Kann eine gleichgerichtete Sinuswelle immer noch Spannung induzieren?

Kurze Antwort:

• Unipolarer Strom: zulässig.
• Spannung mit einer DC-Komponente: schlecht (der Transformator ist gesättigt und funktioniert nicht so gut).

Lange Antwort:

Betrachten Sie das Modell eines echten Transformators.

Was passiert, wenn der Strom, der der Primärspule zugeführt wird, die Wellenform eines gleichgerichteten Sinus annimmt, wie unten gezeigt?

Das Anlegen eines unipolaren Stroms ist für einen Transformator zulässig und findet sich häufig bei einigen transformatorbasierten DC-DC-Wandlern. Sie müssen eine Spannung anlegen, die diesen Strom erzeugt.

Wenn die Sekundärseite offen ist, wird die Schleife nur durch die Magnetisierungsinduktivität geschlossen$X_M$Und$R_C$. Vorausgesetzt$R_C$sehr hoch, wenn man von 0 ausgeht$R_P$Und$X_p$, dann seit$V_M=L\frac {dI_M}{dt}$, muss die Spannung an der Primärseite ein diskontinuierlicher Kosinus mit einem Gleichstromwert von 0 sein (Spannung und Strom und Zeit in willkürlichen Einheiten dargestellt):

Übrigens sind wir bei der obigen Berechnung davon ausgegangen, dass die Bandbreite nicht begrenzt ist. Ein echter Transformator hat eine endliche Bandbreite und Sie können diese Wellenformen möglicherweise nicht erreichen.

Stattdessen sättigt das Anlegen einer Spannung mit einer Gleichstromkomponente ungleich Null Ihren Transformator .

Ein gesättigter Transformator bedeutet einen viel kleineren$X_M$. Der Strom an der Primärseite wird wegen der DC-Komponente der Eingangsspannung (die an angelegt wird) sehr hoch sein$R_P$, der parasitäre Widerstand der Wicklungen) und wegen des sehr kleinen Werts der Hauptinduktivität (der zusammen mit der Streuinduktivität$X_P$begrenzt den Leerlauf-Primärstrom).

Da der Kern gesättigt ist, besteht außerdem keine gute Kopplung zwischen den beiden Wicklungen, was übrigens auch die Streuinduktivität erhöht.

Am Ende steht eine extrem schlechte Übertragung des verbleibenden Wechselstromanteils Ihres gleichgerichteten Sinus auf der Sekundärseite (und extreme Überhitzung).

Wenn der DC-Offset jedoch sehr klein ist (in Bezug auf die AC-Komponente), wirkt der parasitäre Wicklungswiderstand als negative Rückkopplung. Tatsächlich ist der Abfall am Widerstand größer, wenn der Kern gesättigt ist, wodurch die an die Magnetisierungsinduktivität angelegte Spannung effektiv gesenkt wird. Dies führt jedoch immer noch zu einem Effizienzverlust.

Ja, ein Transformator kann mit nicht sinusförmigen Wellenformen arbeiten. Das einfachste Beispiel hierfür ist ein Audio-Transformator.

Was ein Transformator nicht kann, ist der Betrieb mit Gleichstrom. Ein Gleichstrom in der Primärwicklung induziert keinen zeitveränderlichen Magnetfluss im Kern, sodass nichts mit der Sekundärwicklung gekoppelt wird. Noch problematischer ist, dass Gleichstrom im Kern ein statisches Magnetfeld erzeugt, das den Kern sättigen und die Wechselstromübertragung verhindern kann .

Wenn Sie den Transformator über einen Kondensator koppeln, um den Gleichstrominhalt zu blockieren, funktioniert er einwandfrei. Die Wellenform weist einige hochfrequente Oberwellen auf, die je nach Transformatordesign gedämpft werden können. Wenn der Transformator jedoch vor der Gleichrichtung das 5- oder 10-fache der Frequenz der Sinuswellenform erreichen kann, sieht die sekundäre Wellenform sehr ähnlich aus, wobei der Unterschied im DC-Pegel ignoriert wird so dass der durchschnittliche DC an der Sekundärseite Null ist.

Wenn Sie den Gleichstrom nicht blockieren, wird der Kern wahrscheinlich gesättigt, wodurch die Wellenform stark verzerrt wird, und auch der Transformator kann zerstört werden, da nur der Primärwiderstand den Strom und das Ergebnis begrenzt$I^2R$Erwärmung durch die DC-Komponente. Wenn Sie die Spannung klein genug halten, dass keines der Probleme auftritt, verhält sie sich ähnlich wie im Fall mit der Sperrkappe (es kann jedoch erforderlich sein, die Spannung auf Millivolt zu senken). Es wird auch die Quelle stark belasten, was die Ergebnisse beeinflussen kann, wenn sie keine vernachlässigbare Quellenimpedanz hat.

Die durchschnittliche Spannung an der Sekundärseite ist immer Null, wenn man von einem herkömmlichen Transformator ausgeht.

Das könntest du experimentell herausfinden. Haben Sie einen Signalgenerator, ein Oszilloskop, einige Dioden und einen kleinen Transformator mit einem Verhältnis von etwa 1:2 oder so?

Oder denken Sie an Verstärker, die Vakuumröhren verwenden: Sie haben normalerweise einen Ausgangstransformator zur Impedanzanpassung. Da der Klang also nicht vollständig ruiniert wird, ist es vernünftig anzunehmen, dass die von einem Transformator ausgegebene Wellenform mit der Eingangswellenform identisch ist.

Wenn die Elektronen in der Primärseite des Transformators wackeln, werden die Elektronen in der Sekundärseite entsprechend wackeln, es ist nur so, dass die Amplitude des Wackelns vom Verhältnis der Anzahl der Windungen abhängt.

Es kann Probleme geben, einem Transformator einen DC-Offset zu geben, wie in Ihrem Diagramm gezeigt. Wenn der Transformatorkern magnetisch gesättigt wird , kommt es zu einer Verzerrung der Sekundärwellenform und einer Erwärmung des Transformators.

Der RMS-Wert einer vollständig gleichgerichteten Sinuswelle ist derselbe wie bei einer Sinuswelle:$V_{peak}/\sqrt 2$, aber es hat einen DC-Offset von$V_{peak} \cdot 2/\pi$(Quelle: Durchschnitts- und Effektivwerte ).

Beachten Sie die Impedanz von Dioden beim Schalten und den induktiven Kick beim Abschalten des Stroms. Betrachten Sie als nächstes das Spektrum und die Bandbreite des Transformators. Betrachten Sie danach die Sättigungseffekte von Gleichstrom auf die Primärspule

All dies reduziert die Leistung, die Sie über den Transformator übertragen können.

Für den Transformator entspricht dies einem Wechselstrom mit DC-Vorspannung. Die DC-Vorspannung spielt bei der Energieübertragung auf die Sekundärwicklung keine Rolle, obwohl sie Sättigungseffekte erzeugen könnte. Der Ausgang der Sekundärseite ist eine nicht sinusförmige Wellenform mit der doppelten Frequenz der ursprünglichen (ungleichgerichteten) Wellenform; Die Ausgangswellenform hat aufgrund der scharfen inversen Spitze (wo die ursprüngliche Wellenform Null kreuzte) eine Komponente bei der ursprünglichen Frequenz.