Есть ли двойной трансформатор?

Конденсаторы и индукторы являются двойниками друг друга .

Трансформатор состоит из двух индукторов и передает энергию через взаимную индуктивность , через магнитное ближнее поле (верно?). Кроме того, вы можете изменять соотношение напряжений или токов, изменяя соотношение витков на сердечнике. Вы можете подумать об этом как о соединении одного первичного контура со многими вторичными контурами, а затем о штабелировании вторичных контуров, чтобы их выходные напряжения суммировались.

Есть ли электрический двойник трансформатора? Что-то, что использует емкость и передает энергию через электрическое ближнее поле через изолирующий барьер? Какой-нибудь способ соединить один первичный конденсатор с несколькими вторичными конденсаторами, а затем сложить их для преобразования энергии путем суммирования их выходов?

Я знаю, что изолированный источник питания может быть построен с использованием двух конденсаторов, но я не уверен, является ли он точно двойным или есть ли эквивалент для регулировки отношения витков:

источник

Или, может быть, что-то связано с этим?

источник

Например, существуют емкостные делители напряжения, но они только снижают напряжение, но не могут увеличить его, как автотрансформатор. Существуют зарядные насосы, но для них требуются активные элементы, такие как переключатели или диоды, которых нет в трансформаторе.

Вкратце: существует ли способ преобразования мощности (1 В, 5 А на первичной обмотке в 5 В, 1 А на вторичной обмотке) с использованием электрических полей вместо магнитных полей и только пассивных компонентов? Если нет, то почему нет? (Экранирование электрического поля?)

На самом деле, это обычное дело удивляться.

В этом есть двойственность. Если у вас есть устройства с общей обмоткой и магнитным потоком (магнитным «током»), это идеальный вариант для устройств с общим электрическим проводником. Хорошая картинка из Википедии :

2

Вы также можете взглянуть на « Магнитные цепи ». Вы можете начать изучать некоторые забавные термины, когда углубитесь в эти понятия, например, « Магнитная емкость », и кажется, что у моего флюса есть емкость.

То, как вы можете определить, сколько энергии проходит через трансформатор, можно разбить на магнитную цепь, которая работает так же, как электрическая цепь с разными устройствами. Магнитные цепи являются аналогом электрических цепей , с которыми намного проще работать по многим причинам.

Думайте об этом как об источнике напряжения или источнике тока. Они являются прямыми аналогами, но когда вы создаете источник напряжения, это намного проще, чем источник тока.

Примечание

Магнитный поток распределяется в сердечнике из-за того, что магнитный поток перпендикулярен проводу, проблема с электрическим потоком заключается в том, что он направлен между двумя поверхностями, а не зацикливается вокруг. Если бы он зациклился на диэлектрике, работа была бы выполнена.

По отношению к конденсатору внутри другого

Если меньший становится больше, он в конечном итоге будет действовать как два конденсатора связи с последовательным резистором между ними, так как он становится меньше, общее электрическое поле будет минимальным, но вы можете поместить туда большое большое E-поле, а не почти так же эффективно, как трансформатор.

Начну с того, что точно не знаю. Однако я склонен сказать нет. Трансформаторы не являются "элементарными" электрическими компонентами. Конденсаторы и индукторы (и резисторы в этом отношении) являются основными (сложными) устройствами сопротивления.

Трансформатор представляет собой композицию из двух индукторов. Как вы заметили, он преобразует энергию по принципу магнитной индуктивности. В частности, он работает на основе пространственного побочного эффекта тока, протекающего через катушку (т. Е. Связи изменяющихся во времени линий магнитного поля). Все «действия» в конденсаторе, так сказать, ограничиваются тем, что происходит между пластинами.

Наиболее близкой вещью, которую я могу придумать к двойной аналогии с тем, что происходит в трансформаторе, является идея емкостной связи, которая вызывает "перекрестные помехи" между соседними трассами в высокоскоростных сигнальных шинах ...

да, вы можете, по крайней мере, уйти в отставку, вы можете использовать колпачки, как резистивный мост - положите два последовательно, скажем, в соотношении 10: 1 (10 нФ и 1 нф) на 110 В переменного тока и измерьте напряжение переменного тока на 10 нФ - вы будете примерно 11 В переменного тока - это довольно неэффективный способ сделать более низкое напряжение - но это дешевый способ, если вам нужно только мА или около того - но чем больше энергии вам нужно подключить (вам нужны большие колпачки), тем более неэффективным он становится ( просто как резистивный делитель)

Трансформатор электрический и магнитный. Он не является строго магнитным, поэтому нет смысла просить электрический двойник! Вместо этого мы можем спросить, что такое трансформатороподобное устройство, в котором магнетизм и электричество меняются местами. Я дам тебе:

Изменяющееся магнитное поле, поступающее через первичный сердечник, вызывает протекание тока в катушке, которое вызывает изменяющееся магнитное поле во вторичном сердечнике.

Теперь есть другая двойственность, это между током и напряжением. В этом смысле трансформатор не имеет двойника, потому что он фактически меняет сопротивление. Мы могли бы спросить, что такое устройство, которое рассматривает вход как сопротивление (эти два являются двойными). Но это действительно только сам трансформатор, только с перевернутым соотношением обмоток. Другими словами, устройство, которое увеличивает импеданс на два, и устройство, которое увеличивает импеданс на два, - это один и тот же трансформатор, просто используемый в противоположном направлении.

Хорошо, я преследовал это в моей голове уже несколько месяцев. Я построил пару прототипов, как упражнение в понимании соответствующих областей. У меня наконец есть ответ, которому я могу верить.

Скажем, у вас есть оригинальная концепция, конденсатор внутри конденсатора. Сравните это с этим:

Я бы сказал, что эта схема идентична нашей схеме с четырьмя пластинами. Каждая из внутренних пластин нашего пакета из четырех пластин по-прежнему является проводником с большой площадью поверхности и большой емкостью к пластинам с обеих сторон. Мы нарисовали их как две отдельные пластины без импеданса между ними, но это электрически ничего не меняет. Теперь схема выглядит более знакомой. Это действительно только три конденсатора. И тот, что на вторичном контуре, на самом деле ничего не добавляет, он просто создает делитель напряжения. Вы получите это, когда приложите нагрузку в любом случае.

Это имеет некоторые очень похожие свойства с трансформатором. DC не может перейти от первичного к вторичному, но AC может. Это делает систему гальванически развязанной. Однако это не обязательно делает его изолированным для практических целей! Если вы поместите переменный ток между первичной и вторичной обмоткой идеального трансформатора, ничего не произойдет. Если вы поместите переменный ток между первичным и вторичным контурами этой цепи, вы получите много тока. Таким образом, это провалило бы тест высокого напряжения переменного тока, и синфазный шум с одной стороны благополучно перешел бы на другую.

Если это не проблема для приложения, это может иметь некоторые преимущества по сравнению с магнитным трансформатором. Во-первых, вы можете передавать больше энергии на более высоких частотах, в некоторой степени обратное преобразователю. (Конечно, в зависимости от трансформатора.) Нет никаких проблем с материалами и геометрией сердечника. Я подозреваю, что он более эффективен, чем трансформатор, хотя у меня нет данных, чтобы продемонстрировать это. Вместо вихревых токов, потерь на гистерезис и потерь на обмотке все, что у нас есть, это потери на ЭПР в конденсаторах, которые, как я ожидаю, будут намного ниже. И это DC-безопасно! Если вы поставите постоянный ток на трансформатор, ядро ​​насыщается, и вы, вероятно, что-то сломаете. Поставь DC на это, и абсолютно ничего не происходит.

Теперь, почему мы не можем подняться, если это действительно двойной трансформатор? Потому что электрические поля и магнитные поля имеют некоторые фундаментальные асимметрии. Электрическое поле начинается с положительного заряда и заканчивается отрицательным зарядом. Вы не можете подвергать проводник электрическому полю другого проводника; электрическое поле конденсатора определенно включает в себя два проводника, и если вы попытаетесь ввести третий, он просто перемещает некоторые из оконечных точек. (Мультипликационная версия, я не физик.) Но магнитное поле всегда заканчивается там, где оно начинается, поэтому один проводник может иметь магнитное поле, которому вторичное устройство может подвергаться с различной геометрией.

Другими словами, это потому, что электрические поля являются однополярными, с каждым концом на отдельной частице. Магнитные поля являются диполярными, начинающимися и заканчивающимися на противоположных полюсах одного и того же магнита, образуя петли. Так забавно, что комментарий @JustJeff был перевернут! Нам действительно нужен электрический диполь, а не магнитный монополь!

Если трансформатор представляет собой два проводника, разделяющих магнитное поле, его двойным будет два проводника, разделяющих электрическое поле. Другими словами, сдвоенный трансформатор представляет собой пару конденсаторов.

Да, есть. Это "щелевой волновод". Хотя он не такой чистый, как всего 2 соединенных конденсатора, но он основан почти на 100% емкости и включает в себя внутреннюю индуктивность, магнитный воздушный сердечник и больше проводников.

Моя идея двойного - это дипольная антенна или, шире говоря, любая антенна .

Я вижу основную трудность в поиске двойственного в том, что линии магнитного поля всегда замкнуты, а линии электрического поля - нет. Это означает, что, хотя индуктор сам по себе является автономной системой и не нуждается в излучении энергии, конденсаторная арматура всегда будет «искать свою пару» и излучать в большей или меньшей степени. Иными словами, если у вас есть провод и ввод тока (высокой частоты), очень вероятно, что ток действительно будет присутствовать, даже если цепь не будет видимо замкнутой. То, где именно находится обратный путь, зависит от того, какой большой кусок проводника у вас есть рядом (например, картотека, сантехника и т. Д.). Можно определить взаимное сопротивление , очень похоже на то, как определяется взаимная индуктивность между катушками в трансформаторе.

Уильям Бити отвечает на ваш вопрос в «ПРАВИЛЬНОЙ УГЛОВОЙ СХЕМЕ - или - Электроника переменного тока для инопланетных умов» ?

Трансформатор часто изображается в виде катушки медного провода слева, катушки медного провода справа и ферритового кольца в середине, проходящего через центр каждого.

В этой статье предлагается возможность использования ферритовой «катушки» слева, ферритовой «катушки» справа и медного кольца в середине, проходящего через центр каждой из них.

Основная проблема заключается в том, что индукторы включают « многосвязное пространство«В чисто электростатических электронных полях, если заряд перемещается из точки А в точку В, он всегда проходит одно и то же падение потенциала, независимо от сумасшедшего пути, по которому он может идти. Но с изменением b-полей, добавленных к смеси, если заряд, движущийся от А к В, должен составлять один, два, три круга, которые заключают в себе изменяющийся магнитный поток, затем заряд пересекает падение потенциала 1x, 2x или 3x. потенциал. Таким образом, с точки зрения напряжения, если вы идете по кругу, вы никогда не вернетесь к своей начальной точке, и если вы будете многократно ходить вокруг и вокруг, вы окажетесь все дальше и дальше от того места, где вы начали (и, следовательно, если вы протолкни руку через катушку с быстрорастущим током, ФУНДАМЕНТАЛЬНО РАЗНАЯ РУКА выходит с другой стороны!)

Если бы у нас были «магнитные» проводники, полные подвижных магнитных монополей, то катушка, намотанная из такого проводника, была бы намного лучше двойной катушки обычной катушки.

Вот недвойственный двойственный. Сделайте конденсатор с очень длинным диэлектриком, как стержень PZT, соединяющий две пластины. Теперь согните стержень и закрутите его, чтобы сформировать катушку. (Или, возможно, отлите его, а затем запекайте, чтобы затвердеть.) Подайте переменный ток на пластины конденсатора, которые вы прикрепили к концам диэлектрического стержня. Крысы, он просто генерирует магнитное поле, как любая катушка, хотя «катушка» является изолятором. Хм. Не совсем впустую, хотя. Возможно, мы могли бы подключить аналогичные керамические стержни к неоновому трансформатору, а затем прыгнуть дугу между их концами. Может не очень хорошо работать при 60 Гц, поэтому используйте один из этих 30 КГц твердотельных неоновых драйверов.

Конденсатор сконфигурирован как фильтр высоких частот, является передача информации (и энергии) через зазор , используя электрическое поле.

В этом контексте стоит отметить, что обычный «конденсатор», который вы помещаете на плату, имеет два полюса, но в этом устройстве нет необходимости. Свободный проводник, висящий в космосе, имеет (маленькую!) Емкость и является конденсатором.

Я не знаю, является ли модель с тремя конденсаторами выше аналогом концепции четырех пластин. (То, о чем я ломал голову последние 5 лет или около того, не имея возможности сделать какое-либо всестороннее экспериментальное исследование.)

Я хотел бы предложить, что емкостный эффект должен окружать внутренние пластины, чтобы гарантировать, что заряд на вторичной обмотке (C1 в исходной диаграмме с 4 пластинами) равен заряду на первичной обмотке. Эта проблема с двойным была указана выше с упоминанием «многосвязного пространства» в отношении магнитной связи катушек трансформатора. Здесь нам нужно иметь электростатическую связь. (Я подбрасываю слова, но надеюсь, вы меня поняли.)

Когда это будет достигнуто (предполагается, что частота источника питания высокая, чтобы обеспечить низкие реактивные сопротивления для двух конденсаторов), мы можем сказать, что если Q = CV, а Q1 = Q2, то

C1V1 = C2V2, и у вас есть что-то, что является двойным от соотношения оборотов для трансформаторов.

Мы знаем, что индуктивные трансформаторы лучше работают на низких частотах. Преобразование - и передача энергии с помощью электростатики - было бы лучше на высокой частоте, как подразумевает двойственное.

Поскольку преобразование основывается на постоянном высокочастотном обмене заряда, вы можете назвать его «Flux Capacitor», за исключением того, что я думаю, что это имя взято! :)

Мой электронный адрес: jeffrey.stokes@tafensw.edu.au. Я хотел бы предложить дальнейшее обсуждение этой идеи.

Позднее редактирование ... Если вы хотите увеличить напряжение, вам просто нужно сделать емкость первичной обмотки намного выше, чем вторичной обмотки. Создание Первичной пары внутренних пластин было бы самым простым способом, поскольку диэлектрическое расстояние естественно больше. Если бы действительно C1V1 = C2V2, как мне подсказали мои мысленные эксперименты, то в первичном случае мы имели бы более высокую емкость и более низкое напряжение. Во Вторичном мы имели бы более низкую емкость и более высокое напряжение.

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Я разработал эксперимент, используя тонкий алюминиевый лист, пластиковую пленку и нейлоновые винты, чтобы соединить практичное устройство с 4 пластинами. Электрическое соединение будет сделано на краю каждой пластины. Я буду использовать источник питания 100 кГц и нагрузку 1 кОм. Я опубликую свои результаты здесь и включу изображения волн, а также среднеквадратичное значение тока на входе и выходе. Я уменьшу их частоту пополам и проверю «связь». Кроме того, я уменьшу емкость для внешней пары, вставив дополнительные слои пленки, и определю, имеет ли это эффект увеличения выходного напряжения, как я и предсказывал.