¿Hay un doble del transformador?

Question

Los condensadores e inductores son duales entre sí .

Un transformador está formado por dos inductores y transfiere la energía a través de inductancia mutua a través de la red magnética campo cercano (Además, se puede variar la relación de tensiones o corrientes cambiando la relación de vueltas en el núcleo. Podrías pensar en esto como el acoplamiento de un solo bucle primario con muchos bucles secundarios, y luego apilar los bucles secundarios para que sus tensiones de salida se sumen.

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

Sé que se puede construir una alimentación aislada utilizando dos condensadores, pero no estoy seguro de si eso es exactamente un doble, o si hay un equivalente para ajustar la relación de vueltas:

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¿O quizás algo relacionado con esto?

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Por ejemplo, existen divisores de tensión capacitivos, pero éstos sólo reducen la tensión, no pueden aumentarla como un autotransformador. Hay bombas de carga, pero éstas requieren elementos activos como interruptores o diodos, que no están presentes en un transformador.

Más brevemente: ¿Existe una forma de transformar la potencia (1 V, 5 A en el primario a 5 V, 1 A en el secundario) utilizando campos eléctricos en lugar de campos magnéticos, y sólo componentes pasivos? Si no, ¿por qué no? (¿Proyección del campo eléctrico?)

Answer 1

En realidad, esto es algo común de preguntarse.

Esto tiene un doble sentido. Cuando se tienen dispositivos que comparten un devanado y un flujo magnético común (corriente magnética), es un doble perfecto para los dispositivos que comparten un conductor eléctrico común. Bonita imagen de wikipedia :

2

También puede echar un vistazo a " Circuitos magnéticos ". Puedes empezar a aprender algunos términos divertidos cuando profundices en estos conceptos, como " Capacitancia magnética Parece que mi flujo tiene capacitancia.

La forma de determinar la cantidad de energía que pasa por un transformador puede descomponerse en un circuito magnético que funciona igual que un circuito eléctrico con diferentes unidades. Circuitos magnéticos son un análogo de Circuitos eléctricos que son mucho más fáciles de trabajar por muchas razones.

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

Nota al margen

El flujo magnético es compartido 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 hace un bucle alrededor. Si hiciera un bucle alrededor de un dieléctrico haría el trabajo.

En relación con el condensador dentro del otro

Si el más pequeño se hace más grande, terminará actuando como dos condensadores de acoplamiento con una resistencia en serie entre ellos, a medida que se hace más pequeño, el campo eléctrico global será mínimo, pero usted podría poner un gran campo E allí, no es tan eficaz como un transformador.

Answer 2

Empezaré diciendo que no lo sé con seguridad. Sin embargo, me inclino a decir que no. Los transformadores no son componentes eléctricos "elementales". Los condensadores y los inductores (y las resistencias) son dispositivos de impedancia fundamentales (complejos).

Un transformador es una composición de dos inductores. Como has señalado, transforma la energía mediante el principio de la inductancia magnética. En concreto, funciona sobre la base del efecto lateral espacial de la corriente que circula por una bobina (es decir, el acoplamiento de las líneas de campo magnético que varían en el tiempo). Toda la "acción" en un condensador se limita a lo que ocurre entre las placas, por así decirlo.

Lo más parecido que se me ocurre a una analogía con lo que ocurre en un transformador es la idea del acoplamiento capacitivo que provoca la "interferencia" entre trazas adyacentes en los buses de señalización de alta velocidad...

Answer 3

Sí, se puede reducir al menos, puede utilizar tapas al igual que un puente resistivo - poner dos en serie decir en una proporción de 10:1 (10nF y 1nf) a través de 110v AC y medir la tensión de CA a través de la 10nF - verá aproximadamente 11v AC - es una manera bastante ineficiente para hacer una tensión más baja - pero es una manera barata si sólo necesita un mA o así - pero la más energía que necesita para aprovechar (que necesita tapas más grandes) el más ineficiente que se pone (al igual que un divisor resistivo)

Answer 4

Vale, llevo meses dándole vueltas a esto en mi cabeza. He construido un par de prototipos, como ejercicio para entender los campos involucrados. Finalmente tengo una respuesta que puedo creer.

Digamos que tienes el concepto original, un condensador dentro de un condensador. Compara eso con esto:

Yo diría que este circuito es idéntico a nuestra disposición de cuatro placas. Cada una de las placas interiores de nuestra pila de cuatro placas sigue siendo un conductor con una gran superficie y una gran capacitancia con respecto a las placas de cada lado. Las hemos dibujado como dos placas separadas sin impedancia entre ellas, pero eso eléctricamente no cambia nada. Ahora el circuito parece más familiar. En realidad son sólo tres condensadores. Y el que atraviesa el secundario realmente no añade nada, sólo crea un divisor de tensión. De todos modos, lo obtendrás cuando conectes una carga.

Tiene unas propiedades muy similares a las de un transformador. La CC no puede pasar del primario al secundario, pero la CA sí. Esto hace que el sistema esté aislado galvánicamente. Sin embargo, esto no lo hace necesariamente aislado a efectos prácticos. Si se coloca CA entre el primario y el secundario de un transformador ideal, no pasa nada. Si se coloca CA entre el primario y el secundario de este circuito, se obtiene un gran flujo de corriente. Por lo tanto, no pasaría una prueba de alta potencia de CA, y el ruido de modo común en un lado se transferiría felizmente al otro.

Si estos no son problemas para una aplicación, puede haber algunas ventajas sobre un transformador magnético. Por un lado, se puede transferir más potencia a frecuencias más altas, algo inverso a un transformador. (Dependiendo del transformador, por supuesto.) No hay oscuridades de materiales de núcleo y geometrías para tratar. Sospecho que es más eficiente que un transformador, aunque no tengo datos para demostrarlo. En lugar de las corrientes de Foucault, las pérdidas por histéresis y las pérdidas en el bobinado, todo lo que tenemos es la pérdida de ESR en los condensadores, que espero que sea mucho menor. Y es seguro para la CC. Si pones CC en un transformador, el núcleo se satura y probablemente rompas algo. Si le pones corriente a esto, no pasa absolutamente nada.

Ahora bien, ¿por qué no podemos subir de nivel, si es realmente el doble de un transformador? Porque los campos eléctricos y los campos magnéticos tienen algunas asimetrías fundamentales. Un campo eléctrico comienza en una carga positiva y termina en una carga negativa. No se puede exponer un conductor al campo eléctrico de otro conductor; el campo eléctrico de un condensador implica, por definición, dos conductores, y si se intenta introducir un tercero, sólo se desplazan algunos de los puntos de terminación. (Versión de dibujos animados, no soy físico.) Pero un campo magnético siempre termina donde empieza, así que un solo conductor puede tener un campo magnético al que el secundario puede estar expuesto 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, empezando y terminando en polos opuestos del mismo imán, formando bucles. Así que, divertidamente, ¡el comentario de @JustJeff estaba 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.

Answer 5

Mi idea de un dual es el antena dipolo o, en términos más generales, cualquier antena.

Veo la principal dificultad para encontrar un dual en el hecho de que las líneas de campo magnético son siempre cerradas, mientras que las líneas de campo eléctrico no lo son. Esto significa que mientras un inductor por sí mismo es un sistema autónomo y no necesita irradiar energía, la armadura de un condensador siempre estará "buscando su par" e irradiará en mayor o menor medida. Dicho de otro modo, si tienes un cable e inyectas corriente (de alta frecuencia), es muy probable que la corriente esté realmente presente, aunque el circuito no esté visiblemente cerrado. El lugar exacto en el que se encuentra la vía de retorno depende de la pieza grande de conductor que tenga en sus proximidades (por ejemplo, un archivador, una tubería, etc.). Es posible definir un impedancia mutua La inductancia mutua entre las bobinas de un transformador se define de forma muy parecida.