Bisakah transformator bekerja jika inti tidak melingkar?

Saya mencoba membangun transformator untuk mengubah daya 12V AC ke 5V AC. Inilah yang saya miliki sekarang:

Saya belum menyesuaikan rasio koil tapi saya mencoba hanya untuk melihat apakah akan ada output dan pada kenyataannya tidak ada. Saya menguji inti dan feromagnetik, jadi dugaan saya apakah itu tidak dapat bekerja karena pusat inti kosong (itu adalah pipa), atau karena solenoida tidak dapat disejajarkan dan inti harus melingkar.

Saya akan sangat menghargai jika seseorang dapat menjelaskan kepada saya apa yang salah dengan desain itu dan mengapa itu tidak berhasil (atau mengapa itu harus).

Inti tidak perlu melingkar, tetapi harus ditutup, jika tidak, fluks yang terhubung akan sangat rendah.

Selain itu, fakta bahwa pipa kosong tidak memperbaiki situasi, karena fluks terkonsentrasi di mana ada permeabilitas yang lebih tinggi, yaitu dalam inti, tetapi bagian bersih inti dalam kasing Anda kecil. Bahkan sebagian besar bagian dari kumparan diisi dengan udara, yang memiliki permeabilitas yang buruk.

Anda tidak dapat menutup inti dengan sepotong kawat besi sederhana. Ini tidak akan efektif, karena fluks akan dibatasi di bagian yang lebih kecil dari kawat. Ingatlah bahwa fluks mematuhi semacam "hukum Ohm untuk sirkuit magnetik", yang disebut hukum Hopkinson .

Peran resistensi diambil oleh kuantitas yang dikenal sebagai keengganan , yang sebanding dengan bagian bersih inti di mana fluks mengalir. Fluks analog dengan arus. Oleh karena itu bagian kecil akan sangat membatasi fluks. Karena peran tegangan diambil oleh gaya magnetomotive (MMF) yang tergantung pada arus dalam koil, Anda dapat memahami bahwa dengan arus yang sama pada primer dan keengganan yang tinggi karena fluks yang terkendala pada sedikit bagian kawat. , fluks akan kecil, dan karenanya arus induksi dalam sekunder akan kecil.

Jika Anda mencoba untuk memompa lebih banyak arus di primer, hasilnya adalah bahwa inti akan jenuh (efek yang sangat non-linear), dengan konsekuensi permeabilitasnya akan turun secara drastis, membatalkan usaha Anda.

Untuk memiliki cukup sambungan antara kedua kumparan, Anda memerlukan sirkuit magnetik tertutup dengan keengganan yang rendah. Oleh karena itu Anda memerlukan jalur tertutup yang terbuat dari bahan feromagnetik dengan bagian yang kurang lebih konstan, karena setiap penyempitan di bagian tersebut akan meningkatkan keengganan.

EDIT (diminta oleh komentar yang berguna oleh @ Asmyldof)

Meskipun, saya menjelaskan di atas mengapa pengaturan Anda tidak efisien untuk transformator daya , dan penjelasannya masih berlaku, ada beberapa masalah yang harus diperhatikan ketika berhadapan dengan operasi transformator. Artikel menarik tentang transformer ini memiliki gambar-gambar bagus dan menyelidiki subjek secara lebih rinci. Saya akan menunjukkan secara singkat dua aspek utama di bawah ini.

Seperti yang saya katakan, untuk dapat memiliki sambungan tinggi antara belitan primer dan sekunder, Anda perlu keengganan rendah dan inti tertutup. Ini panggilan untuk inti padat dengan jalur magnet tertutup. Relatif terhadap pengaturan Anda, ini akan meningkatkan situasi, tetapi perlu diketahui bahwa menggunakan inti feromagnetik yang juga melakukan listrik, seperti besi, memiliki kelemahan.

Pertama (dan sangat penting untuk transformator daya) ada kehilangan daya inti. Jika inti terbuat dari bahan konduktor yang baik, arus eddy akan diinduksi pada penampang dan ini akan menyebabkan hilangnya daya oleh pemanasan Joule (seperti pada resistor). Ini bukan satu-satunya sumber kerugian inti, tetapi untuk inti konduktif itu biasanya yang paling relevan. Oleh karena itu menggunakan batang besi padat sebagai inti transformator Anda berisiko kehilangan banyak daya memanaskan inti itu sendiri (itu sebabnya inti yang terbuat dari besi tidak padat, mereka masih "diisi", tetapi dilaminasi, yaitu dibuat oleh banyak lapisan bahan terisolasi).

Aspek kunci kedua adalah saturasi . Jika Anda meningkatkan arus primer pada batas tertentu, inti akan jenuh dan permeabilitas akan turun, maka keengganan akan naik. Memiliki inti loop yang tidak sepenuhnya tertutup, dalam hal ini, menguntungkan. Bahkan kadang-kadang inti dibangun dengan celah udara kecil, yaitu inti membentuk loop hampir tertutup, tetapi tidak cukup. Celah udara kecil memiliki keengganan yang jauh lebih tinggi daripada sisa inti, karenanya meningkatkan keengganan keseluruhan dari celah inti +, yang tampaknya buruk, tetapi keuntungannya adalah bahwa celah tersebut membantu linearisasi inti, yaitu membatasi efek saturasi. Selain itu, celahnya sangat kecil (katakanlah tentang ketebalan selembar kertas) dan ini mencegah fluks dari menyebar di ruang sekitar inti, sehingga tidak memperburuk keseluruhan kopling terlalu banyak.

Tautan menarik lainnya tentang transformer:

• Dasar-Dasar Transformers

• Konstruksi Transformers

Ini akan "bekerja" dalam arti, sama seperti transformator lainnya, tetapi karena sirkuit fluks hanya ditutup oleh kebocoran medan magnet dari satu ujung inti ke ujung lainnya, keengganannya akan sangat besar, dan karena itu akan jauh kurang efisien daripada yang Anda inginkan. Ini biasanya dimodelkan sebagai "induktansi kebocoran".

Ukur induktansi primer dengan sirkuit terbuka sekunder. Ini disebut induktansi primer. Ukur kembali dengan korsleting sekunder dan Anda akan melihat induktansi primer berkurang sedikit, karena Anda telah menempatkan "induktansi kebocoran" secara paralel dengannya. Menghitung kebocoran induktansi akan memungkinkan Anda menghitung kerugian itu trafo Anda.

Pada transformator yang baik, induktansi kebocoran adalah 1% atau kurang dari induktansi primer: pada induktansi Anda mungkin 10x induktansi primer atau lebih.

Sebenarnya jika Anda melihat antena batang ferit di radio AM, Anda akan melihat beberapa gulungan; berfungsi baik sebagai antena, sirkuit disetel, dan transformator. Belitan terkecil mentransfer sebagian kecil energi dari sirkuit yang disetel ke amplifier dan mixer RF.

Tapi itu bukan transformator yang efektif untuk konversi daya.

Anda dapat memperbaikinya dengan menekuk batang menjadi "U" atau lebih baik, bulat menjadi cincin dengan celah, maka fluks hanya harus melompat celah, memberikan keengganan yang lebih rendah. Ketika Anda mengurangi lebar celah, keengganan berkurang, demikian juga kebocoran induktansi, meningkatkan efisiensi transformator.

Yang terbaik dari semuanya adalah menutup celah sepenuhnya

Namun, kadang-kadang ada celah kecil yang tersisa (diatur oleh ketebalan selembar kertas!) Dengan sengaja, untuk menjaga kerapatan fluks turun untuk menghindari jenuh inti. Ini biasanya dilakukan pada transformator sinyal, di mana distorsi dari saturasi merupakan masalah, bukan pada transformator konversi daya.

Tidak, bahan magnetik tidak perlu membentuk loop tertutup, tetapi itu akan memungkinkan Anda membuat transformator yang lebih kecil untuk jumlah daya yang sama. Garis medan magnet akan selalu dalam satu lingkaran, satu-satunya pertanyaan adalah apakah Anda memberikan materi yang bagus agar mudah diikuti atau tidak.

Namun, masalah dalam kasus Anda adalah bahwa Anda menggunakan inti konduktif. Pipa logam bertindak sebagai sekunder hubung singkat, memberi Anda peluang sekunder yang berliku untuk mengambil banyak hal. Anda telah membangun pemanas induksi, bukan transformator.

Juga, Anda menempatkan AC ke utama, kan? Transformer hanya berfungsi pada AC. Ini adalah perubahan medan magnet yang menginduksi tegangan melintasi sekunder.

Seperti yang dinyatakan dalam jawaban lain ya itu harus bekerja, hanya dengan transfer daya yang buruk (selama Anda menggunakan AC).

Sebenarnya apa yang Anda miliki cukup dekat dengan transduser posisi LVDT dengan kumparan sekunder tunggal.

Jika Anda memasang batang baja di bagian dalam pipa, Anda dapat memvariasikan kopling dan mendapatkan sinyal keluaran yang bervariasi. Efek ini dapat ditingkatkan dengan menggunakan pipa plastik tipis, dan batang besi yang memakan ruang tengah sebanyak mungkin. Memperhatikan hal ini tidak akan membuatnya menjadi transformator yang lebih baik untuk tujuan Anda tetapi merupakan hal yang menarik.

Dari gambar, tampak bahwa Anda menempatkan gulungan "di sebelah" satu sama lain. Konfigurasi ini memberi Anda jumlah pemotongan fluks paling sedikit pada belitan sekunder. Untuk meningkatkan kopling, Anda harus memutar gulungan sekunder di atas primer. "Efisiensi" kopling akan tergantung pada apa yang Anda gunakan sebagai inti (udara, pipa berongga, pipa solid, dll.), Tetapi tindakan transformator harus bekerja! Jika Anda menggunakan 200 putaran primer dan 100 putaran sekunder, output harus 1/2 dari tegangan input. Ukuran kabel akan menentukan kemampuan belitan saat ini, tetapi tidak pada voltase.