Зачем нужен сердечник в трансформаторе?
HTML-код
- Опубликовано: 26 сен 2024
- Сердечник в трансформаторе выполняет две функции. Во-первых, он обеспечивает сцепление магнитного потока, создаваемого первичной обмоткой, со вторичной обмоткой. Но у него есть и вторая функция - сердечник увеличивает индуктивное сопротивление первичной обмотки так, что оно становится много больше омического.
Ключевые понятия: электромагнитная индукция, ЭДС индукции, магнитная индукция, магнитный поток, индуктивное сопротивление, омическое сопротивление, магнитопровод, магнитный сердечник, магнитная цепь, магнитное сопротивление, магнитодвижущая сила, magnetic circuit, magnetic core, reluctance, magnetomotive force.
Наш канал с дополнительными материалами
t.me/getaclass...
Новосибирский Государственный Университет
Физический факультет НГУ
www.nsu.ru/
Канал особенно ценен не только роликами, но и дискуссиями после них! Большое спасибо за ответы, их очень интересно читать, наверное можно их просто копировать и вставлять в какие-нибудь научные журналы)
Трансформаторы - это очень интересная тема. Многообразие форм и материалов сердечника, различные режимы работы и назначения. Импульсные, акустические. Буду рад увидеть ещё ролики про трансформаторы.
Батюшка, вам с таким желанием к познаниям необходимо в технический ВУЗ поступить. Все чудеса пропадут, новые появятся:)
Спасибо за видео. Обычно у сердечника на начальном участке характеристики магнитная проницаемость ниже чем при средних значениях. Потом ближе к насыщению, она опять падает. Поэтому, на малых сигналах активное сопротивление вносит больший вклад и коэф передачи падает. Обычно введение зазора улучшает линейность.
А еще зазор позволяет использовать феррит марки "да кто его знает какой", т.к. параметры трансформатора становятся куда более зависящими от зазора, чем от феррита
Спасибо за ваши видео. Очень интересно!!! Я уже 20 лет пытаюсь разобраться как работает трансформатор... Это очень не просто. Тоесть принцип то понятен, но очень много факторов. Это очень здорово, что Вы акцентировали внимание на механическую конструкцию и отличие модели от реальности. Наверное, все знания нашей цивилизации, без преувеличения, это минимум 50%, это знания о том, как работает трансформатор.
Запоминающее устройства, хранящие информацию - память на магнитных сердечниках
Все электрические машины (электродвигатели)
Радиосвязь, да, удаленные на сотни километров антены - это то же трансформатор
Самые большие и сложные рукотворные "трансформаторы" это БАК и строящийся ITER
У некоторых (по крайней мере) видов сталей, кривая намагничивания имеет пологий участок в районе низких токов. При увеличении тока (т.е первичного напряжения) индукция H сначала будет расти медленно, т.е до опредленного уровня напряжения коэффициент (в реальных тр-рах ну очень маленького по сравнению с рабочим) будет меньше номинального, а потом он некоторое время он будет номинальных, ну и в области насыщения, снова будет меньше номинального.
Ну, это то же самое, что сказано в видео, только другими словами. Вопрос - почему там пологий участок? У меня есть одно соображение: намагничивание это поворот магнитных доменов внешним полем (тут и далее я не уверен, что всё так и есть, как я пишу). При малом внешнем поле этот поворот разрушается тепловым движением. Ну, т.е. он всегда немного разрушается, но при сильном поле всем на это плевать. Можно проверить, заморозив сердечник в жидком азоте.
Коэрцетивная сила ? ruclips.net/video/tT3kioZ_sLw/видео.html
@@ВасилийКоровин-г9э Интересное соображение. Пожалуй в этом что--то есть. Интересно было бы заморозить и прогнать при малом напряжении в первичке (т.е., при малом токе-магнитном потоке в сердечнике).
Можете объяснить, пожалуйста, связь между намагниченностью , о которой вы говорите, и коэффициентов трансформации?
Как я понял, крутизна наклона графика H(B) (где гистерезис) связана с магнитной проницаемостью "мю". В линейной зоне, где мю постоянно, общий магнитный поток меняется пропорционально току(токам) в катушке (-ах). Он пронизывает обе катушки, и ЭДС в них пропорционально скорости изменения этого потока и числу витков в каждой. Всё, видимо, работает синфазно в установившемся режиме.
Если же магнитная проницаемость на малых значениях токов (и Н) меньше, чем на больших, график B = "мю"•Н в этой зоне (у начала координат) будет более пологим. Если колебания будут происходить преимущественно в этой зоне, то средняя индуктивность L за период , связанная с мю, будет ниже. В связи с этим, по-видимому, будет меньше и общий поток, создаваемый в трансформаторе, а значит и скорость его изменения вместе с ЭДС во вторичной катушке (хоть общий поток и зависит от обоих катушек, но мы знаем,
Если всё верно, то значит мне просто не очень понятно, как должен выглядеть график с петлей гистереза, где наклон при переходе через горизонтальную ось МЕНЬШЕ, чем в основной линейной зоне. Это "на концах", где насыщение, он становится пологим и переходит в горизонталь. А около нуля, получается, какое-то искривление тогда нужно для обоих "ветвей" петли гистерезиса
Божественный контент! Спасибо человеческое вам !
Спасибо.
Очень интересно.
Интересные опыты....
Если сердечник теоретически собрает внутри себя все поле, то как вторичная обмотка может реагировать на это поле если она находится вне его? А? Как понять физику процесса?
Физика процесса. Вторичка реагирует не на поле, а на его изменения внутри контура катушки.
Спасибо! Не разбираюсь во всём этом. Но смотрел и слушал с интересом))
Спасибо большое за Ваш труд! 👍 Подписался
Большое Вам спасибо!) Merci! Vielen Dank!) Всё было очень интересно и познавательно!)
спасибо, освежил свои знания по электротехнике
ты и не знал ничего.
Спасибо!!!! Это видео помогло мне ответить на вопрос по домашней контрольной работе!
Чем-то похоже на погружение свай вибрацией. Чем выше частота воздействия, тем проще сваю погрузить (при одинаковых энергозатратах). Это зависит от свойств грунта и продольной жесткости сваи. Но при достижении некоторого порога дальнейшее увеличение частоты уже не даёт прироста эффективности.
Далее продолжу аналогию так (это уже мои додумки основанные больше на личном опыте работы с механическими системами, конкретно таких экспериментов я не ставил): При "хорошей" частоте малая амплитуда усилия может вообще не дать результата или быть неэффективна. Значительная часть энергии просто рассеется. Здесь увеличение амплитуды даст увеличение зоны разжижения, а как следствие увеличение времени релаксации (рассеиванию) колебаний.
Переходя к «самому интересному» @5:40, автор ролика говорит: «В этой же самой теории показывается, что если мы сделаем в магнитопроводе небольшой зазор ширины дельта, - ну небольшой в том смысле, что его размеры малы по сравнению с поперечным сечением магнитопровода, и магнитное поле отсюда практически не выпадает».
Теория теорией, но если «магнитное поле отсюда практически не выпадает», то здравый смысл говорит, что тогда ничего практически не должно измениться из-за наличия разреза. На самом же деле степень выпадения магнитного поля является очень даже значительной при малейшем значении этой самой дельта. Я полагаю, что здесь Андрей Щетников стал жертвой той иллюзии, которая создается той совершенно неадекватной картиной магнитного поля, какую мы находим почти во всех учебниках физики для обычного бруска магнита:
900igr.net/datas/fizika/Magnitnoe-pole-magnitnye-linii/0024-024-Silovye-linii-magnitnogo-polja-polosovogo-magnita.jpg
Обратите внимание, что этот рисунок создает впечатление, как будто магнитные полюса находятся почти на самых торцах бруска, а магнитные силовые линии вытекают исключительно из торцов бруска, что совершенно неверно. В действительности же, вот как все выглядит:
cf2.ppt-online.org/files2/slide/1/1zJYnRO7Bj2yWc3bvpkhIXl8QLZHDPA96Td5mVrMSe/slide-29.jpg
Как видно четко на этой реальной картине магнитных силовых линий, основная масса силовых линий выходит не через торцы бруска, а через его боковую поверхность. Поэтому любой разрез в магнитопроводе (даже ничтожной ширины) ведет к очень существенной потере магнитного потока в магнитопроводе.
В этом все дело. А формула, на которую ссылается автор, это простая подгонка математики под реальность, что делается сплошь и рядом в физике. И ничего предосудительного, кстати, в этом нет.
Андрей, техникам надо разрабатывать технику, и они часто сводят сложную картину явления к упрощенной, но работающей схеме. И правильно делают. В данном случае, они представляют себе картину так, как будто магнитный поток в тороидальном магнитопроводе (который до разреза был сильным и равномерным как по сечению, так и по средней линии тора) стал слабым, но остался равномерным и по сечению, и по средней линии тора, включая, в том числе, и участок разреза. То есть, как будто магнитное поле, которое было практически ничтожным везде за пределами магнитопровода до разреза, осталось таковым и после разреза. Это весьма идеализированная картина - своего рода осреднение, которое работает неплохо для практических расчетов. А реальная картина - на мой взгляд - выглядит совсем по-другому.
Я немного упрощу ситуацию, чтобы облегчить изложение моей точки зрения. Представьте себе железный бублик, на который равномерно и плотно намотана катушка по всей его поверхности (а не на каком-то отдельном участке - в этом упрощение). Пропуская ток по такой катушке, мы создаем сильное магнитное поле, которое распределено практически равномерно по сечению бублика и равно нулю за пределами катушки.
Теперь мы делаем тонкий разрез в торе. Что при этом происходит с картиной магнитного поля внутри и вне тора? Я утверждаю:
(1) магнитное поле останется практическим неизменным в том поперечном сечении тора, которое находится на противоположной от разреза стороне тора, т.е. в «средней» его части, во всех же остальных сечениях поле уменьшится,
(2) магнитное поле станет отличным от нуля везде за пределами тора,
(3) магнитный поток не будет теперь одним и тем же для каждого сечения тора, как утверждают техники, оно будет тем меньше, чем дальше находится сечение от «средней» части, где магнитный поток остался практически равным своему значению до разреза.
Все это означает, что вылезание магнитного поля из тора имеет место не просто в месте разреза, а практически по всей поверхности всего тора, начиная прямо от «средней» точки (и чем дальше от этой точки, тем больше вылезание). Магнитный поток это не вода, которая может истекать из трубы только в месте разреза; магнитная «жидкость» - это тонкая субстанция, для которой цельная часть тора не является помехой для утечки (как стенки трубы, например, являются помехой для утечки воды).
Конечным результатом является то, что в месте разреза - как совершенно правильно утверждают техники - магнитный поток существенно снизится, но их объяснение, как говорится, for the birds. Реальной же причиной является утечка магнитного поля изо всех «открытых и закрытых щелей» и растекание этого поля по всему пространству вокруг тороидального сердечника.
Одно из лучших обьяснений!
Интересно, а почему сердечник квадратный, а не круглый, на схеме видно, что на внутренних углах внутри сердечника, происходит концентрация магнитных линий...
И что будет если сердечник сделать полым ынутри, как изменятся его свойства....
Проще (следовательно, дешевле) намотать обычную катушку и собрать "квадратный" сердечник. Трансформаторы с тороидальным сердечником тоже есть (и они лучше), но их дороже производить - нужен более сложный станок.
Насыщение в тороидальной сердечнике(металлическом,из цельной полосы)в 4-5 больше.
По поводу зазора - вопрос же в материале. Мы не сделали "зазор" в сущности. Мы внедрили вещество с другой магнитной проводимостью в этот промежуток. В данном случае воздух. Хотя это мог-бы быть другой феррит, кусок железки или что-то еще. Очень эффективно мы его внедрили, другой материал попробуй еще так припаять. Практически идеально в промежуток этот внедрен воздух :)
Магнитная проницаемость электротехнической стали около 10000. Есть подозрение, что источник с существенным внутренним сопротивлением, иначе такого подения от небольшого немагнитного зазора быть не может. Я как бы разработчик импульсный источников питания.
GetAClass сказал, GetAClass сделал.
Очень интересно, нифига не слышно, но очень интересно.
Ради замера разницы индуктивности катушки с замкнутым и разомкнутым сердечником специально купил за 2тыр. цифровой измеритель ёмкостей и индуктивностей.
Разница при замыкании подковообразного феритового сердечника с катушкой составила 14 раз!!!...ЧЕТЫРНАДЦАТЬ раз!!!
Я был в шоке!
Считаю, что такой эффект от одного эксперимента стоил затраченых денег на тестер...)))
Предположу, что дело в нелинейности магнитных свойств материала сердечника. Интересно было бы ещё раскрыть тему переходных процессов в трансформаторе при включении в цепь: почему происходят резкие скачки тока в первичной обмотке?
Предполагаю, что это потому, что при изменении тока возникает магнитное поле, которое снова индуцирует ток (самоиндукция)
@@boenia Если интересно, посмотрите недавнее видео про парадокс трансформатора на этом же канале. Я там задал этот же вопрос. И в комментариях его подробно обсудили. Дело действительно в том, что сердечник входит в насыщение.
@@rexby хм, гляну, спасибо
Никогда не понимал зачем так сложно объяснять простейшие вещи 🤭 сердечник - это тоже элемент электромагнитной цепи передачи мощности, с такими же параметрами как и электрические участки. У него тоже есть сопротивление, или проводимость, выраженная через ессно магнитную проницаемость. И вводя зазор из малопроницаемого материала мы увеличиваем сопротивление магнитной цепи.
Для увеличения мощности передаваемой через трансформатор используют тот же принцип что и при передаче по проводнику с током - увеличивают проводимость. Материал искать более магнитопроводящий экономически нецелесообразно поэтому увеличивают сечение сердечника.🤷♂️ Элементарно же
Коэфф трансформации падает из-за потерь на намагничивание сердечника, при больших магнитных потоках эти потери малы по сравнению с общей мощностью, но при малых вся мощность тратится на перемагничивание
На сколько я помню из курса ТОЕ, одни из главных характеристик трансформаторов - это потери - «потери в стали» и «потери в меди». На коэффициент трансформации (КПД) влияют многие факторы. И не маловажную роль играет сбалансированность всех факторов, как электрических (материалы, из которых изготовлен транс, соотношение витков в обмотках, магнитные свойства материалов, сопротивление обмотки и т.п.), так и габаритные факторы (способ намотки, геометрические размеры катушек и сердечника и т.п.). Все параметры должны быть сбалансированы под задачу. Если задача в снижении общих габаритов, то нагружают сердечник (за счёт увеличения количества витков и напряжения, увеличивают почти до насыщения, магнитную индукцию в сердечнике). Но если уменьшать на первичке напряжение, то насыщение сердечника будет падать по нелинейному закону и настанет момент, когда «потери в стали» и «потери в меди» станут соизмеримыми с самой трансформацией, делая весь процесс не эффективным. Весь этот эффект, коллеги, можно объяснить несколько в упрощённом виде: «нахрена козе баян?»
Спасибо большое за ролик, комментарий для продвижения вашего канала
Чтобы понять работу трансформатора, нужно...
1. Понять, что происходит в прямом проводе на атомном уровне при протекании по нему постоянного или переменного тока.
2. Понять, что происходит в витках провода на атомном уровне, при протекании по нему постоянного или переменного тока.
3. Понять, почему сердечник должен быть металлическим (преимущественно железным).
4. Понять, что происходит в сердечнике на атомном уровне, когда по виткам провода протекает постоянный или переменный ток.
я тоже об этом. зачем нужен сердечник, если можно обойтись без неё. только надо частоту повысить. пример трансформатор Тесла.
И ещё, вопрос, 12:45, Вы говорите об коэффициенте трансформации или о КПД? Коэффициент трансформации определяется соотношением числа витков первичной обмотки к вторичной, он всегда постоянен для одного трансформатора? Так всё - таки, коэффициент трансформации или КПД? зависит от напряжения (амплитуды)?
А зачем нужны упрощенные формулы? Например при отсутствии зазора (странно, кстати, что магнитная проницаемость материала зазора не учитывается), μΔ будет равно нулю (при нулевой Δ), но зато формула будет яснее, чем в сокращенном виде.. СПАСИБО!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
Если, под словом "сердечник" понимать то же самое, что понимают все не знакомые с жаргоном электриков, то сердечник не пройдёт медкомиссию на допуск в действующие электроустановки и на высоту. Особенно, если носит кардиостимулятор. И такой субъект, в, или, около трансформатора не нужен.
А, профессионально, эта деталь называется магнитопроводом.
Дело в том, что реактивное (индуктивное XL или емкостное Xc ) сопротивление также измеряется в Омах, как и активное (R). Поэтому нельзя говорить - "это омическое, а это индуктивное". Правильно: "это активное, а это индуктивное". Оба они в омах.
Ом изучал то, что мы называем активным (почему-то) сопротивлением.
0:42 а что если сердечник сделать круглым/тороидальным? Намотку сделать по левой и правой половине тора. Тогда какой будет КПД?
Отличное обучающее видео. И меня заинтересовала программа, о которой говорит учитель - «визимак». Можно ли её где-то найти и скачать? Поисковая программа не находит.
Зато введение такого зазора позволяет отодвинуть порог насыщения сердечника, что актуально для применений со значительной постоянной составляющей тока в обмотках. Да, в ущерб индуктивности, но куда меньший ущерб, чем получаемый при насыщении.
Супер! Увы тихо
Мне почему-то кажется, что авторы несколько поспешили, начав с такой сложной вещи как трансформатор :-). Гораздо логичнее было бы начать серию лекций с рассмотрения катушек индуктивности, их различных соединений, влиянии сердечника и его формы, ну и тому подобной элементарщины.
Но это не главное. К сожалению Андрей так и не раскрыл нам тайну золотого ключика. Формулы это конечно хорошо но они ничего не говорят о том, как именно на зазор ослабляет коэффициент передачи трансформатора. Каков механизм этого действа? Особенно учитывая, что программа показывает, что поле никуда из этого зазора не улетает.
А ещё лучше было бы начать с "баранки" Фарадея, с помощью которой он открыл явление электромагнитной индукции.
@@ФИЗИКАБЕЗПОНТОВ Почему бы и да? Проверять исходные данные никогда не вредно.
Демонстрируя зазор в магнитопроводе, вы почему-то опустили понятие "магнитное сопротивление", из-за которого снижается магнитная индукция и наведенная ЭДС во второй катушке.
Ну, как помню спустя 40 лет... )))
Сделайте виде про трансформатор теслы!!!
Расскажите пожалуйста про токи Фуко, к трансформаторам непосредственное отношение. Спасибо!
Именно по этому злектроэнэргия передается по высоковольтным линиям
Это первый ролик в котором я понимаю всё и знаю ответы на вопросы 😂
Не замкнутый сердечник может служить металлоискателем? Создайте пожалуйста видео об етом
ну я могу рассуждать так) при 10вольте КПД больше потому что общие сопротивление меньше препятствует на ЭДС а, при малом напряжение общие сопротивление больше препятствует на ЭДС , ну как бы пропорционально )) могу и ощибаться
Классное видео
Приветствую, в случае с катушками зажигания индивидуального образца, т.е на каждый цилиндр своя, тот же самый трансформатор повышающий, на сердечнике есть места для крепления катушки на крышке и вывода на массу с этого же сердечника, подскажите для чего? и чем чревато отсутствие такого рода массы, или ее неплотное крепление......
Спасибо
А почему не затронут вопрос: поведения трансформатора, (транса) при включении? Так называемого броска тока. Когда мы подключаем первичную катушку, при замкнутой второй, сначала напряжение во вторичке повышается больше чем рабочее. Напряжение сначала подскакивает на большее значение, а потом само приходит к рабочему. Можно ли как то практически использовать этот эффект? Включая и выключая. И хорошо было бы показать график зависимости работы транса от частоты тока и пределы этой зависимости. Как бы рассказать что происходит если мы начинаем менять самые разные параметры транса от минимума до максимума. И как начал бы себя вести транс, если бы мы уменьшили сопротивление первички и вторички, охлаждением до сверхпроводимости? И по материалам сердечника было бы интересно. Или как начнет себя вести работающий транс, если мы начнем воздействовать на катушки и сердечник внешним постоянным или переменеым магнитным полем? Ну, например, помещаем во внутрь транса магнит и начинаем его вращать? Как ротор в моторе. Или двигать внешний постоянный магнит вокруг или как то еще около трансформатора? Просто интересно. Как себя поведет? И можно ли эти эффекты как-то использовать на практике?
Я понял зачем нужен сердечник в трансформаторе, когда в радиокружке три раза подряд спалил только что намотанную первичную обмотку трансформатора из 1500 витков подключенную в розетку 220 вольт без сердечника.
Кстати о беспроводной зарядке. Ведь "ярмо" с намотонным проводом можно воткнуть в мобильник чтобы оно торчало наружу и коннектилось с трансформатором и таким образом без всяких потерь и соединителей заряжать сей девайс.
Ну так беспроводные зарядки и представляют собой что-то вроде разомкнутого трансформатора, с обвязкой. Первичка в зарядке, вторичка в устройстве.
@@ПавелКасьяненко-я2н в том-то и дело что разомкнутого. Эффективность низкая. А всего-то и надо: добавить туда некоторый сердечник и забыть уже о проводах наконец.
@@0xREX, есть и такие зарядки, половина сердечника в базе, половина в приборе. Но встречаются почему-то нечасто.
я до сих пор до уонца не понимаю как это работает, нужно реальная визуалицация магнитных потоков и полей и вихрей.
На вопрос «Зачем нужен сердечник в трансформаторе?» автор сообщает нам: «Ну, ответ на этот вопрос сначала кажется совершенно банальным. Это делается для того, чтобы магнитный поток, созданный первичной катушкой, весь целиком проходил через вторичную катушку».
Это довольно странное заявление. Сердечник в трансформаторе нужен совсем не для этого. Действительно, давайте возьмем деревянную палку и намотаем на нее катушку из тонкого провода с N витками, где эти витки образуют один слой. Это будет наша первичная катушка. Затем, прямо поверх этой катушки, намотаем точно такую же катушку с таким же количеством витков. Это будет наша вторичная катушка. Тогда магнитный поток, созданный первичной катушкой, почти целиком будет проходить через вторичную катушку. То есть цель, о которой говорит Андрей, будет в этом случае достигнута и, следовательно, - по его представлениям - коэффициент трансформации нашего трансформатора с деревянным сердечником должен быть практически равен единице. Но если Андрей проделает такой эксперимент, он с удивлением обнаружит, что коэффициент трансформации в этом случае не будет равен единице - он будет практически равен нулю.
Ответ на вопрос «Зачем нужен сердечник в трансформаторе?» действительно банален, но звучит он совсем по-другому. Железный сердечник в трансформаторе нужен - прежде всего - для тысячекратного усиления магнитного потока, созданного первичной катушкой. Если первичная и вторичная катушки надеты при этом на один и тот же рукав сердечника, то практически не имеет никакого значения, замкнули вы сердечник ярмом или нет. Если же катушки надеты на разные рукава сердечника, тогда выступает на сцену вторая (я бы сказал второстепенная) роль сердечника, а именно: служить магнитопроводом, который направляет (с как можно меньшими потерями, и здесь уже конечно имеет значение замыкание сердечника ярмом) УСИЛЕННЫЙ ТЫСЯЧЕКРАТНО магнитный поток первичной катушки к вторичной катушке.
Непонимание главной роли сердечника в трансформаторе и послужило, по всей видимости, возникновению у Андрея странного вопроса, который он задал в конце видеоролика. Коэффициент трансформации по напряжению действительно не зависит от амплитуды входного напряжения,… если это напряжение превышает то значение, при котором имеет место насыщение намагниченности материала сердечника. А удивляться тому, что коэффициент трансформации зависит от амплитуды входного напряжения, когда это напряжение ниже значения, при котором происходит насыщение намагниченности сердечника, может только человек, который имеет довольно смутное представление о том, зачем нужен сердечник в трансформаторе.
Много лет назад мне понравилось объяснение в ролике "Трансформатор 2 . Реальная работа магнитопровода" на канале Просто о сложном. Все очень лаконично и понятно.
@@schetnikov Думаю, что очень большое влияние даже маленьких воздушных зазоров достаточно логично...
Если сердечник представить как структуру из большого числа микромагнитов (доменов), то передача энергии от первичной катушки к вторичной, производится "эстафетным" методом посредством цепочки из микромагнитов. Сначала тот микромагнит, который ближе к катушке разворачивается, а когда он разворачивает свои полюса, то ближний к нему микромагнит начинает притягиваться/отталкиваться занимая такое же положение, как первый микромагнит, а дальше третий в цепочке взаимодействует с вторым и т.д. пока вся цепочка не примет положение заданное катушкой. Поменяв полярность первичной катушки, снова начинается процесс разворачивания за некоторое время и чем дальше от катушки, тем немного силы слабее.
При этом для вторичной катушки, процесс похожий на эксперимент, когда в катушку вставляют магнит то одним полюсом, то другим. В сердечнике под вторичной катушкой эти микромагниты тоже самое делают, то есть меняют полюса и амплитуду по мере упорядочения.
Если же есть воздушный зазор, то ситуация, как в ролике о магнитном поле постоянного магнита. Сила притяжения/отталкивания постоянного магнита очень сильно падает при удаления от поверхности магнита. У нас же в воздушном промежутке фактически созданы полюса аналогично полюсам постоянного магнита. Получается, что микромагниты сердечника плохо взаимодействуют между собой, если между ними расстояние воздушного зазора и нужно прикладывать еще больше напряженности, чтобы обмениваться взаимодействиями, нужными для вращения микромагнитов сердечника внутри вторичной катушки. Особенно, когда вторичная катушка нагружена током, и этот ток создает ток, который противодействует вращению этих микромагнитов, что приводит к возрастанию тока в первичной цепи, для увеличение сил на цепочку...
@@schetnikov У вас более правильный абстрактный математический подход, но мне проще понять все процессы в трансформаторе как я описал. Например, легко понять почему существует ток х.х., или почему при нагрузке вторичной катушки, возрастает ток первичной катушки, а также понятны сдвиги фаз и т.д. Ведь когда микромагниты начинают свои колебания под действием поля первичной катушки, то они также индуцируют эдс в первичной катушке, которая противоположна напряжению, и в идеальном случае должна бы быть равна ему, но тогда ток пропадет и поле катушки исчезнет и микромагниты перестанут колебаться и эдс в первичной цепи исчезнет. В реальной жизни амплитуда колебаний микромагнитов меньше из-за магнитного сопротивления феромагнетика, поэтому эдс индукции в первичной цепи меньше напряжения, что создает ток х.х. Если же мы нагружаем вторичную катушку, то поле вторичной катушки еще больше уменьшает амплитуду колебаний микромагнитов(как демпфер в пружинных маятниках), что еще снижает эдс индукции в первичной катушки и увеличивает ток в ней.
Андрей, допустим, что дело действительно в соотношении омического и индуктивного сопротивлений катушки, как вы говорите, и что именно в этом нужно искать разрешение «загадки». Тогда смотрите, что получается. Индуктивное сопротивление катушки, как вы совершенно правильно указали, есть R=2πfL, где индуктивность L пропорциональна относительной магнитной проницаемости μ материала сердечника. То есть индуктивное сопротивление катушки пропорционально произведению частоты тока на магнитную проницаемость сердечника: R ~ fμ.
Рассмотрим теперь два сценария: (1) f=50 Гц , μ=1000 (железный сердечник), и (2) f=50 кГц, μ=1 (деревянный сердечник). Все остальные параметры одни и те же для двух сценариев. Тогда ясно, что в обоих случаях мы будем иметь абсолютно одинаковое соотношение омического и индуктивного сопротивлений катушки.
Теперь, если вы возьмете достаточно большое напряжение на первичной обмотке, то для первого сценария вы легко получите коэффициент трансформации, близкий к единице. Но получите ли вы (как и должны получить, если верить вашему пониманию сути «загадки»!) такой же результат во втором случае? То, что вы его не получите, совершенно очевидно, если катушки надеты на разные рукава сердечника (действительно, дерево ведь не может исполнить роль магнитопровода). Но я очень сомневаюсь, что вы получите ожидаемый результат, если даже посадите одну катушку поверх другой на деревянном сердечнике, где магнитопровод вообще не нужен.
Проведите соответствующий эксперимент, если мои доводы покажутся вам неубедительными.
@@schetnikov По поводу "...доменные цепочки подходят к зазору с обеих сторон...". Если доменная цепочка без зазора, то она почти сама себя удерживает после разворота(перемагничивания). При этом ток намагничивания нужен совсем небольшой и только потому, что материал не идеален и расстояние между доменами все же есть. То есть домены(микромагниты) не требуют много энергии после того, как развернулись, так как они друг друга удерживают.
Совсем другая ситуация, если есть зазор. Тогда расстояние между доменами в зазоре большое и цепочка самостоятельно хуже удерживает установленное направление полюсов микромагнитов. Поэтому ток х.х. растет и нужен он для удерживание микромагнитов после разворота.
Вопрос, а почему в электродвигателе зазор в 0,4+0,4 мм не сильно влияет на КПД? То есть в трансформаторе сильно, а в электродвигателе почти никак?
Если попытаться прочесть, то все просто. В магнитопроводе трансформатора существует магнитный поток. А в электродвигателе пара электромагнитов. Для электромагнитов наличие изменяющихся магнитных полей в зазорах между ними норма. А для магнитного потока в замкнутом магнитопроводе наличие его разрыва трагедия. Мю в тысячи единиц мгновенно исчезают. Выходит главное это разрыв, а не его величина.
Сердечник нужен для уменьшения тока холостого хода в первичной обмотке
Вопрос , а куда расходуется или трансформируется , потери в трансформаторе ?????????
А как магнитное поле проходит через вторичную катушку, если оно замкнуто в сердечнике ?
@@alexovcharenko2206 .
Если бы магнитопровод был бы разомкнут, то да. Но он замкнут. Как тогда ?
Я действительно не понимаю.
@@volterd.6304 Для понятия нужно различать, магнитный поток (это поле внутри магнитопровода), и магнитное поле( между открытыми полюсами магнита, по воздуху). Любая катушка сильно реагирует на изменения магнитного потока проходящего по магнитопроводу внутри катушки. В данном случае не требуется пересекать витки катушки магнитным полем. Замкнутый магнитопровод является как бы вершиной магнетизма. Магнитный поток внутри магнитопровода уже замкнут и уравновешен при любой напряжённости поля. Кстати в свободной природе нет отталкивания магнитов. Есть только притяжение и разворот для притяжения который все принимают за отталкивание. Но это приводит к ошибкам прочтения работы магнитных полей. Есть способ выгнать магнитное поле наружу замкнутого магнитопровода. Это две встречные катушки на замкнутом магнитопроводе. Их поля не могут пройти навстречу по одному магнитопроводу и потоки каждой катушки выходят на поверхность магнитопровода и замыкаются по воздуху каждый своими полюсами. Получаем сдвоенный электромагнит.
@@alexovcharenko2206 .
Я не до конца понял.
Вот смотрите, чтобы в катушке образовался ток, то сквозь обмотки котушки должно пройти магнитное поле, и если котушки намотаны на штырь, то при намагничивании магнитное поле выходит с концов штыря и проходит сквозь котушки делая ток. А как магнитное поле проходит сквозь магнитопровод если он замкнут ?
@@volterd.6304 Если у вас есть сердечник, он также работает как магнитопровод только в десятки раз слабее.
Однако по сравнению с внутренним полем сердечника его полюсные поля очень малы и в наведении тока в катушке мало участвуют.
@@volterd.6304 Если магнитопровод замкнут то внешнего поля у него нет. Но есть изменение магнитного потока внутри магнитопровода. Вот это изменение и наводит ЭДС в катушке. И никакого поля ей больше не надо. Все поля будут мизер по сравнению с изменением потока в сердечнике.
Не вижу показаний изменительного прибора
Каким должно быть реактивное сопротивление трансформатора для его нормальной работы что бы он не вышел из строя? Что будет если индуктивность будет слишком большой? Особенно интересует применительно к высокочастотным трансформаторам.
ответ на финальный вопрос скорее всего заключается в нелинейности ферромагнетика,из которого состоит сердечник. при больших напряжениях магнитное поле видимо отклоняется вниз от прямой пропорциональности, и уменьшается L, а вместе с ней и реактивное сопротивление. то есть трансформатор становится менее идеальным и потери увеличиваются, что мы и наблюдаем на опыте.
" и уменьшается L" -- вообще-то в вопросе было всё иначе. вероятно другая сторона другой нелинейности )
@@floks700 , как это связано с финальным вопросом на 13:00 ?
GetAClass - Физика в опытах и экспериментах а можно вопрос почему сердечник делают с листов стали а не стельных болванок ?
Для устранения паразитных вихревых токов в сердечнике. Погуглите "токи Фуко".
@@chembulatov я конечно понимаю что сердечник литой хуже работает чем пластины и объясняю эта токами фуко и вихревым током просто мне хочется наглядно понять что происходит в том или ином случаи стержней и что заставляет их так работать хотя может я много хочу знать или просто не понимаю
@@СергейРыбинцев-я6з, ну если коротко, то сплошной железный сердечник это короткозамкнутый виток, делением на пластины этот виток разрывают на части.
Кто бы мне ответил на такой вопрос Автор употребляет понятие «магнитный поток» а раз это поток то что- то движется аса что может двигаться если в металлах ничего кроме ядер и электронов ничего нет Если движутся электроны то это электрический ток ядра на месте Что же тогда движется в магнитном потоке.Нигде не смог найти ответа на этот вопрос
А если будет сердечник из диамегнетика меди или алюминия или не металла?
В таком случае , каков принцип работы трансформатора Зацаринина ?
Такой вопрос: можно ли сделать электромагнит, где вместо медного провода будет стеклянная трубка с откачанным воздухом, на которую будет подано высокое напряжение? Другими словами, можно ли сделать электромагнит, намотав на сердечник газоразрядную лампу?
да, но сила магнита сильно зависит от тока и колличества обмоток, много обмоток лампы не намотаеш и ток там очень низкий, еще высокое напрчжение и возможны пробои.
Не совсем понятно, почему индуктивное сопротивление умножается на ток в вашей формуле,так как это уже не омы а вольты.
У меня вопрос по поводу коэффициента трансформации.
Вы рассмотриваете ситуацию, что трансформатор реальный и есть в первичной обмотке сопротивление, поэтому коэффициент несколько ниже, чем 100%.
Пусть теоретически охладим первичную обмотку до сверхпроводимости. Тогда можно считать её омическое сопротивление нулём.
Так во вторичной обмотке тоже есть активное сопротивление, и в этом случае на вторичной обмотке будет небольшое падение напряжения I2*R2., что снова не даст нам полного совпадения входного и выходного напряжение, правильно я рассуждаю?
При маленьких напряжениях КПД низкий из-за гистерезиса?
Вопросов, после видео возникло огромное множество. Начиная с того, что электроны бегут по проводу. Как они в трансформаторе перепрыгивает на другую катушку?
электроны не перепрыгивают, под действием электро движущей силы они медленно передвигаются по проводу создавая магнитное поле и изменение магнитного поля заставляет электроны во второй катушке двигаться, электроны второй катушки реагируют именно на изменение магнитного поля и всем трансформаторам требуется переменный ток
Кто их видел, эти электроны?)
11:42 Как квадрат числа витков. Тут помилка. Бо, при збыльшенны числа витків, наприклад удвічі, опір зросте у чотири рази. І котушка не буде "очень большая".
Не знаю , что у вас за учебники. В наших потери на зазорах в сердечнике считали и сопротивление первичной обмотки учитывали. Не вижу смысла считать электрическую катушку с нулевым сопротивлением.
Сделайте нормальный звук. Ничего не слышно.
Качество материала сердечника тоже влияет на КПД;
Например, китайские блоки питания 3-12 вольт греются даже без нагрузки,...
потому что там сам сердечник нагрузка хорошая если сделан криво, в современных бп нет классических тр-ров, там ликтроника
@@floks700 И сердечник не из трансформаторной, а из сурогатной стали сделан,...
Ш-образные пластины можно согнуть и разогнуть без проблем; тогда как из настоящей трансформаторной стали они переламываются.
То есть, если у сердечника плохое магнитное насыщение, то при стандартной расчетной намотке катушки, она быстро нагреется и сгорит; для того чтобы этого не произошло, китаёзы ложат провод тоньше и длиннее, но это всё равно приводит к нагреву, и к потере КПД.
@@ЗмейГорыныч-ж1б Это верно подмечено, качество говно. Китайцы даже умудряются в медный провод пихать какой-то гадости, медь не чистая. Всё рассчитано как ширпотреб.
Дело (конечный вопрос) в скорости нарастания тока???)))
Всё дело в насыщении магнитопровода, с ростом напряжения поднимается величина тока, МДС, КПД, но понятие гистерезиса автор позабыл дать (ответа на вопрос, естественно не последует) . Влияние токов Фуко на КПД трансформатора упущено, из за чего необходимость воздушного зазора в магнитопроводе, даже идеального трансформатора, сведена на нет. Для школьного курса, на мой взгляд, слабовато. Сейчас дети намного легче информацию воспринимают, можно было бы и дать им представление полнее.
Так, а что будет если если сердечником будет являться вторая катушка? То есть катушки между собой соединены не сердечником, а как два звена якорной цепи. Почему-то нигде нет таких экспериментов.
Намотать такое безобразие наверное затруднительно, но без нагрузки наверное заработает замечательно, а под нагрузкой медь начнет капать на пол...
Обратный эффект по вашему вопросу: Для испытания изоляции трансформаторов повышенным напряжением используют повышенную частоту, чтобы избежать насыщения сердечника током намагничивания.
"Поскольку ЭДС самоиндукции в обмотке пропорциональна частоте, то при той же максимальной индукции можно приложить повышенное, по сравнению с рабочим, испытательное напряжение."
В вашей фразе, не смотря на правильность ее по сути, отсутствует логическая связь.
@@havoc4595 , это не моя фраза, а из лекции вроде как Института энергетики и управления энергетическими ресурсами. Я её так понимаю, что если прикладывать не повышенную частоту, то из-за падения индуктивности обмотка будет шунтировать подключенный источник , не давая напряжению сильно поднятся.
@@RobotN001 Ну у электриков объяснение попроще: У каждого сердечника есть предельная индукция, после которой происходит масыщение, у реальных силовых трансформаторов он в пределах 1,4-1,8 Тл. Индукция в сердерчнике тр-ра B=мю*N*I /l ток I=U/Z; сопротивление обмток в первом приближении Z=R+jX_L; X_L=wL т.е повышая частоту, мы увеличиваем индуктивность обмотки, тем самым увеличиваем индуктивное сопротивление первичной обмотки. Ток в первичной обмотке не увеличивается, следовательн не увеличивается поток и как следствие не происходит насыщения сердечника.
@@havoc4595 , именно в этих формулах индуктивность L остаётся той же, а индуктивное сопротивление растёт wL за счёт омега.
При малых напряжениях большая часть энергии уходит на потери перемагничивания, вот и падает коэф. трансформации.
Вопрос: почему на картинке из программы на 4:09 и 4:44 на изгибах сердечника магнитные линии распределяются в сторону внутреннего угла, а внешний угол остается почти пустым?
@@schetnikov Мне это сложно без картинки объяснить. Вопрос был немного в другом, но я вроде уже разобрался. Линии стремятся туда, где больше магнитное поле, таким образом концентрируясь на поворотах в ту же сторону, куда идет сердечник. То есть если сердечник будет в форме буквы W, то линии в средней части будут концентрироваться ближе к низу буквы.
К сожалению, я не смог найти такую програму, чтобы проверить, но мой расчет сходится к похожему решению, если учитывать отклонение линий в сторону сердечника.
Есть математическая аналогия между линиями тока в идеальной жидкости, линиями электрического тока в объемных проводниках, линиями электростатического и магнитного полей. Посмотрите серию роликов про парадокс изогнутой трубы.
@@schetnikov Да, спасибо. На примере с водой дошло, как-то не задумывался о такой аналогии.
Сначала я себе магнитопровод представлял как маленькие "магнитики", их поворачивает поле, из-за чего они поворачивают соседние "магнитики" и так далее пока не процесс не сойдется. Далее из этих "магнитиков" я выводил линии. Результат был правдоподобен, но не совпадал на углах с картинками из последних роликов.
Из-за чего и возник исходный вопрос.
А если в качестве литого сердечника использовать булат (это по хим составу как чугун, но и идеальной структурой из 48 атомов в центре такой ячейки находится фосфор или углерод) и намагнитить его за 1 микросекунду. Будет ли держатся эффект намагничивания 1 мили секунду? Если да то получается можно сделать электродвигатель с кпд больше 100% не нарушая законов физики.
Звук плохой(
@@floks700 ох уж эти хрипы - он поленился прочистить горло перед записью - я задыхалась, слушая его весь ролик. Вообще создается впечатление, что создатели через силу отрабатывают свой гонорар, не испытывая никакой вовлеченности в сам процесс.
12:00 думал будет переход к более высоко-частотным трансформаторам.
Я проводил некоторые эксперименты на частотах 100 - 10000000Гц. Что Вас интересует?
@@bobmargadon6175 магнитомягкий материал с нулевой энергией перемагничивания.
@@RobotN001 А таковой в природе бывает? Работал только с 87 ферритом.
@@bobmargadon6175 сверхпроводники же бывают. и такое наверное есть.
@@RobotN001 Рассуждаем так. Вы хотите изменить состояние вещества. Для этого надо либо произнести соответствующие заклинания либо затратить энергию. В реальном мире выбираем энергию. Для того же сверхпроводника вам надо первоначально затратить много много энергии чтобы перевести его в сверхпроводящее состояние, и затем тратить понемножку чтобы поддерживать его в этом состоянии. А тут вам надо изменять состояние твёрдого тела множество раз в секунду. И вы хотите сделать это бесплатно ?
Думаю, потери в данном трансформаторе образуются из-за того, что магнитопровод не замкнут полностью. Детали магнитопровода покрашены, а значит в плоскости соприкосновения есть немагнитный зазор. Если стыки прошлифовать (удалить краску), КПД трансформатора должен увеличиться.
Кстати, да. Схемы опыта нет, но я сильно подозреваю, что вторичная катушка нагружена просто на вольтметр. А это уже и не совсем трансформатор получается. Он же у вас никакой энергии не передаёт . Так можно много чего намерять. Ну, и для демонстрационного трансформатора желательно произвести муха-котлетное разделение. То есть индуктивность отдельно - активное сопротивление отдельно. Вот тогда можно будет выводы о влиянии отдельных параметров подкреплять реальными измерениями.
@@schetnikov За холостой ход я знаю. Именно в этом режиме особенно сильно сказывается влияние паразитных и не учтенных составляющих. Особенно сильно на это проявляется на высоких частотах но и для 50 Герц ничего принципиально не меняется.
Пару десятков витков толстым проводом и малоиндуктивный резистор, дадут очень хорошее приближение к идеальному разделению. В конце концов, нам же не микроволновку питать, а демонстрировать принцип работы. Для измерения этого вполне хватит.
Что касается вопроса, то мы имеем сильно нелинейную зависимость, что говорит о том, что тут работает давно известный эффект падения эффективности сердечника на малом сигнале. Он присутствует даже в дорогих измерительных трансформаторах что уж говорить о простом демонстрационном.
@@bobmargadon6175 , и с чем связан этот "давно известный эффект" ?
Что за программа для модуляции?
нехватает наглядности, пару амперметров и вольтметров надо на стол поставить для зрителей
Дело в магнитном гистерезисе трансформаторного железа.
...Подумал я так же, да вот только насыщение, которое могло бы стать причиной такого ухудшения и описывается той самой петлёй гистерезиса, усиливается наоборот с ростом входного тока (т.е. и напряжению, т.к. они прямо пропорциональны). Так что это что-то другое
что есть трансфоматорное железо, впервые о таком слышу
Интересно как будут протекать процессы если вывести сердечник на частоту его резонанса и со вторичкой создать колебательный контур....
Звучит так, как будто все должно в пизду расплавится в таких чудесных условиях)
В универе с помощью генератора синуса проверял так трансформаторы. Просто напряжение на выходе с ростом частоты достигнет своего максимума, а дальше начнет резко снижаться, поэтому что энергия будет уходить на нагрев сердечника. В данный момент на эффекте резонанса работают самые продвинутые компьютерные блоки питания, у них же самый высокий КПД (больше 95%) из предложенных на рынке.
для уменьшения потерь при передачи мощности
И далее петля гистерезиса..
Надо моему начальству это видео показать, чтобы понимали откуда потери электроэнергии берутся
И этот опыт похож на магнитный хранитель
На счёт зависимости КТ от напряжения...ну так споротивление не меняется и тут наверное работает закон Ома
Переходите уже на LC контур его резонанс.))
Потери в сопротивлении обмоток...
Становятся более значимымыми
голос тихий
Почему то звук микрофона хрипит.
💯👍💯
Перемагничивание сердечника при такой малой напруге становится дюжа заметным, вот и падает КПД
@@schetnikov да, насчёт КПД я погорячился,... но что это меняет? Перемагничивание сердечника малым напряжением остаётся и напруга на вторичке сильно уменьшается.
@@СашаРябчик-й2с а меняет то, что насыщение (из-за которого и возникает необходимость перемагничивания) тем сильнее, чем больше магнитный поток, поэтому с увеличением амплитуды напряжения и негативное воздействие возрастало бы. Вот только в ролике оно возрастает с уменьшением напряжения, так что нужна другая теория под это.
@@floks700 дык ток в обмотках при большей напруге больше!... Или ты не согласен. Я всё-таки думаю что при малой напруге от сердечника мало толка. Или надо пластины тоньше делать или из другого материала...
@@Uralski_Ivan от сердечника мало толку на таких низких напругах. Надо либо транс уменьшать, либо сердечник эффективнее. Я так думаю
@@floks700 действительно, меньшее напряжение по закону Ома вызывает меньший ток, а потери на "нагрев" при этом по-вашему больше!
Л - логика 😂👍🤦
А чего тут особо соображать: на практике, при падении U сила тока I падает непропорционально, то есть R катушки растет.
Сразу видно на экране Физик, а не электротехник, а знаете почему?
Без физики не научишься электротехнике
видимо реактивное сопротивление зависит от амплитуды