácil de entender.

Considere el siguiente circuito del transformador.

Lafuentegenerauncampomagnético.EsecampocreaefectivamenteunEMFenlaprimaria.Enuntransformadorideal,sincargaenlasalida,cuandoelcampoeslosuficientementelargocomoparaquelaEMFanulalatensiónaplicadaparaquenofluyacorriente.

Cuandoseaplicaunacarga,lacorrientetomadaporlacargaintentacambiarelcampoeneltransformador.Elcambioenelcampo,asuvez,reduceelEMFposteriorenelprimario.Ahorahayundesequilibrioenlosvoltajesenelladoprimario,porloquelacorrientefluirádesdelafuenteparasostenerelcampodeltransformador.

Laproporcióndecuántolacorrientedecargaintentacambiarelcampoalacantidadquedebeaplicarseelsuministroparacombatirloserigeporlaproporcióndegiros.Laenergíagastadaenambosladosesigual.

Enmuchossentidos,untransformadoresunverdaderocondensadordeflujo.

Porsupuesto,todoestosucedealavelocidaddelaluzysub-atómicamenteyelefectomacroscópiconetoenelflujodeltransformadorescerocambiosmedibles.

EDITAR:veoalgunasrespuestasnegativasaestarespuestaqueestoyseguroqueestángenerandoyaseapormipobreescrituraoporlaestoicaadhesiónalasdefinicionesdeSavart,MaxwellyFaraday.Esoestábien.Sinembargo,megustaríaseñalarquelasúltimasecuacionesyteoríasserelacionanconlosefectosmediblesmacroscópicosynoconlosefectoscuánticosydependientesdeltiempoanivelatómico.Hayinformacióninteresantesobre Teoría de la perturbación y, en particular, Reconstrucción de las ecuaciones de Maxwell macroscópicas: una única teoría de la susceptibilidad

EDIT 2:

Como no creo haber explicado mi modelo muy bien, me gustaría mostrarlo de una manera diferente.

Por el momento, las izquierdas eliminan el flujo de la imagen. Este ejemplo divide el transformador en dos motores / generadores ideales e iguales bloqueados entre sí por engranajes, como se muestra a continuación.

Las bobinas en el primario ahora hacen girar un rotor, que a su vez hace girar un rotor equivalente en el generador. La velocidad del motor se rige por la constante EMF de retroceso , y en un motor ideal se regulará automáticamente a ese voltaje.

Como puede ver, el voltaje de salida sigue la misma fórmula que la de un transformador que es, \ $ V_ {Secundario} = V_ {Primario} * N \ $.

Cuando se extrae corriente del secundario, se aplica un par de frenado al generador. Para mantener la velocidad regulada, el motor DEBE aplicar el mismo par para equilibrar ese par de frenado. Por lo tanto, el motor debe consumir la cantidad adecuada de corriente para generar ese par.

De nuevo, la fórmula para esa transferencia actual sigue la ecuación de transformador tradicional de \ $ I_ {Primary} = I_ {Secondary} / N \ $.

Como tal, puede ver que el modelo anterior representa con precisión cómo entendemos cómo funciona un transformador.

Por supuesto, un transformador no funciona de esa manera ya que lo anterior implica que funcionaría en DC. Este modelo realmente necesita extenderse para hacer que el motor principal sea una bobina de voz giratoria ideal en la que su constante de EMF de retroceso se mide en voltios por grado de rotación, sin embargo, las matemáticas siguen funcionando de la misma manera.

En un transformador real está sucediendo lo mismo, solo los movimientos se llevan a cabo a nivel atómico a medida que los electrones y los átomos se reorganizan en la danza que es el electromagnetismo.

Creo que hay un mecanismo más simple que nadie ha mencionado. Si una corriente comienza a fluir a través del devanado secundario, esa corriente produce un flujo magnético opuesto (de acuerdo con la ley de inducción).

Cuando este es el caso, el flujo magnético en el núcleo de hierro se debilita. Esto también significa que se induce menos voltaje en el devanado primario (nuevamente, consulte la ley de inducción). Como consecuencia, la diferencia de voltaje entre la entrada y el voltaje inducido primario aumenta, lo que significa que más corriente comienza a fluir desde la "fuente" y, por supuesto, a través del primario.

  

Pero, ¿cuál es el mecanismo físico real (por falta de un mejor   ¿Por qué esta corriente adicional debe ser extraída por la primaria?

La energía puesta en la bobina puede crear un campo magnético. Si esta bobina estuviera sola, eso es todo lo que haría. Debido a que hay otra bobina, el campo magnético funciona (transferencia de energía) en los electrones en el secundario y puede crear un voltaje (para hacer más trabajo en otra parte del circuito). Sin embargo, si no hay carga en el secundario, entonces no se está trabajando y los electrones no se mueven. El voltaje aún se crea, pero es como si el secundario no estuviera allí y el transformador se comportara más como un inductor, generando solo un campo magnético.

  

Entonces, ¿cuál es la razón física por la que más "tiene que" fluir hacia el   primario cuando la corriente se extrae del secundario?

Debido a que los electrones en el secundario están bajo la influencia de un campo magnético, quieren moverse. Esto creará una tensión (y corriente). Los modelos descuidan el campo magnético (generalmente) porque la mayoría de las simulaciones de series de tiempo solo usan voltaje y corriente, por lo que el cálculo del campo magnético es innecesario para la mayoría de las personas.

Las bobinas, giros y otras variables son solo formas de simplificar lo que realmente está sucediendo. Cada portador de carga móvil (electrón) crea un campo magnético y ese campo magnético puede mover otros electrones. Como no queremos calcular el campo para cada carga, usamos el cálculo vectorial para simplificar este proceso con estas leyes: Biot Savart y Ecuaciones de Maxwell y Faradays law of induction . Estos se simplifican para generar las ecuaciones del transformador

Hablemos de transformador ideal ya que estás tratando de obtener un concepto. Con el secundario abierto, ninguna corriente en el secundario significa que no se crea ningún campo magnético en el secundario. En lo primario, el campo magnético creado se opone, según la ley de Lenz, a la fuente que lo causó. En esencia se induce una tensión que se opone a la fuente. Esto mantiene la corriente pequeña. Ahora, cuando agrega la carga, la corriente puede fluir en el secundario. Esto produce un campo magnético en el devanado secundario. Una vez más, la ley de Lenz dice que esto se opondrá al cambio de campo que lo causó. Eso significa que se está oponiendo al campo primario. Esto reduce la fem en el primario, lo que permite que fluya más corriente primaria. Esto está muy simplificado, pero espero que te ayude a verlo.

En mi breve instrucción, aprendí sobre las leyes y ecuaciones de Maxwell y Faraday, pero no veo a nadie mencionar los efectos de las pérdidas del transformador, como la resistencia / fuga del devanado primario, los efectos de las corrientes de Foucault dentro del núcleo en el primario ( como las principales cargas / cambios de flujo en el núcleo). Una persona mencionó la resistencia del aire entre los extremos secundarios abiertos, pero no mencionó que la secundaria también experimentaría una carga minúscula debido a su propia resistencia del devanado y las fugas de aislamiento.

Todas estas imperfecciones podrían explicarse y explicarían por qué la primaria aún atrae al menos algo de corriente, incluso con una secundaria abierta. Perdóneme si esta es más una respuesta filosófica que un hecho duro lleno de cálculo. La electrónica es más una pasión que una profesión para mí. (22 años como tecnología de marco de colisión)