¿Hay un dual del transformador?

En realidad, esto es algo común de preguntarse.

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

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También puedes echar un vistazo a " Circuitos Magnéticos ". Puede comenzar a aprender algunos términos divertidos cuando analice estos conceptos en detalle, como " Capacitancia magnética ", parece que mi flujo tiene capacitancia.

La forma en que puede determinar cuánta energía pasa a través de un transformador se puede descomponer en un circuito magnético que funciona como un circuito eléctrico con diferentes unidades. Los circuitos magnéticos son un análogo de los 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 muchísimo más fácil que una fuente de corriente.

Nota al margen

El flujo magnético se comparte en un núcleo debido al hecho de que el flujo magnético es perpendicular al cable, el problema con el flujo eléctrico es que apunta entre dos superficies, no en bucle. Si se enrollara 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 capacitores de acoplamiento con una resistencia en serie entre ellos, a medida que se vuelve más pequeño, el campo eléctrico general será mínimo, pero podría colocar un gran campo E allí, no casi tan eficaz como un transformador.

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

Un transformador es una composición de dos inductores. Como notaste, transforma la energía a través del principio de la inductancia magnética. En particular, opera sobre la base del efecto secundario espacial de la corriente que fluye a través de una bobina (es decir, acoplamiento de líneas de campo magnético variables en el tiempo). Toda la "acción" en un condensador se limita a lo que sucede 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 "diafonía" entre trazas adyacentes en buses de señalización de alta velocidad...

sí, puede reducir al menos, puede usar tapas como un puente resistivo: coloque dos en serie, digamos en una proporción de 10: 1 (10nF y 1nf) a través de 110v CA y mida el voltaje de CA a través de 10nF - usted vea aproximadamente 11v CA: es una forma bastante ineficiente de generar un voltaje más bajo, pero es una forma económica si solo necesita un mA más o menos, pero cuanta más energía necesita aprovechar (necesita tapas más grandes) más ineficiente se vuelve ( como un divisor resistivo)

Mi idea de una antena dual es la 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 siempre están cerradas, mientras que las líneas de campo eléctrico no lo están. Esto significa que mientras que un inductor por sí solo es un sistema autónomo y no necesita irradiar energía, la armadura de un capacitor siempre estará "buscando su par" e irradiará en mayor o menor medida. Dicho de otra manera, si tiene un cable e inyecta corriente (de alta frecuencia), es muy probable que la corriente realmente esté presente, incluso si el circuito no está visiblemente cerrado. La ubicación exacta de la ruta de retorno depende de la gran pieza de conductor que tenga cerca (por ejemplo, un archivador, tuberías, etc.). Es posible definir una impedancia mutua , de forma muy parecida a como se define la inductancia mutua entre las bobinas de un transformador.

Un transformador es eléctrico y magnético. ¡No es estrictamente magnético, por lo que no tiene sentido pedir un dual eléctrico! En cambio, podemos preguntarnos 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 ingresa a través del núcleo primario induce un flujo de corriente en la bobina, lo que induce un campo magnético cambiante en el núcleo secundario.

Ahora bien, existe otra dualidad, la que existe entre corriente y voltaje. El transformador no tiene dual en ese sentido porque en realidad cambia de impedancia. Podríamos preguntar, ¿qué es un dispositivo que trata la admitancia como la impedancia (siendo los dos 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 admitancia en dos son el mismo transformador, solo que se usan en la dirección opuesta.

Bien, he estado persiguiendo esto en mi cabeza durante meses. He construido un par de prototipos, como un ejercicio de comprensión de los campos involucrados. Finalmente tengo una respuesta que puedo creer.

Digamos que tiene el concepto original, un capacitor dentro de un capacitor. Compara eso 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 capacitancia para las placas de cada lado. Los 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 solo tres condensadores. Y el que está en el secundario realmente no agrega nada, solo crea un divisor de voltaje. Obtendrá eso cuando conecte una carga de todos modos.

Esto tiene algunas propiedades muy similares a un transformador. DC no puede pasar de primario a secundario, pero AC sí. Esto hace que el sistema esté galvánicamente aislado. Sin embargo, ¡esto no lo hace necesariamente aislado a efectos prácticos! Si pones CA entre el primario y el secundario de un transformador ideal, no pasa nada. Si coloca CA entre el primario y el secundario de este circuito, obtiene mucho flujo de corriente. Por lo tanto, esto fallaría en una prueba de alto potencial de CA, y el ruido de modo común en un lado se transferiría felizmente al otro.

Si esos no son problemas para una aplicación, puede haber algunas ventajas sobre un transformador magnético. Por un lado, puede transferir más potencia a frecuencias más altas, algo a la inversa de un transformador. (Dependiendo del transformador, por supuesto). No hay obscuridades de materiales y geometrías centrales con las que lidiar. 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 ESR en los condensadores, que espero que sea mucho menor. ¡Y es seguro para CC! Si pones CC en un transformador, el núcleo se satura y probablemente rompas algo. Pon DC en esto, y no pasa absolutamente nada.

Ahora, ¿por qué no podemos dar un paso adelante, 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 puede exponer un conductor al campo eléctrico de otro conductor; el campo eléctrico de un capacitor implica por definición dos conductores, y si intentas introducir un tercero, solo mueve algunos de los puntos de terminación. (Versión de dibujos animados, no soy físico). Pero un campo magnético siempre termina donde comienza, por lo 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, comenzando y terminando en polos opuestos del mismo imán, formando bucles. ¡Divertidamente, 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 dual sería dos conductores que comparten un campo eléctrico. En otras palabras, el dual del transformador es un par de condensadores.

Sí hay. Es "guía de onda acoplada a ranura". Aunque no es tan puro como solo 2 condensadores acoplados, está casi 100% basado en capacitancia e involucra inductancia inherente y núcleo de aire magnético y más conductores.

¿Responde William Beaty a su pregunta en "CIRCUITOS DE ÁNGULO RECTO - o - Electrónica de CA para mentes alienígenas" ?

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 medio 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 medio que atraviesa el centro de cada uno.

El problema principal es que los inductores involucran " espacio conectado múltiple ".." Con campos electrónicos puramente electrostáticos, si una carga se mueve del punto A al punto B, siempre atraviesa la misma caída de potencial, independientemente del camino loco que pueda tomar. Pero con campos b cambiantes agregados a la mezcla, si un la carga que viaja de A a B debe hacer uno, dos, tres círculos que encierran un flujo magnético cambiante, luego la carga atraviesa una caída de potencial de 1x o 2x o 3x. Cuando no pasa a través del "espacio simplemente conectado", el camino que toma puede afectar el acumulado Por lo tanto, en cuanto al voltaje, si gira alrededor de un círculo, nunca volverá a su punto de partida, y si gira y gira repetidamente, terminará cada vez más lejos del lugar donde comenzó (y, por lo tanto, si empuja tu mano a través de una bobina con una corriente de rápido aumento, ¡una MANO FUNDAMENTALMENTE DIFERENTE sale del otro lado!)

Si tuviéramos conductores de "magneticidad" llenos de monopolos magnéticos móviles, entonces una bobina enrollada a partir de dicho conductor sería mucho mejor Dual que una bobina convencional.

Aquí hay un dual no dual. Haz un capacitor con un dieléctrico muy largo, como una varilla PZT que conecta las dos placas. Ahora doble la varilla y gírela en espiral para formar una bobina. (O tal vez colarlo y luego hornearlo para que se endurezca). Aplique CA a las placas del condensador 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. Mmm. Aunque no totalmente desperdiciado. Probablemente podríamos conectar varillas de cerámica similares a un transformador de letrero de neón y luego saltar un arco entre sus extremos. Es posible que no funcione bien a 60 Hz, así que use uno de esos controladores de neón de estado sólido de 30 KHz.

Un condensador configurado como un filtro de paso alto transfiere información (y energía) a través del espacio utilizando el campo eléctrico.

Vale la pena señalar en este contexto que el "condensador" habitual que coloca en un tablero tiene dos polos, pero no hay nada necesario en este arreglo. Un conductor suelto colgando en el espacio tiene una capacitancia (¡pequeña!) y es un capacitor.

No sé si el modelo de tres condensadores anterior es realmente un análogo del concepto de cuatro placas. (Algo sobre lo que he estado desconcertado durante los últimos 5 años más o menos sin la oportunidad de hacer ningún 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 sea alta para proporcionar bajas reactancias para los dos capacitores), podríamos decir que si Q = CV y ​​Q1 = Q2, entonces

C1V1 = C2V2 y tienes algo que es el dual de Turns Ration para Transformers.

Los transformadores inductivos, lo 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 dual.

Como la transformación se basa en el constante intercambio de carga de HF, podría llamarlo "Condensador de flujo", ¡excepto que creo que se toma ese nombre! :)

Mi dirección de correo electrónico es jeffrey.stokes@tafensw.edu.au. 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 más alta que la del secundario. Hacer que el Primario sea el par interno de placas sería la forma más fácil ya que la distancia dieléctrica es naturalmente mayor. Si de hecho C1V1 = C2V2 como me han sugerido mis experimentos mentales, entonces, en el primario, tendríamos una capacitancia más alta y un voltaje más bajo. En el Secundario tendríamos una capacitancia más baja y un voltaje más alto.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

He ideado un experimento usando láminas delgadas de aluminio, película de plástico y tornillos de nailon para unir un práctico dispositivo de 4 placas. La conexión eléctrica se realizará en el borde de cada placa. Usaré un suministro de 100 kHz y una carga de 1 kOhm. Publicaré mis resultados aquí e incluiré imágenes de las olas, así como la entrada y salida de corriente RMS. Reduciré a la mitad la frecuencia y verificaré el "acoplamiento". Además, disminuiré la capacitancia para el par externo insertando capas adicionales de película y determinaré si eso tiene el efecto de aumentar el voltaje de salida como predigo que debería.