¿Puede una onda sinusoidal rectificada seguir induciendo voltaje?

Respuesta corta:

• Corriente unipolar: admisible.
• Tensión con componente DC: mala (el transformador se satura y no funcionará tan bien).

Respuesta larga:

Considere el modelo de un transformador real.

¿Qué sucede si la corriente suministrada a la bobina primaria toma la forma de onda de un seno rectificado, como se muestra a continuación?

La aplicación de una corriente unipolar es admisible para un transformador y se encuentra comúnmente en algunos convertidores CC-CC basados ​​en transformadores. Debes aplicar un voltaje que produzca esa corriente.

Si el secundario está abierto, entonces el bucle está cerrado solo por la inductancia magnetizante.$X_M$y$R_C$. Asumiendo$R_C$muy alto, asumiendo 0$R_P$y$X_p$, entonces desde$V_M=L\frac {dI_M}{dt}$, el voltaje en el primario tendrá que ser un coseno discontinuo, con un valor de 0 CC (voltaje, corriente y tiempo representados en unidades arbitrarias):

Por cierto, en el cálculo anterior asumimos que el ancho de banda no está limitado. Un transformador real tendrá un ancho de banda finito y es posible que no pueda lograr esas formas de onda.

En cambio, aplicar un voltaje con un componente de CC distinto de cero saturará su transformador .

Un transformador saturado significa una mucho más pequeña$X_M$. La corriente en el primario será muy alta debido al componente de CC del voltaje de entrada (que se aplica a$R_P$, la resistencia parásita de los devanados) y debido al valor muy pequeño de la inductancia magnetizante (que, junto con la inductancia de fuga$X_P$limitará la corriente primaria sin carga).

Además, como el núcleo está saturado, no habrá un buen acoplamiento entre los dos devanados, lo que por cierto, aumentará también la inductancia de fuga.

Al final, habrá una transmisión extremadamente pobre del componente de CA restante de su seno rectificado en el lado secundario (y un sobrecalentamiento extremo).

Aún así, si la compensación de CC es muy pequeña (con respecto al componente de CA), entonces la resistencia parásita del devanado actuará como una retroalimentación negativa. De hecho, la caída en la resistencia será mayor cuando el núcleo esté saturado, reduciendo efectivamente el voltaje aplicado a la inductancia magnetizante. Sin embargo, esto aún resultará en una pérdida de eficiencia.

Sí, un transformador puede operar con formas de onda no sinusoidales. El ejemplo más simple de esto es un transformador de audio.

Lo que no puede hacer un transformador es operar en DC. Una corriente continua en el devanado primario no induce un flujo magnético variable en el tiempo en el núcleo, por lo que nada se acopla al secundario. Aún más problemático, es que la CC crea un campo magnético estático en el núcleo que puede saturar el núcleo e inhibir la transmisión de CA.

Si acopla el transformador a través de un condensador para bloquear el contenido de CC, funcionará bien. La forma de onda tiene algunos armónicos de alta frecuencia que pueden atenuarse según el diseño del transformador, pero generalmente si el transformador es capaz de 5 o 10 veces la frecuencia de la forma de onda sinusoidal antes de la rectificación, la forma de onda secundaria se verá muy similar, ignorando la diferencia en el nivel de CC. tal que la CC promedio en el secundario es cero.

Si no bloquea la CC, es probable que el núcleo se sature, lo que distorsionará en gran medida la forma de onda y también se puede destruir el transformador, ya que solo la resistencia primaria limitará la corriente y la resultante.$I^2R$calentamiento del componente DC. Si mantiene el voltaje lo suficientemente pequeño como para que no surja ningún problema, se comportará de manera similar al caso con la tapa de bloqueo (pero puede requerir bajar el voltaje a milivoltios). También cargará mucho la fuente, lo que puede afectar los resultados si no tiene una impedancia de fuente insignificante.

La tensión media en el secundario siempre será cero, suponiendo un transformador convencional.

Podrías averiguarlo experimentalmente. ¿Tiene un generador de señal, un osciloscopio, algunos diodos y un pequeño transformador, digamos una relación de 1:2 o algo así?

O piense en los amplificadores que usan válvulas de vacío: normalmente tienen un transformador de salida para igualar la impedancia. Entonces, como el sonido no se arruina por completo, es razonable suponer que la forma de onda de salida de un transformador es la misma que la forma de onda de entrada.

A medida que se mueven los electrones en el primario del transformador, los electrones en el secundario se moverán para que coincidan, es solo que la amplitud del movimiento depende de la relación del número de vueltas.

Puede haber problemas al darle a un transformador una compensación de CC como se muestra en su diagrama: si el núcleo del transformador se satura magnéticamente , habrá distorsión en la forma de onda secundaria y calentamiento del transformador.

El valor RMS de una onda sinusoidal completamente rectificada es el mismo que el de una onda sinusoidal:$V_{peak}/\sqrt 2$, pero tiene una compensación de CC de$V_{peak} \cdot 2/\pi$(fuente: valores medios y efectivos ).

Considere la impedancia de los diodos cuando se encienden y la patada inductiva cuando se apaga la corriente. A continuación, considere el espectro y el ancho de banda del transformador. Después de esto, considere los efectos de saturación de la CC en la bobina primaria.

Todo esto reduce la potencia que puede transferir a través del transformador.

En lo que respecta al transformador, es equivalente a una corriente alterna con polarización de CC. La polarización de CC no juega ningún papel en la transferencia de energía al devanado secundario, aunque podría producir efectos de saturación. La salida del secundario será una forma de onda no sinusoidal al doble de la frecuencia de la forma de onda original (no rectificada); la forma de onda de salida tendrá un componente en la frecuencia original debido al pico inverso agudo (donde la forma de onda original cruzó el cero).