Kann ein Transformator funktionieren, wenn der Kern nicht kreisförmig ist?

Der Kern muss nicht kreisförmig sein, aber er muss geschlossen sein, da sonst der verbundene Fluss sehr gering ist.

Darüber hinaus verbessert die Tatsache, dass das Rohr leer ist, die Situation nicht, da sich das Flussmittel dort konzentriert, wo eine höhere Permeabilität vorliegt, dh im Kern, aber der Nettoquerschnitt des Kerns in Ihrem Fall klein ist. Tatsächlich ist der größte Teil des Abschnitts der Spule mit Luft gefüllt, die eine schlechte Durchlässigkeit hat.

Sie können den Kern nicht mit einem einfachen Stück Eisendraht schließen. Es wird nicht effektiv sein, da das Flussmittel im kleineren Abschnitt des Drahtes eingeschränkt wird. Denken Sie daran, dass der Fluss einer Art "Ohmsches Gesetz für Magnetkreise" gehorcht, das als Hopkinsonsches Gesetz bezeichnet wird .

Die Rolle des Widerstands wird von einer als Reluktanz bekannten Größe übernommen , die proportional zum Nettoquerschnitt des Kerns ist, in dem der Fluss fließt. Der Fluss ist analog zum Strom. Daher wird ein winziger Abschnitt den Fluss stark einschränken. Da die Rolle der Spannung von der magnetomotorischen Kraft (MMF) übernommen wird, die vom Strom in der Spule abhängt, können Sie dies bei gleichem Strom in der Primärwicklung und einem hohen Widerstand aufgrund eines in einem kleinen Drahtabschnitt eingeschränkten Flusses verstehen , wird der Fluss klein sein, und daher wird der induzierte Strom in der Sekundärseite klein sein.

Wenn Sie versuchen, mehr Strom in die Primärwicklung zu pumpen, wird der Kern gesättigt (ein stark nichtlinearer Effekt), was zur Folge hat, dass seine Permeabilität drastisch abfällt und Ihr Versuch zunichte gemacht wird.

Um eine ausreichende Kopplung zwischen den beiden Spulen zu haben, benötigen Sie einen geschlossenen Magnetkreis mit im Wesentlichen geringem Widerstand. Dazu benötigt man einen geschlossenen Pfad aus ferromagnetischem Material mit mehr oder weniger konstantem Querschnitt, da jede Verengung des Querschnitts den Widerstand erhöht.

BEARBEITEN (aufgefordert durch einen nützlichen Kommentar von @Asmyldof)

Obwohl ich oben erklärt habe, warum Ihr Setup für einen Leistungstransformator nicht effizient ist , und die Erklärung immer noch besteht, gibt es ein paar Probleme, die Sie beim Umgang mit dem Transformatorbetrieb beachten sollten. Dieser interessante Artikel über Transformatoren hat schöne Bilder und geht näher auf das Thema ein. Ich werde im Folgenden kurz auf zwei wesentliche Aspekte hinweisen.

Wie gesagt, um eine hohe Kopplung zwischen Primär- und Sekundärwicklung zu erreichen, benötigen Sie einen geringen Widerstand und einen geschlossenen Kern. Dies erfordert einen festen Kern mit geschlossenem Magnetpfad. In Bezug auf Ihren Aufbau wird dies die Situation verbessern, aber seien Sie sich bewusst, dass die Verwendung eines ferromagnetischen Kerns, der wie Eisen auch elektrisch leitend ist, seine Nachteile hat.

Erstens (und für einen Leistungstransformator sehr wichtig) gibt es Kernleistungsverluste. Wenn der Kern aus einem gut leitenden Material besteht, werden in seinem Querschnitt Wirbelströme induziert und dies führt zu Leistungsverlusten durch Joulesche Erwärmung (wie bei einem Widerstand). Dies ist nicht die einzige Quelle für Kernverluste, aber für leitfähige Kerne ist es normalerweise die relevanteste. Wenn Sie also einen massiven Eisenstab als Transformatorkern verwenden, riskieren Sie, viel Energie zu verlieren, wenn Sie den Kern selbst erhitzen (deshalb sind Kerne aus Eisen nicht massiv, sie sind immer noch "gefüllt", sondern laminiert, dh aus vielen Schichten isolierten Materials).

Der zweite Schlüsselaspekt ist die Sättigung . Wenn Sie den Primärstrom über eine bestimmte Grenze erhöhen, wird der Kern gesättigt und die Permeabilität sinkt, daher steigt der Widerstand. In diesem Fall ist es vorteilhaft, einen Kern mit nicht vollständig geschlossener Schleife zu haben. Tatsächlich werden Kerne manchmal mit einem kleinen Luftspalt gebaut, dh der Kern bildet eine fast geschlossene Schleife, aber nicht ganz. Der kleine Luftspalt hat einen viel höheren Widerstand als der Rest des Kerns, daher erhöht er den Gesamtwiderstand von Kern + Spalt, was schlecht erscheint, aber der Vorteil ist, dass der Spalt hilft, den Kern zu linearisieren, dh den Effekt der Sättigung begrenzt. Darüber hinaus ist der Spalt sehr klein (z. B. die Dicke eines Blattes Papier), und dies verhindert, dass sich das Flussmittel im Raum um den Kern verteilt, wodurch die Gesamtkopplung nicht zu sehr verschlechtert wird.

Weitere interessante Links zum Thema Transformatoren:

• Transformatoren-Grundlagen

• Transformatorenbau

Es wird in gewisser Weise wie jeder andere Transformator "funktionieren", aber da der Flusskreis nur durch Magnetfeldleckagen von einem Ende des Kerns zum anderen geschlossen wird, ist sein Widerstand enorm und daher groß weniger effizient als Sie möchten. Dies wird normalerweise als "Streuinduktivität" modelliert.

Messen Sie die Primärinduktivität bei offenem Sekundärkreis. Dies wird als Primärinduktivität bezeichnet. Messen Sie erneut mit dem Sekundärkurzschluss und Sie sollten sehen, dass sich die Primärinduktivität leicht verringert, da Sie die "Streuinduktivität" parallel dazu platziert haben. Durch die Berechnung der Streuinduktivität können Sie den Verlust Ihres Transformators berechnen.

Bei einem guten Transformator beträgt die Streuinduktivität 1% oder weniger der Primärinduktivität: Bei Ihrem ist sie wahrscheinlich das 10-fache der Primärinduktivität oder mehr.

Wenn Sie sich die Ferritstabantenne in einem AM-Radio ansehen, sehen Sie tatsächlich mehrere Wicklungen; es fungiert sowohl als Antenne, Schwingkreis und Transformator. Die kleinste Wicklung überträgt einen kleinen Teil der Energie vom Schwingkreis in den HF-Verstärker und Mischer.

Aber es ist kein effektiver Transformator für die Leistungsumwandlung.

Sie können es verbessern, indem Sie den Stab zu einem "U" oder besser zu einem Ring mit einer Lücke biegen, dann muss das Flussmittel einfach über die Lücke springen, was zu einem geringeren Widerstand führt. Wenn Sie die Spaltbreite verringern, nimmt die Reluktanz ab und damit auch die Streuinduktivität, wodurch der Wirkungsgrad des Transformators erhöht wird.

Am besten ist es, die Lücke vollständig zu schließen

Manchmal wird jedoch absichtlich ein kleiner Spalt gelassen (festgelegt durch die Dicke eines Stücks Papier!), um die Flussdichte niedrig zu halten und eine Sättigung des Kerns zu vermeiden. Dies geschieht normalerweise in Signaltransformatoren, wo Verzerrungen durch Sättigung ein Problem darstellen, nicht in Leistungsumwandlungstransformatoren.

Nein, das magnetische Material muss keine geschlossene Schleife bilden, aber das ermöglicht es Ihnen, einen kleineren Transformator für die gleiche Leistung herzustellen. Die magnetischen Feldlinien werden immer in einer Schleife sein, die Frage ist nur, ob Sie schönes Material bereitstellen, damit sie leicht folgen können oder nicht.

Das Problem in Ihrem Fall ist jedoch, dass Sie einen leitfähigen Kern verwenden. Das Metallrohr fungiert als Kurzschluss-Sekundärwicklung und gibt Ihrer Sekundärwicklung kaum eine Chance, viel von irgendetwas aufzunehmen. Sie haben eine Induktionsheizung gebaut, keinen Transformator.

Außerdem setzen Sie AC in die Primärseite, richtig? Transformatoren funktionieren nur mit Wechselstrom. Es ist die Änderung des Magnetfelds, die eine Spannung über der Sekundärseite induziert.

Wie in anderen Antworten angegeben, sollte es funktionieren, nur bei schlechter Stromübertragung (solange Sie Wechselstrom verwenden).

Was Sie haben, kommt einem LVDT-Positionsgeber mit einer einzigen Sekundärspule ziemlich nahe .

Wenn Sie eine Stahlstange in das Rohr stecken, können Sie die Kopplung variieren und ein variierendes Ausgangssignal erhalten. Dieser Effekt könnte verbessert werden, indem ein dünnes Kunststoffrohr und eine Eisenstange verwendet werden, die so viel Raum wie möglich in der Mitte einnimmt. Dies zu bemerken, macht es nicht unbedingt zu einem besseren Transformator für Ihre Zwecke, ist aber eine interessante Nebensache.

Aus dem Bild geht hervor, dass Sie die Spulen "nebeneinander" platziert haben. Diese Konfiguration gibt Ihnen die geringste Menge an Flussschnitt über die Sekundärwicklung. Um die Kopplung zu verbessern, müssen Sie die Sekundärseite auf die Primärseite wickeln. Die "Effizienz" der Kupplung hängt davon ab, was Sie als Kern verwenden (Luft, Hohlrohr, Vollrohr usw.), aber die Transformatorwirkung muss funktionieren! Wenn Sie 200 Umdrehungen auf der Primärseite und 100 Umdrehungen auf der Sekundärseite verwenden, sollte der Ausgang 1/2 der Eingangsspannung betragen. Die Größe der Drähte bestimmt die Stromfähigkeit der Wicklungen, aber nicht die Spannung.