¿Hay un dual del transformador?

Los condensadores e inductores son duales entre sí .

Un transformador está hecho de dos inductores, y transfiere energía a través de la inductancia mutua , a través del campo cercano magnético (¿verdad?) Además, puede variar la relación de voltajes o corrientes cambiando la relación de vueltas en el núcleo. Podría pensar en esto como unir un solo bucle primario con muchos bucles secundarios y luego apilar los bucles secundarios para que se sumen sus voltajes de salida.

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

Sé que se puede construir un suministro aislado usando 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 tal vez algo relacionado con esto?

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Por ejemplo, hay divisores de voltaje capacitivos, pero estos solo reducen el voltaje, no pueden aumentarlo como un autotransformador. Hay bombas de carga, pero requieren elementos activos como interruptores o diodos, que no están presentes en un transformador.

Más sucintamente: ¿Hay alguna forma de transformar la potencia (1 V, 5 A en primaria a 5 V, 1 A en secundaria) usando campos eléctricos en lugar de campos magnéticos y solo componentes pasivos? ¿Si no, porque no? (¿Detección de campo eléctrico?)

En realidad, esto es algo común de preguntarse.

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

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También puede echar un vistazo a " Circuitos magnéticos ". Puede comenzar a aprender algunos términos divertidos cuando profundice en 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 puede descomponerse en un circuito magnético que funciona igual que un circuito eléctrico con diferentes unidades. Los circuitos magnéticos son análogos a los circuitos eléctricos , con los cuales 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 mucho 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 giraba en torno a un dieléctrico, haría el trabajo.

En relación con el condensador dentro del otro

SI lo más pequeño se hace más grande, terminará actuando como dos condensadores de acoplamiento con una resistencia en serie entre ellos, ya que se hace más pequeño, el campo eléctrico general será mínimo, pero podría poner un gran campo E grande allí, no casi tan efectivo como un transformador.

Comenzaré diciendo que no estoy seguro. Sin embargo, me inclino a decir que no. Los transformadores no son componentes eléctricos "elementales". Los condensadores e inductores (y las resistencias) son todos dispositivos de impedancia fundamentales (complejos).

Un transformador es una composición de dos inductores. Como notó, transforma la energía a través del principio de inductancia magnética. En particular, funciona sobre la base del efecto secundario espacial de la corriente que fluye a través de una bobina (es decir, el acoplamiento de líneas de campo magnético variables en el tiempo). Toda la "acción" en un condensador se limita a lo que está sucediendo entre las placas, por así decirlo.

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

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

Un transformador es eléctrico y magnético. ¡No es estrictamente magnético, por lo que no tiene sentido pedir un doble eléctrico! En cambio, podemos preguntar 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 el flujo de corriente en la bobina, lo que induce un campo magnético cambiante en el núcleo secundario.

Ahora hay otra dualidad, entre corriente y voltaje. El transformador no tiene doble en ese sentido porque en realidad cambia la impedancia. Podríamos preguntar, ¿qué es un dispositivo que trata la admisión como la impedancia (esos dos son duales). Pero eso es realmente solo el transformador, solo con una relación invertida de bobinados. 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 usa en la dirección opuesta.

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

Digamos que tiene el concepto original, un condensador dentro de un condensador. Compare eso con esto:

Yo diría que este circuito es idéntico a nuestra disposición 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 capacidad para las placas a cada lado. Los hemos dibujado como dos placas separadas sin impedancia entre ellas, pero eso no cambia nada eléctricamente. Ahora el circuito parece más familiar. En realidad son solo tres condensadores. Y el que está a través del secundario realmente no agrega nada, solo crea un divisor de voltaje. Obtendrá eso cuando adjunte una carga de todos modos.

Esto tiene algunas propiedades muy similares a un transformador. DC no puede pasar de primaria a secundaria, pero AC sí. Esto hace que el sistema esté aislado galvánicamente. Sin embargo, esto no necesariamente lo hace aislado para fines prácticos. Si coloca 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, obtendrá un gran flujo de corriente. Por lo tanto, esto fallaría en una prueba de alta potencia 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 en esto sobre un transformador magnético. Por un lado, puede transferir más potencia a frecuencias más altas, algo inverso a un transformador. (Dependiendo del transformador, por supuesto). No hay que oscurecer los materiales del núcleo y las geometrías con las que lidiar. 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 por devanado, todo lo que tenemos es la pérdida de ESR en los condensadores, que esperaría que fuera mucho más baja. ¡Y es DC-safe! Si coloca CC en un transformador, el núcleo se satura y probablemente rompa algo. Pon DC en esto, y no pasa absolutamente nada.

Ahora, ¿por qué no podemos avanzar, 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 condensador implica, por definición, dos conductores, y si intenta 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 exponerse 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, comienzan y terminan en polos opuestos del mismo imán, formando bucles. De manera divertida, ¡el comentario de @JustJeff se invirtió! ¡Realmente necesitamos un dipolo eléctrico, no un monopolo magnético!

Si un transformador tiene 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.

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

Mi idea de un 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 si bien un inductor por sí solo es un sistema autónomo y no necesita irradiar energía, una armadura de condensador siempre estará 'buscando su par' e irradiará en mayor o menor medida. Dicho de otra manera, si tiene un cable e inyecta corriente (alta frecuencia), es muy probable que la corriente esté presente, incluso si el circuito no está visiblemente cerrado. El lugar exacto donde se encuentra la ruta de retorno depende de qué gran pieza de conductor tenga cerca (por ejemplo, archivador, plomería, etc.). Es posible definir una impedancia mutua , de la misma manera que se define la inductancia mutua entre bobinas en un transformador.

¿Responde William Beaty a su pregunta en "CIRCUITO DE ÁNGULO CORRECTO - 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 principal problema es que los inductores implican " espacio conectado de forma múltiple. "Con campos electrónicos puramente electrostáticos, si una carga se mueve desde el punto A al punto B, siempre atraviesa la misma caída de potencial, independientemente del camino loco que pueda tomar. Pero si se agregan campos B cambiantes a la mezcla, si un la carga que viaja de A a B debe hacer uno, dos, tres círculos que encierran el 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 la acumulación potencial. Entonces, en cuanto al voltaje, si da la vuelta a un círculo, nunca regresa a su punto de partida, y si da vueltas y vueltas repetidamente, termina más y más lejos del lugar donde comenzó (y, por lo tanto, si empuje su mano a través de una bobina con una corriente de rápido aumento, ¡una MANO FUNDAMENTAMENTE DIFERENTE sale del otro lado!)

Si tuviéramos conductores de "magnetidad" llenos de monopolos magnéticos móviles, entonces una bobina enrollada de tal conductor sería mucho mejor que una bobina convencional.

Aquí hay un dual no dual. Haga un condensador con un dieléctrico muy largo, como una barra PZT que conecta las dos placas. Ahora doble la varilla y gírela en espiral para formar una bobina. (O tal vez lo eche y luego hornee para endurecer). Aplique CA a las placas del condensador que ha conectado a los extremos de la barra dieléctrica. Ratas, solo genera un campo magnético, igual que cualquier bobina, a pesar de que la "bobina" es un aislante. Hmm Aunque no totalmente desperdiciado. Probablemente podríamos conectar varillas de cerámica similares a un transformador de letrero de neón, luego saltar un arco entre sus extremos. Puede que no funcione bien a 60Hz, así que use uno de esos controladores de neón de estado sólido de 30KHz.

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

Vale la pena señalar en este contexto que el "condensador" habitual que se coloca en una placa tiene dos polos, pero no hay nada necesario sobre esta disposición. Un conductor suelto que cuelga en el espacio tiene una capacitancia (¡pequeña!) Y es un capacitor.

No sé si el modelo de tres condensadores anterior es de hecho un análogo del concepto de cuatro placas. (Algo que he estado desconcertando durante los últimos 5 años más o menos sin la oportunidad de hacer un estudio experimental exhaustivo).

Me gustaría proponer que el efecto capacitivo necesita 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 de conexión 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 es alta para proporcionar bajas reactancias para los dos condensadores) podríamos decir que si Q = CV, y Q1 = Q2 entonces

C1V1 = C2V2 y tienes algo que es el doble de la Ración de Turnos para Transformadores.

Los transformadores inductivos, sabemos, son mejores a baja frecuencia. La transformación, y la transferencia de energía a través de la electrostática, sería mejor a alta frecuencia, como lo implicaría el dual.

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

Mi dirección de correo electrónico es [email protected]. Invitaría 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 secundaria. Hacer que el primario sea el par de placas interno sería la forma más fácil ya que la distancia dieléctrica es naturalmente mayor. Si efectivamente C1V1 = C2V2, como me han sugerido mis experimentos mentales, entonces, en la primaria, tendríamos una capacitancia más alta y un voltaje más bajo. En Secundaria tendríamos una capacitancia más baja y un voltaje más alto.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

He ideado un experimento utilizando una delgada lámina de aluminio, una película de plástico y tornillos de nylon para mantener unido 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 actual de RMS. Les reduciré a la mitad la frecuencia y comprobaré 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.