Kann ein Transformator funktionieren, wenn der Kern nicht rund ist?

Ich versuche, einen Transformator zu bauen, um 12 V Wechselstrom in 5 V Wechselstrom umzuwandeln. Folgendes habe ich gerade:

Ich habe das Spulenverhältnis noch nicht angepasst, aber ich habe es versucht, um zu sehen, ob es irgendeinen Ausgang geben würde, und tatsächlich gibt es keinen. Ich habe den Kern getestet und er ist ferromagnetisch. Ich vermute, dass er entweder nicht funktioniert, weil die Mitte des Kerns leer ist (es ist ein Rohr) oder weil die Magnetspulen nicht ausgerichtet werden können und der Kern kreisförmig sein muss.

Ich würde mich sehr freuen, wenn mir jemand erklären könnte, was an diesem Design falsch ist und warum es nicht funktioniert (oder warum es sollte).

Der Kern muss nicht kreisförmig sein, sondern muss geschlossen sein, da sonst der verbundene Fluss sehr gering ist.

Darüber hinaus verbessert die Tatsache, dass das Rohr leer ist, die Situation nicht, da das Flussmittel dort konzentriert ist, wo eine höhere Permeabilität vorliegt, dh im Kern, aber der Nettoteil des Kerns in Ihrem Fall klein ist. Tatsächlich ist der größte Teil der Spule mit Luft gefüllt, die eine schlechte Permeabilität aufweist.

Sie können den Kern nicht mit einem einfachen Stück Eisendraht verschließen. Es wird nicht effektiv sein, da der Fluss in dem kleineren Abschnitt des Drahtes eingeschränkt wird. Denken Sie daran, dass der Fluss einer Art "Ohmschem Gesetz für Magnetkreise" folgt, dem Hopkinsonschen Gesetz .

Die Rolle des Widerstands wird von einer Größe übernommen, die als Reluktanz bezeichnet wird und proportional zum Nettoteil des Kerns ist, in dem der Fluss fließt. Der Fluss ist analog zum Strom. Daher wird ein kleiner Abschnitt den Fluss stark einschränken. Da die Rolle der Spannung von der magnetomotorischen Kraft (MMF) übernommen wird, die vom Strom in der Spule abhängt, können Sie dies bei gleichem Strom in der Primärwicklung und einem hohen Widerstand aufgrund eines in einem kleinen Drahtabschnitt eingeschränkten Flusses verstehen wird der Fluss klein sein, und daher wird der induzierte Strom in der Sekundärwicklung klein sein.

Wenn Sie versuchen, mehr Strom in die Primärwicklung zu pumpen, wird der Kern gesättigt (ein stark nichtlinearer Effekt), was zur Folge hat, dass seine Permeabilität drastisch abnimmt, was Ihren Versuch zunichte macht.

Um eine ausreichende Kopplung zwischen den beiden Spulen zu erreichen, benötigen Sie einen geschlossenen Magnetkreis mit einem im Wesentlichen geringen Widerstand. Daher ist ein geschlossener Pfad aus ferromagnetischem Material mit einem mehr oder weniger konstanten Querschnitt erforderlich, da eine Verengung des Querschnitts die Reluktanz erhöht.

BEARBEITEN (veranlasst durch einen nützlichen Kommentar von @Asmyldof)

Obwohl ich oben erklärt , warum Ihr Setup nicht effizient für eine Leistung ist Transformator , und die Erklärung steht noch, es gibt ein paar Probleme bewusst zu sein , wenn sie mit Transformator Betrieb handelt. Dieser interessante Artikel über Transformatoren hat schöne Bilder und geht näher auf das Thema ein. Ich werde im Folgenden kurz auf zwei Schlüsselaspekte hinweisen.

Wie gesagt, um eine hohe Kopplung zwischen Primär- und Sekundärwicklung zu erreichen, ist ein geringer Widerstand und ein geschlossener Kern erforderlich. Dies erfordert einen festen Kern mit einem geschlossenen Magnetpfad. Im Vergleich zu Ihrer Konfiguration verbessert dies die Situation. Beachten Sie jedoch, dass die Verwendung eines ferromagnetischen Kerns, der wie Eisen auch elektrisch leitend ist, seine Nachteile hat.

Erstens (und wirklich wichtig für einen Leistungstransformator) gibt es Kernleistungsverluste. Wenn der Kern aus einem gut leitenden Material besteht, werden Wirbelströme in seinem Querschnitt induziert und dies verursacht einen Leistungsverlust durch Joule-Erwärmung (wie bei einem Widerstand). Dies ist nicht die einzige Quelle für Kernverluste, aber für leitende Kerne ist dies normalerweise die relevanteste. Wenn Sie einen massiven Eisenstab als Transformatorkern verwenden, besteht die Gefahr, dass Sie viel Strom verlieren und den Kern selbst erwärmen (daher sind Kerne aus Eisen nicht massiv, sie sind immer noch "gefüllt", sondern laminiert, dh sie bestehen aus vielen Schichten isolierten Materials).

Der zweite wichtige Aspekt ist die Sättigung . Wenn Sie den Primärstrom über einen bestimmten Grenzwert erhöhen, sättigt sich der Kern und die Permeabilität sinkt, daher steigt der Widerstand. In diesem Fall ist es vorteilhaft, einen nicht vollständig geschlossenen Kern zu haben. Tatsächlich werden Kerne manchmal mit einem kleinen Luftspalt gebaut, dh der Kern bildet eine fast geschlossene Schleife, aber nicht ganz. Der kleine Luftspalt hat einen viel höheren Widerstand als der Rest des Kerns, daher erhöht er den Gesamtwiderstand von Kern + Spalt, was schlecht erscheint, aber der Vorteil ist, dass der Spalt die Linearisierung des Kerns unterstützt, dh den Effekt der Sättigung begrenzt. Darüber hinaus ist der Spalt sehr klein (etwa die Dicke eines Blattes Papier) und dies verhindert, dass sich das Flussmittel in dem Raum um den Kern verteilt, wodurch die Gesamtkopplung nicht zu sehr verschlechtert wird.

Weitere interessante Links zu Transformatoren:

• Transformatoren-Grundlagen

• Aufbau der Transformatoren

Es wird in gewissem Sinne "funktionieren", wie jeder andere Transformator, aber da der Flusskreis nur durch Magnetfeldleck von einem Ende des Kerns zum anderen geschlossen wird, wird sein Widerstand enorm sein, und daher wird es viel sein weniger effizient als Sie möchten. Dies wird normalerweise als "Streuinduktivität" modelliert.

Messen Sie die Primärinduktivität mit dem sekundären Leerlauf. Dies wird als Primärinduktivität bezeichnet. Messen Sie erneut mit dem Sekundärkurzschluss und Sie sollten feststellen, dass sich die Primärinduktivität geringfügig verringert, da Sie die "Streuinduktivität" parallel dazu platziert haben. Durch Berechnung der Streuinduktivität können Sie den Verlust Ihres Transformators berechnen.

In einem guten Transformator beträgt die Streuinduktivität 1% oder weniger der Primärinduktivität. In Ihrem Fall beträgt sie wahrscheinlich das 10-fache der Primärinduktivität oder mehr.

Wenn Sie sich die Ferritstabantenne in einem AM-Radio ansehen, sehen Sie tatsächlich mehrere Wicklungen. Es fungiert sowohl als Antenne als auch als abgestimmter Schaltkreis und Transformator. Die kleinste Wicklung überträgt einen kleinen Teil der Energie aus dem Schwingkreis in den HF-Verstärker und Mischer.

Es ist jedoch kein effektiver Transformator für die Leistungsumwandlung.

Sie können es verbessern, indem Sie den Stab in ein "U" oder besser in einen Ring mit einer Lücke biegen. Dann muss das Flussmittel einfach über die Lücke springen, was den Widerstand verringert. Wenn Sie die Spaltbreite verringern, verringert sich die Reluktanz und auch die Streuinduktivität, wodurch der Wirkungsgrad des Transformators erhöht wird.

Das Beste ist, die Lücke vollständig zu schließen

Manchmal wird jedoch bewusst eine kleine Lücke gelassen (durch die Dicke eines Stücks Papier festgelegt!), Um die Flussdichte niedrig zu halten und eine Sättigung des Kerns zu vermeiden. Dies geschieht normalerweise bei Signaltransformatoren, bei denen Verzerrungen aufgrund der Sättigung ein Problem darstellen, nicht bei Transformatoren zur Leistungsumwandlung.

Nein, das magnetische Material muss keine geschlossene Schleife bilden, aber so können Sie einen kleineren Transformator für die gleiche Leistung herstellen. Die Magnetfeldlinien befinden sich immer in einer Schleife. Die einzige Frage ist, ob Sie gutes Material bereitstellen, damit sie leicht verfolgt werden können oder nicht.

Das Problem in Ihrem Fall ist jedoch, dass Sie einen leitfähigen Kern verwenden. Das Metallrohr wirkt als Sekundärkurzschluss, sodass Ihre Sekundärwicklung kaum die Möglichkeit hat, viel von irgendetwas aufzunehmen. Sie haben eine Induktionsheizung gebaut, keinen Transformator.

Auch Sie setzen AC in die primäre, nicht wahr? Transformatoren funktionieren nur mit Wechselstrom. Es ist die Änderung des Magnetfelds, die eine Spannung an der Sekundärseite induziert.

Wie in anderen Antworten angegeben, sollte es funktionieren, nur mit schlechter Energieübertragung (so lange Sie Wechselstrom verwenden).

In der Tat ist das, was Sie haben, einem LVDT-Positionsgeber mit einer einzelnen Sekundärspule ziemlich ähnlich .

Wenn Sie eine Stahlstange an der Innenseite des Rohrs anbringen, können Sie die Kupplung variieren und ein variierendes Ausgangssignal erhalten. Dieser Effekt könnte durch die Verwendung eines dünnen Kunststoffrohrs und einer Eisenstange, die so viel Platz wie möglich in der Mitte einnimmt, verbessert werden. Dies zu bemerken, macht es nicht unbedingt zu einem besseren Transformator für Ihre Zwecke, ist aber eine interessante Sache.

Aus dem Bild geht hervor, dass Sie die Spulen "nebeneinander" platziert haben. Bei dieser Konfiguration wird am wenigsten Fluss durch die Sekundärwicklung geschnitten. Um die Kopplung zu verbessern, müssen Sie das Sekundärteil auf das Primärteil wickeln . Die "Effizienz" der Kupplung hängt davon ab, was Sie als Kern verwenden (Luft, Hohlrohr, Vollrohr usw.), aber die Transformatorwirkung muss funktionieren! Wenn Sie die Primärspannung mit 200 und die Sekundärspannung mit 100 Umdrehungen einschalten, sollte der Ausgang die Hälfte der Eingangsspannung betragen. Die Größe der Drähte bestimmt die Stromstärke der Wicklungen, nicht jedoch die Spannung.