我正在嘗試製造一個將12V AC電源轉換為5V AC的變壓器。這是我現在所擁有的:
我還沒有調整線圈比,但是我只是嘗試看看是否有將是任何輸出,實際上沒有任何輸出。我測試了鐵芯,它是鐵磁性的,所以我猜測是因為鐵芯的中心是空的(它是一根管子),或者因為螺線管無法對齊並且鐵芯必須是圓形,所以它無法工作。 >
如果有人可以向我解釋該設計有什麼問題以及為什麼它不起作用(或為什麼應該如此),我將不勝感激。
我正在嘗試製造一個將12V AC電源轉換為5V AC的變壓器。這是我現在所擁有的:
我還沒有調整線圈比,但是我只是嘗試看看是否有將是任何輸出,實際上沒有任何輸出。我測試了鐵芯,它是鐵磁性的,所以我猜測是因為鐵芯的中心是空的(它是一根管子),或者因為螺線管無法對齊並且鐵芯必須是圓形,所以它無法工作。 >
如果有人可以向我解釋該設計有什麼問題以及為什麼它不起作用(或為什麼應該如此),我將不勝感激。
核心不必是圓形的,但必須是封閉的,否則鏈接的通量將非常低。
此外,管道為空的事實並不能改善這種情況,因為磁通量集中在磁導率較高的地方,即在磁心中,但是在您的情況下,磁心的淨面積很小。實際上,線圈的大部分區域都充滿了空氣,空氣的滲透性很差。
您不能用一條簡單的鐵絲將鐵心封閉。這將是無效的,因為助焊劑將被限制在導線的較小部分。請記住,磁通量遵循一種稱為“磁路的歐姆定律”,稱為霍普金森定律。
電阻的作用由稱為磁阻的量承擔,它與磁通量在其中流動的磁芯的淨面積成比例。通量類似於電流。因此,一個很小的部分將極大地限制通量。由於電壓的作用是由磁通勢(MMF)決定的,它取決於線圈中的電流,因此您可以理解,在初級電流相同且磁通量高的情況下,磁阻較高
如果限制在電線的一小部分中,通量將很小,因此次級中的感應電流將很小。磁芯將飽和(強烈的非線性效應),其導磁率將急劇下降,從而使您無法進行嘗試。勉強。因此,您需要一個截面大致恆定的鐵磁材料製成的閉合路徑,因為截面的任何變窄都會增加磁阻。
編輯(由@Asmyldof提出有用的評論)
儘管我在上面解釋了為什麼您的設置對於電源變壓器無效,並且解釋仍然有效,但是在處理變壓器操作時仍需要注意一些問題。 這篇關於變壓器的有趣文章有漂亮的圖片,並更詳細地研究了該主題。我將在下面簡要指出兩個關鍵方面。
如我所說,要在初級繞組和次級繞組之間實現高耦合,您需要低磁阻和閉芯。這需要具有閉合磁路的實心磁芯。相對於您的設置,這將改善情況,但請注意,使用鐵一樣導電的鐵磁芯也有其缺點。
首先(對於電力變壓器而言,這非常重要)有核心功率損耗。如果磁芯由良好的導電材料製成,則會在其橫截面中感應出渦流,這將通過焦耳熱(如在電阻器中)引起功率損耗。這不是鐵心損耗的唯一來源,但對於導電鐵心,通常是最重要的。因此,使用實心的鐵棒作為變壓器鐵心,您可能會損失加熱鐵心本身的大量功率(這就是為什麼鐵製鐵心不是實心的,它們仍然是“填充”的,而是層壓的,即由多層絕緣材料製成)。
第二個關鍵方面是飽和度。如果您將初級電流增加到某個極限,則磁芯將飽和並且磁導率會下降,因此磁阻會上升。在這種情況下,具有不完全閉環的核心是有益的。實際上,有時會用較小的氣隙構建磁芯,即,磁芯形成了幾乎閉合的環路,但並非完全閉合。小的氣隙比其餘磁芯具有更高的磁阻,因此它增加了磁芯+間隙的整體磁阻,這似乎很糟糕,但是優點是該間隙有助於使磁芯線性化,即限制了飽和效應。而且,間隙很小(例如大約一張紙的厚度),這可以防止磁通量分散在鐵心周圍的空間中,因此不會使整體耦合變得更糟。
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從某種意義上說,它會“工作”,就像其他任何變壓器一樣,但是由於磁通迴路僅通過磁芯一端到另一端的磁場洩漏而閉合,因此其磁阻會很大,因此,效率要比您想要的低得多。通常將其建模為“漏感”。
使用次級開路測量初級電感。這稱為初級電感。重新測量次級短路,您將看到初級電感略有減小,因為您將“漏電感”與之並聯放置。計算漏感將使您能夠計算變壓器的損耗。
在一個好的變壓器中,漏感是初級電感的1%或更小:在您的變壓器中,漏感可能是初級電感的10倍或更多。
實際上,如果您看一下鐵氧體在AM收音機中使用桿狀天線,您會看到多個繞組;它既充當天線,調諧電路又充當變壓器。最小的繞組將一小部分能量從調諧電路轉移到RF放大器和混頻器中。
但這不是有效的功率轉換變壓器。
您可以通過以下方法進行改進將桿彎曲成“ U”形或更好的形狀,將其彎曲成帶間隙的圓環,則助焊劑只需跳過間隙,從而降低磁阻。隨著間隙寬度的減小,磁阻也會減小,漏感也會減小,從而提高了變壓器的效率。
最好的是完全閉合間隙
但是,有時故意留一個小縫隙(由一張紙的厚度設置!),以保持磁通密度降低,以避免磁芯飽和。這通常是在信號變壓器中完成的,在信號變壓器中,飽和引起的失真是一個問題,而不是在功率轉換變壓器中。
不,磁性材料不需要形成閉環,但這將使您可以在相同功率下製造更小的變壓器。磁場線將始終處於迴路中,唯一的問題是您是否提供了易於跟踪的好材料。
但是,您遇到的問題是您使用的是導電芯。金屬管充當短路次級,使次級繞組幾乎沒有機會拾取任何東西。您已經建造了感應加熱器,而不是變壓器。
此外,您正在將AC接入初級線圈,對嗎?變壓器只能在交流電上工作。磁場的變化會在次級上感應出電壓。
如其他答案中所述,是的,它應該可以工作,只是在電力傳輸較差的情況下(以及使用交流電時)。
實際上,您所擁有的已經非常接近 LVDT位置帶有單個次級線圈的傳感器。
如果將一根鋼棒卡在管道內部,則可以改變耦合併獲得變化的輸出信號。可以通過使用細的塑料管和占用盡可能多的中心空間的鐵條來改善此效果。請注意,這不一定會使它成為適合您目的的更好的變壓器,但是有意思的是。
從圖片中可以看出,線圈彼此相鄰放置。這種配置使您在次級繞組上切割的磁通量最少。為了改善耦合,您需要將次級線圈纏繞在初級線圈的頂部。聯軸器的“效率”取決於您用作磁芯的方式(空氣,空心管,實心管等),但是變壓器必須起作用!如果在初級上使用200匝,在次級上使用100匝,則輸出應為輸入電壓的1/2。電線的尺寸將決定繞組的電流能力,而不決定電壓。