Y a-t-il un dual du transformateur?

Les condensateurs et les inducteurs sont des duels les uns des autres .

Un transformateur est constitué de deux inductances et transfère la puissance par inductance mutuelle , par le champ proche magnétique (non?). Vous pouvez également faire varier le rapport des tensions ou des courants en modifiant le rapport du nombre de tours du noyau. Vous pourriez penser que cela consiste à coupler une boucle primaire unique avec de nombreuses boucles secondaires, puis à empiler les boucles secondaires afin que leurs tensions de sortie soient additionnées.

Y a-t-il un double électrique du transformateur? Quelque chose qui utilise la capacitance et transfère de l'énergie à travers le champ électrique proche sur une barrière d'isolement? Une façon de coupler un seul condensateur primaire avec plusieurs condensateurs secondaires, puis de les empiler pour faire la conversion de puissance en sommant leurs sorties?

Je sais qu’une alimentation isolée peut être construite à l’aide de deux condensateurs, mais je ne suis pas sûr qu’il s’agisse exactement d’un dual, ou s’il existe un équivalent pour ajuster le rapport de spires:

la source

Ou peut-être quelque chose lié à cela?

la source

Par exemple, il existe des diviseurs de tension capacitifs, mais ceux-ci ne font que réduire la tension, ils ne peuvent pas l'augmenter comme un autotransformateur. Il existe des pompes de charge, mais celles-ci nécessitent des éléments actifs tels que des commutateurs ou des diodes, qui ne sont pas présents dans un transformateur.

Plus succinctement: existe-t-il un moyen de transformer la puissance (1 V, 5 A au primaire en 5 V, 1 A au secondaire) en utilisant des champs électriques au lieu de champs magnétiques et uniquement des composants passifs? Si non pourquoi pas (Criblage de champ électrique?)

En fait, c'est une chose commune à se demander.

Il y a un double à cela. Lorsque vous avez des appareils partageant un enroulement et un flux magnétique communs ("courant magnétique"), ils constituent un dual idéal pour les appareils partageant un conducteur électrique commun. Belle image de Wikipédia :

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Vous pouvez également consulter " Circuits magnétiques ". Vous pouvez commencer à apprendre des termes amusants en abordant ces concepts en détail, comme " Capacité magnétique ", il semble que mon flux ait une capacité.

La façon dont vous pouvez déterminer la quantité d’énergie qui passe à travers un transformateur peut être décomposée en un circuit magnétique qui fonctionne comme un circuit électrique avec différentes unités. Les circuits magnétiques sont analogues aux circuits électriques , avec lesquels il est beaucoup plus facile de travailler pour de nombreuses raisons.

Pensez-y comme une source de tension ou une source de courant. Ce sont des analogues directs, mais quand vous construisez une source de tension, c'est beaucoup plus facile qu'une source de courant.

Note latérale

Le flux magnétique est partagé dans un noyau en raison du fait que le flux magnétique est perpendiculaire au fil. Le problème avec le flux électrique est qu’il pointe entre deux surfaces et qu’il n’est pas bouclé. Si elle tournait autour d'un diélectrique, le travail serait fait.

Par rapport au condensateur à l'intérieur de l'autre

Si le plus petit devient plus grand, il finira par agir comme deux condensateurs de couplage avec une résistance en série entre eux. Plus il est petit, plus le champ électrique est bas, mais vous pouvez placer un grand champ E dans celui-ci, pas presque aussi efficace qu'un transformateur.

Je vais commencer par dire que je ne sais pas avec certitude. Cependant, j'ai tendance à dire non. Les transformateurs ne sont pas des composants électriques "élémentaires". Les condensateurs et les inductances (et les résistances, en l'occurrence) sont tous des dispositifs d'impédance fondamentaux (complexes).

Un transformateur est une composition de deux inducteurs. Comme vous l'avez noté, il transforme l'énergie selon le principe de l'inductance magnétique. En particulier, il fonctionne sur la base des effets secondaires spatiaux du courant traversant une bobine (c'est-à-dire le couplage de lignes de champ magnétique variant dans le temps). Toute "action" dans un condensateur est en quelque sorte confinée à ce qui se passe entre les plaques, pour ainsi dire.

La chose la plus proche à laquelle je puisse penser d'une double analogie avec ce qui se passe dans un transformateur est l'idée d'un couplage capacitif qui provoque une "diaphonie" entre des traces adjacentes dans des bus de signalisation à grande vitesse ...

oui, vous pouvez au moins descendre, vous pouvez utiliser des capuchons comme un pont résistif - mettez deux en série dans un rapport 10: 1 (10nF et 1nf) sur 110 Vca et mesurez la tension alternative sur 10nF - vous aurez voir approximativement 11v AC - c’est un moyen plutôt inefficace de réduire la tension - mais c’est un moyen peu coûteux si vous avez seulement besoin d’un mA ou plus - juste comme un diviseur résistif)

Un transformateur est électrique et magnétique. Ce n'est pas strictement magnétique, donc demander un duel électrique n'a aucun sens! Nous pouvons plutôt nous demander ce qu’est un dispositif de type transformateur dans lequel le magnétisme et l’électricité changent de place. Je te donne:

Un champ magnétique changeant entrant par le noyau primaire induit un flux de courant dans la bobine, ce qui induit un champ magnétique changeant dans le noyau secondaire.

Maintenant, il y a une autre dualité, celle entre courant et tension. Le transformateur n'a pas de double dans ce sens, car il modifie l'impédance. Nous pourrions nous demander quel dispositif traite l’admission comme une impédance (ces deux duels). Mais il s’agit en réalité du transformateur lui-même, avec un rapport de bobines inversé. C'est-à-dire qu'un dispositif qui augmente l'impédance de deux et un dispositif qui augmente l'admittance de deux sont le même transformateur, juste utilisé dans le sens opposé.

D'accord, cela me trotte dans la tête depuis des mois maintenant. J'ai construit quelques prototypes afin de comprendre les domaines concernés. J'ai enfin une réponse que je peux croire.

Supposons que vous ayez le concept original, un condensateur à l'intérieur d'un condensateur. Comparez cela à ceci:

Je dirais que ce circuit est identique à notre arrangement à quatre plaques. Chacune des plaques intérieures de notre empilement de quatre plaques est toujours un conducteur ayant une grande surface et une grande capacité aux plaques de chaque côté. Nous les avons dessinées comme deux plaques distinctes sans impédance entre elles, mais cela ne change rien électriquement. Maintenant, le circuit semble plus familier. C'est vraiment juste trois condensateurs. Et celui du secondaire n’ajoute rien, il crée simplement un diviseur de tension. Vous l'aurez quand même quand vous attacherez une charge.

Cela a des propriétés très similaires à un transformateur. Le contrôleur de domaine ne peut pas passer du primaire au secondaire, mais le peut. Cela rend le système isolé galvaniquement. Cependant, cela ne le rend pas nécessairement isolé à des fins pratiques! Si vous mettez AC entre le primaire et le secondaire d'un transformateur idéal, rien ne se passe. Si vous mettez AC entre le primaire et le secondaire de ce circuit, vous obtenez beaucoup de courant. Cela échouerait donc un test de courant alternatif alternatif, et le bruit de mode commun d'un côté serait transmis avec bonheur à l'autre.

Si cela ne pose pas de problème pour une application, cela peut présenter certains avantages par rapport à un transformateur magnétique. D'une part, vous pouvez transférer plus de puissance à des fréquences plus élevées, un peu l'inverse d'un transformateur. (En fonction du transformateur, bien sûr.) Il n’ya pas d’obscurités sur les matériaux et les géométries de base à traiter. Je soupçonne que c'est plus efficace qu'un transformateur, bien que je n'ai aucune donnée pour le démontrer. Au lieu des courants de Foucault, des pertes par hystérésis et des pertes dans les enroulements, tout ce que nous avons, c'est la perte ESR dans les condensateurs, que je m'attendrais à être beaucoup plus faible. Et c'est DC-safe! Si vous mettez du DC sur un transformateur, le noyau sature et vous cassez probablement quelque chose. Mettez DC sur cela, et absolument rien ne se passe.

Maintenant, pourquoi ne pouvons-nous pas intensifier, si c'est vraiment le double d'un transformateur? Parce que les champs électriques et magnétiques présentent des asymétries fondamentales. Un champ électrique commence par une charge positive et se termine par une charge négative. Vous ne pouvez pas exposer un conducteur au champ électrique d'un autre conducteur; le champ électrique d'un condensateur implique par définition deux conducteurs, et si vous essayez d'introduire un troisième, il ne fait que déplacer certains des points de terminaison. (Version Cartoon, je ne suis pas physicien.) Mais un champ magnétique se termine toujours là où il commence, de sorte qu'un seul conducteur peut avoir un champ magnétique auquel le secondaire peut être exposé avec différentes géométries.

En d'autres termes, c'est parce que les champs électriques sont unipolaires, chaque extrémité se trouvant sur une particule distincte. Les champs magnétiques sont dipolaires, commençant et finissant sur les pôles opposés du même aimant, formant des boucles. Tellement amusant, le commentaire de @JustJeff était inversé! Nous avons vraiment besoin d'un dipôle électrique, pas d'un monopole magnétique!

Si un transformateur est deux conducteurs partageant un champ magnétique, son double serait deux conducteurs partageant un champ électrique. En d'autres termes, le dual du transformateur est une paire de condensateurs.

Oui il y a. C'est un "guide d'onde couplé à une fente". Bien qu'il ne soit pas aussi pur que 2 condensateurs couplés, il repose sur une capacité de près de 100% et implique une inductance inhérente, un noyau magnétique et davantage de conducteurs.

Mon idée d’un double est l’ antenne dipôle , ou plus généralement toute antenne.

Je vois la principale difficulté à trouver un double dans le fait que les lignes de champ magnétique sont toujours fermées, alors que les lignes de champ électrique ne le sont pas. Cela signifie que même si une inductance est un système autonome qui ne doit pas émettre d'énergie, l'armature d'un condensateur sera toujours «à la recherche de sa paire» et émettra plus ou moins de chaleur. En d'autres termes, si vous avez un fil et que vous injectez du courant (haute fréquence), il est très probable que le courant soit réellement présent, même si le circuit n'est pas visiblement fermé. Là où se trouve exactement le chemin de retour, cela dépend du gros conducteur que vous avez à proximité (p. Ex. Classeur, plomberie, etc.). Il est possible de définir une impédance mutuelle , très exactement comme l'inductance mutuelle entre les bobines d'un transformateur.

William Beaty répond-il à votre question dans "CIRCUITS À ANGLE DROIT ou AC Electronics pour Alien Minds" ?

Un transformateur est souvent dessiné comme une bobine de fil de cuivre à gauche, une bobine de fil de cuivre à droite et un anneau de ferrite au milieu passant par le centre de chacun.

Cet article suggère la possibilité d'une "bobine" en ferrite à gauche, d'une "bobine" en ferrite à droite et d'un anneau de cuivre au milieu passant au centre de chacune d'elles.

Le principal problème est que les inducteurs impliquent " multiplier l'espace connecté"Avec les champs électroniques purement électrostatiques, si une charge se déplace d’un point A à un point B, elle traverse toujours la même chute de potentiel, quel que soit le chemin fou qu’elle peut emprunter. Mais avec des champs b changeants ajoutés au mélange, si un la charge se déplaçant de A à B doit former un, deux, trois cercles contenant un flux magnétique variable, puis la charge traverse une chute de potentiel 1x, 2x ou 3x. Si vous ne traversez pas "l'espace simplement connecté", le chemin emprunté peut affecter l'accumulation En termes de tension, si vous contournez un cercle, vous ne revenez jamais à votre point de départ, et si vous vous déplacez encore et encore, vous vous retrouvez de plus en plus loin de l’endroit où vous avez commencé. (Et donc, si vous passez votre main à travers une bobine avec un courant rapide, une MAIN FONDAMENTALEMENT DIFFÉRENTE sort de l’autre côté!)

Si nous avions des conducteurs "à magnétité" remplis de monopôles magnétiques mobiles, une bobine enroulée à partir d'un tel conducteur serait un bien meilleur Dual d'une bobine conventionnelle.

Voici un double non-dual. Fabriquez un condensateur avec un très long diélectrique, comme une tige en PZT reliant les deux plaques. Maintenant, pliez la tige et spiralez-la pour former une bobine. (Ou peut-être le couler puis cuire pour qu'il durcisse.) Appliquez du CA aux plaques de condensateur que vous avez fixées aux extrémités de la tige diélectrique. Les rats génèrent simplement un champ magnétique, identique à celui de n'importe quelle bobine, même si la "bobine" est un isolant. Hmm. Pas totalement perdu cependant. Nous pourrions probablement connecter des tiges en céramique similaires à un transformateur d'enseigne au néon, puis sauter un arc entre leurs extrémités. Peut ne pas fonctionner correctement à 60Hz, utilisez donc un de ces pilotes au néon à semi-conducteurs de 30KHz.

Un condensateur configuré comme un filtre passe - haut, est de transférer l' information (énergie) à travers l'espace à l' aide du champ électrique.

Il convient de noter dans ce contexte que le "condensateur" habituel que vous mettez sur une carte a deux pôles, mais cette disposition n’est pas nécessaire. Un conducteur mal fixé dans l'espace a une (petite!) Capacité et est un condensateur.

Je ne sais pas si le modèle à trois condensateurs ci-dessus est bien un analogue du concept à quatre plaques. (Quelque chose que je me suis demandé depuis environ 5 ans sans que je puisse faire aucune étude expérimentale complète.)

Je voudrais proposer que l’effet capacitif doit entourer les plaques intérieures de manière à ce que la charge sur le secondaire (C1 dans le diagramme original à 4 plaques) soit égale à la charge sur le primaire. Ce problème avec le dual a été souligné ci-dessus avec une mention de "espace multi-connecté" en référence au couplage magnétique des bobines du transformateur. Ici, nous devons avoir un couplage électrostatique. (Je lance des mots mais j'espère que vous comprenez ce que je veux dire.)

Lorsque ceci est réalisé (en supposant que la fréquence de l'alimentation soit élevée pour fournir de faibles réactances aux deux condensateurs), on pourrait dire que si Q = CV, et Q1 = Q2 alors

C1V1 = C2V2 et vous avez quelque chose qui est le dual de la ration des tours pour les transformateurs.

Nous savons que les transformateurs inductifs sont meilleurs à basse fréquence. La transformation - et le transfert d'énergie par électrostatique - seraient meilleurs à haute fréquence que le duel impliquerait.

Comme la transformation repose sur un échange de charge HF constant, vous pouvez l'appeler un "condensateur de flux", sauf que je pense que ce nom est pris! :)

Mon adresse email est [email protected]. Je voudrais inviter toute discussion ultérieure sur cette idée.

Une édition tardive ... Si vous voulez augmenter la tension, il vous suffit de rendre la capacité du primaire beaucoup plus élevée que celle du secondaire. Faire le primaire la paire intérieure de plaques serait le moyen le plus facile car la distance diélectrique est naturellement plus grande. Si effectivement C1V1 = C2V2 comme le suggéraient mes expériences théoriques, alors, au primaire, nous aurions une capacité plus élevée et une tension plus basse. Dans le secondaire, nous aurions une capacité plus basse et une tension plus élevée.

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

J'ai mis au point une expérience utilisant une feuille d'aluminium mince, un film plastique et des vis en nylon pour maintenir un appareil pratique à 4 plaques. La connexion électrique sera faite au bord de chaque plaque. Je vais utiliser une alimentation de 100 kHz et une charge de 1 kOhm. Je publierai mes résultats ici et inclurai des images des vagues ainsi que du courant RMS entrant et sortant. Je vais les réduire de moitié la fréquence et vérifier le "couplage". De plus, je vais diminuer la capacité de la paire externe en insérant des couches supplémentaires de film et en déterminant si cela a pour effet d’augmenter la tension de sortie comme je le prédis.