О теории трансформатора

[Alex9797]

Результатами своей работы, которая заняла у меня почти три года, я хочу поделиться в этой статье.

Теперь еще три года придется ждать! Полтора года, пока читатели поймут написанное, и еще полтора - пока они напишут замечания.

Теория трансформатора…
Как-то раз английского астронома Артура Эддингтона спросили:
— Сэр, правду ли говорят, что вы один из трёх человек в мире, которые понимают теорию относительности Эйнштейна?
Наступило неловкое молчание — учёный явно затруднялся с ответом. Тогда спрашивающий поспешил исправить положение:
— Может быть, сэр, я что-то не так сказал? Мне, видимо, сэр, следовало бы догадаться, что вы, сэр, при всей вашей скромности, сочтёте мой вопрос несколько бестактным. В таком случае, сэр, позвольте...
— Ничего... ничего...— благодушно прервал его Эддингтон.— Просто я задумался, пытаясь вспомнить, кто же этот третий.

Я буду очень признателен, за Ваши замечания, предложения и вопросы.

Во-первых, искренне восхищен проделанной работой! А во-вторых, очень жаль, что многие рассуждения построены на ошибочных выводах, что обесценивает конечный результат. Глубокий анализ ошибок потребует времени. Но некоторые моменты могу покритиковать уже сейчас. Так сказать, подброшу и я пару поленьев в костер инквизиции!

Некоторые положения этой теории вообще противоречат закону сохранения энергии. В частности в теории утверждается, что ток короткого замыкания идеального трансформатора, имеет бесконечно большое значение, следовательно, размеры магнитопровода не влияют на мощность трансформатора.

В этом месте вообще закон сохранение ни при чем, и, конечно же, не может быть его нарушений.

Весь «фокус» в том, что в одинаковых встречных магнитных потоках ни какое вещество не намагничивается, в том числе и ферромагнетики. Домены, находящиеся в ферромагнетиках, каждый из магнитных потоков пытается повернуть в свою сторону с одинаковым усилием. Одновременно повернуться в обе стороны, домены не могут, это
естественно, поэтому они остаются в произвольном состоянии.

Здесь нарушены причинно-следственные связи, что и повлекло за собой большинство заблуждений в рассуждениях. Трансформатор не может работать на постоянном токе, а только на переменном. Поэтому при его работе не бывает статических состояний. Все процессы происходят в динамике. Одни процессы являются причиной, другие – их следствием.
Напряжение, подаваемое на первичную обмотку, является причиной возникновения тока через нее. Ток первичной обмотки создает магнитное поле, которое индуцирует эдс во вторичной обмотке. Если к вторичной обмотке подключена нагрузка, то через нее протекает ток, который в свою очередь создает магнитное поле, которое индуцирует эдс в первичной обмотке. Ну, и так далее. Всему этому всех нас учили еще в школе. То есть, все происходит не одновременно, а в определенной последовательности.

При помощи таких же ложных рассуждений можно построить теорию механического редуктора. Как известно, сила действия равна силе противодействия. Ведущий вал пытается повернуть свою шестерню. Она давит своими зубьями на зубы ведомой шестерни, с некоторой силой. Но точно с такой же силой давит и ведомая шестерня на зубы ведущей. Поэтому обе шестерни остаются неподвижными, и теория редукторов неверна. Редукторы на самом деле вообще не могут вращаться.
Похоже на "теорию трансформатора"?

Тем не менее, я еще раз повторю – восхищен статьей, несмотря ни на что. Потребуется некоторое время на ее анализ, чтобы отделить рациональное зерно от ошибочных рассуждений. Очень кстати были бы и экспериментальные данные. Ведь часто бывает, что при проведении экспериментов что-то важное остается за кадром. Если какой-то результат кажется парадоксальным, то его списывают на погрешность измерений, и проч.

Приведу один пример.
Что будет, если две абсолютно одинаковых антенны «полуволновой диполь» расположить на близком расстоянии параллельно друг другу, и подать на них абсолютно одинаковые сигналы, но в противофазе? Любой, кто мало-мальски знаком с радиотехникой, скажет – а ничего не будет! Волны взаимно скомпенсируют друг друга, и в окружающее пространство ничего не будет передаваться. Да и на прием такая антенна ничего не поймает, результирующий сигнал будет равен нулю.

Все вроде логично. Но нашелся один сомневающийся (если не ошибаюсь, из Англии), и решил проверить на практике. Результат оказался фантастический! Он получил антенну с обалденно узкой диаграммой направленности, и с обалденно высоким коэффициентом усиления! А весь фокус был в том, что на практике очень трудно, или почти невозможно, обеспечить абсолютную параллельность лучей диполей. И при непараллельности в один-два градуса получался такой потрясающий эффект!
А ведь был бы тогда форум, и задал бы этот товарищ на форуме вопрос – что будет, если… - и его засыпали бы критическими замечаниями, и советами учить физику.

[trutter]

Видите ли уважаемый trotter, о сверх проводниках в статье речи не идёт, тем более, что в сильных магнитных полях, эффект сверхпроводимости исчезает.

Уважаемый КREN ,
-1) за искажение ника в правильных форумах сажают, то бишь банят, не хотелось бы чтобы это было применено к Вам.
-2) в своей статье, на первой странице ея, прямым текстом написано Вами

Пусть это будет кольцевой трансформатор, обмотки которого равномерно распределены по всей длине средней линии () магнитопровода, при этом намотаны они одна над другой. Активные сопротивления обмоток равны нулю. Весь магнитный поток, создаваемый обмотками, проходит через магнитопровод, причѐм индуктивное сопротивление рассеивания и паразитные ѐмкости, тоже равны нулю.

Вы уж определитесь , иначе все выкладки насмарку на протяжении статьи.

А в режиме КЗ, ток всё равно остаётся переменным и изменяется от –Imкз до + Imкз и в соответствии с законом «полного тока» , о котором уже упоминалось на форуме, изменяется и магнитный поток. Обратите внимание на диаграмму, изображённую на рис. 3 А. На нижней диаграмме показано поведение тока во вторичной обмотке трансформатора в режиме КЗ. Чуть выше изображены диаграммы изменения индукций магнитного потока перемагничивания, потока вторичной обмотки, дополнительного потока первичной обмотки и полного потока первичной обмотки.

Вы упомянули упомянутый не Вами закон "полного тока" , называемый иначе в забугорье законом Ампера (Ampère's law)

Лучше бы Вы этого не делали, потому что закон Ампера (полного тока) применим лишь в магнитостатике , увы. И к трансформаторам отношения не имеет.

Полноценное уравнение электродинамики в этой сфере есть уточнённое Максвеллом выражение (Ампера-Максвелла)

смысл которого заключается в том циркуляция магнитного поля на замкнутом контуре l (являющейся границей незамкнутой поверхности S) равен полному току свободных зарядов и изменению потока электрической индукции через эту поверхность S.
Это выражение в интегральной форме входит в четвёрку основных уравнений Максвелла , на которых строится вся электродинамика. И с которыми спорить бесполезно даже такими статьями как Ваша.
Се-ля-ва. На пальцах это означает что магнитное поле может быть вихревым как впрочем и электрическое и распространяться в вакууме без проводов и токов свободных зарядов.
А еще иначе , что индукция магнитного поля в среде (магнитопроводе) может зависеть не только от токов в обмотках но и от вольт-секунд, приложенных к ,например обмотке, . Это сложно понять, это надо запомнить. Но каждый анжынер знает формулку , связывающую вольттсекунды ,витки , именение индукции и площадь. Где там амперы KREN ? (вопрос риторический)

Статью срочна на доработку....
и признать что в учебниках ошибок меньше чем в Вашей статье "про трансформаторы".

[lehers]

При помощи таких же ложных рассуждений можно построить теорию механического редуктора. Как известно, сила действия равна силе противодействия. Ведущий вал пытается повернуть свою шестерню. Она давит своими зубьями на зубы ведомой шестерни, с некоторой силой. Но точно с такой же силой давит и ведомая шестерня на зубы ведущей. Поэтому обе шестерни остаются неподвижными, и теория редукторов неверна. Редукторы на самом деле вообще не могут вращаться.
Похоже на "теорию трансформатора"?

ААА!!!
Я понял, что не понимаю принцип действия редуктора
Поаккуратнее, пожалуйста, с такими примерами
А если серьёзно, то ситуация, описанная в примере, возможна, когда тормозной момент нагрузки и момент двигателя равны (с учётом к-та передачи) - "заклинило"! Выходит, для успешной передачи энергии момент двигателя, а значит, и мощность, всегда должны быть хотя бы чуть больше, чем требуется нагрузке??? (но тогда система пойдёт вразнос)
Или же, если не мыслить плоско, то равновесие может быть не только классическим, в статике, но и в динамике? Просто мысли вслух, никого не подкалываю, и вправду озадачили с редуктором меня

P.S. анекдот в тему:

Вступительный экзамен в ВУЗе.
Экзаменатор:
- Объясните, пожалуйста, почему крутится электромотор.
- А потому что электричество!
- Что ж это за ответ?
Отчего же тогда электрический утюг
не крутится?
- А потому что не круглый!
- Ну хорошо, а электроплитка?
Круглая? Почему она не крутится?
- А потому что шершавая, трение в ножках...
- Ладно... А лампочка! Электрическая! Круглая! Гладкая! Без ножек! Почему лампочка не крутится?
- А лампочка-то как раз и крутится...
- ???!!!
- А вот когда вы её в патроне меняете, что вы делаете? Вы ведь её крутите!
- Нда-а... в самом деле... кручу хм... Да! но ведь это Я её кручу, а не она сама...
- Ну, знаете, само по себе вообще
ничто не крутится! Вон электромотору тоже, небось, электричество нужно!

[KREN]

Уважаемый trutter, прошу прощенья за искажение Вашего Ника, но честное слово, я это сделал не нарочно.
У меня к Вам вопрос, каким образом Вам удаётся писать формулы? Дело в том, что редактор, которым мы пользуемся для переписки на форуме, почему-то не понимает программу MathType 6.7. Если бы иметь возможность рисовать формулы, я думаю, наш диалог был бы продуктивнее.
И ещё один вопрос. Что такое вольттсекунды? Наверное, сидя на пенсии я безнадёжно отстал и не знаю о том, что известно всем. Например, ампер-секунды мне известны – это заряд электрического тока, измеряется ещё и в Кулонах. Знаю ещё ваттсекунды, это энергия, измеряется ещё и в Джоулях. А вольттсекунды, мне как-то не встречались.

[Starichok51]

вольт - с одной буквой т пишется.
наиболее наглядно вольтсекунды проявляют себя в импульсной технике.
скорость изменения тока равна напряжению, деленному на индуктивность.
а ток, в свою очередь, равен скорости изменения, умноженной на время.
в итоге мы имеем в числителе вольтсекунды.
самостоятельного названия, как Кулон для Амперсекунд, не имеют.
используются не только при расчетах трансформаторов, но и при расчетах дросселей, а также обратноходовых.
только обычно делается обратный расчет: при известном напряжении (времени (частоте) и максимальном токе вычисляется требуемая индуктивность.

[KREN]

Теперь еще три года придется ждать! Полтора года, пока читатели поймут написанное, и еще полтора - пока они напишут замечания.

Теория трансформатора…
Как-то раз английского астронома Артура Эддингтона спросили:
— Сэр, правду ли говорят, что вы один из трёх человек в мире, которые понимают теорию относительности Эйнштейна?
Наступило неловкое молчание — учёный явно затруднялся с ответом. Тогда спрашивающий поспешил исправить положение:
— Может быть, сэр, я что-то не так сказал? Мне, видимо, сэр, следовало бы догадаться, что вы, сэр, при всей вашей скромности, сочтёте мой вопрос несколько бестактным. В таком случае, сэр, позвольте...
— Ничего... ничего...— благодушно прервал его Эддингтон.— Просто я задумался, пытаясь вспомнить, кто же этот третий.



Во-первых, искренне восхищен проделанной работой! А во-вторых, очень жаль, что многие рассуждения построены на ошибочных выводах, что обесценивает конечный результат. Глубокий анализ ошибок потребует времени. Но некоторые моменты могу покритиковать уже сейчас. Так сказать, подброшу и я пару поленьев в костер инквизиции!



В этом месте вообще закон сохранение ни при чем, и, конечно же, не может быть его нарушений.




Здесь нарушены причинно-следственные связи, что и повлекло за собой большинство заблуждений в рассуждениях. Трансформатор не может работать на постоянном токе, а только на переменном. Поэтому при его работе не бывает статических состояний. Все процессы происходят в динамике. Одни процессы являются причиной, другие – их следствием.
Напряжение, подаваемое на первичную обмотку, является причиной возникновения тока через нее. Ток первичной обмотки создает магнитное поле, которое индуцирует эдс во вторичной обмотке. Если к вторичной обмотке подключена нагрузка, то через нее протекает ток, который в свою очередь создает магнитное поле, которое индуцирует эдс в первичной обмотке. Ну, и так далее. Всему этому всех нас учили еще в школе. То есть, все происходит не одновременно, а в определенной последовательности.

При помощи таких же ложных рассуждений можно построить теорию механического редуктора. Как известно, сила действия равна силе противодействия. Ведущий вал пытается повернуть свою шестерню. Она давит своими зубьями на зубы ведомой шестерни, с некоторой силой. Но точно с такой же силой давит и ведомая шестерня на зубы ведущей. Поэтому обе шестерни остаются неподвижными, и теория редукторов неверна. Редукторы на самом деле вообще не могут вращаться.
Похоже на "теорию трансформатора"?

Тем не менее, я еще раз повторю – восхищен статьей, несмотря ни на что. Потребуется некоторое время на ее анализ, чтобы отделить рациональное зерно от ошибочных рассуждений. Очень кстати были бы и экспериментальные данные. Ведь часто бывает, что при проведении экспериментов что-то важное остается за кадром. Если какой-то результат кажется парадоксальным, то его списывают на погрешность измерений, и проч.

Приведу один пример.
Что будет, если две абсолютно одинаковых антенны «полуволновой диполь» расположить на близком расстоянии параллельно друг другу, и подать на них абсолютно одинаковые сигналы, но в противофазе? Любой, кто мало-мальски знаком с радиотехникой, скажет – а ничего не будет! Волны взаимно скомпенсируют друг друга, и в окружающее пространство ничего не будет передаваться. Да и на прием такая антенна ничего не поймает, результирующий сигнал будет равен нулю.

Все вроде логично. Но нашелся один сомневающийся (если не ошибаюсь, из Англии), и решил проверить на практике. Результат оказался фантастический! Он получил антенну с обалденно узкой диаграммой направленности, и с обалденно высоким коэффициентом усиления! А весь фокус был в том, что на практике очень трудно, или почти невозможно, обеспечить абсолютную параллельность лучей диполей. И при непараллельности в один-два градуса получался такой потрясающий эффект!
А ведь был бы тогда форум, и задал бы этот товарищ на форуме вопрос – что будет, если… - и его засыпали бы критическими замечаниями, и советами учить физику.

По-моему я нигде не упоминал о том, что трансформатор работает на постоянном токе. Тем более, что я противник теории "идеального" трансформатора, который, якобы, может преобразовывать постоянное напряжение.
Цитатой, которую Вы упомянули, я хотел показать, почему относительная магнитная проницаемость ферромагнетика равна единице, для магнитного потока вторичной обмотки и дополнительного (зеркального) магнитного потока, первичной обмотки. Ведь эти потоки возбуждаются в одном и том же месте магнитопровода. Взаимодействие этих потоков происходит именно в той последовательности, как Вы и говорите. Но происходит это всё, практически, одновременно. Трансформатор, если использовать его в качестве управляющего элемента, обладает очень высоким быстродействием, магнитный усилитель «ему в подмётки не годится», но при этом приходится тратить значительную энергию. По этому, он не нашёл широкого применения в этом качестве.
Что же касается закона сохранения энергии, то давайте рассуждать следующим образом. Энергия из первичной обмотки во вторичную передаётся посредством взаимодействия магнитных потоков первичной и вторичной обмоток, мне кажется, что с этим согласны все. Следовательно, энергия на нагрузке, не может быть больше, чем энергия, которой эти потоки обладают, если, конечно, нагрузка не запасает энергии от предыдущих циклов. Но мы выяснили, что индукция магнитного потока вторичной обмотки и индукция дополнительного магнитного потока первичной обмотки, не может превысить амплитудного значения индукции магнитного потока перемагничивания, при работе на активную нагрузку. Энергия этих магнитных потоков ограничена, следовательно, и на нагрузке она должна быть ограничена.

[KREN]

вольт - с одной буквой т пишется.
наиболее наглядно вольтсекунды проявляют себя в импульсной технике.
скорость изменения тока равна напряжению, деленному на индуктивность.
а ток, в свою очередь, равен скорости изменения, умноженной на время.
в итоге мы имеем в числителе вольтсекунды.
самостоятельного названия, как Кулон для Амперсекунд, не имеют.
используются не только при расчетах трансформаторов, но и при расчетах дросселей, а также обратноходовых.
только обычно делается обратный расчет: при известном напряжении (времени (частоте) и максимальном токе вычисляется требуемая индуктивность.

Ну-у, Starichok51, от Вас я не ожидал такого ответа. Имеет вольт-секунда самостоятельное название, только, практически она не используется, а вот её название используют. Одна вольт-секунда соответствует одному Веберу, магнитного потока. Так что подключать магнитный поток, для того чтобы получить магнитный поток, как-то не очень. А название вольттсекунда, я взял из «первоисточника». Смотрите выше.

[avp94]

Мне приходилось превышать расчётную мощность трансформатора. С кольцевого промышленного трансформатора, мощностью 48 Вт. Я снимал на нагрузке 150 Вт. Но при этом, у меня была постоянная нагрузка, и использовалось принудительное охлаждение. Кстати, первичная обмотка оставалась штатная.

Это как то не очень согласуется с Вашей теорий и последующими высказываниями в топике.

Кстати о формулах, по ним я проводил расчёты трансформаторов, результаты были лучше, чем по методикам, изложенным в литературе.

Предполагаю, что формулы брали не для идеального трансформатора, и тогда поподробнее: Какие именно трансформаторы ВЫ рассчитывали (Топология, мощность, частота, назначение) и по каким формулам рассчитывали индуктивность рассеяния.
С какой из методик, изложенной в литературе сравнивали, и естественно результаты сравнения.

[ogen]

Хочу только заметить, что электромагнитное поле и магнитное поле - это вообще-то одно и то же. Так что вы меня не опровергли и тут.

Интересное утверждение.

[KREN]

Это как то не очень согласуется с Вашей теорий и последующими высказываниями в топике.

Предполагаю, что формулы брали не для идеального трансформатора, и тогда поподробнее: Какие именно трансформаторы ВЫ рассчитывали (Топология, мощность, частота, назначение) и по каким формулам рассчитывали индуктивность рассеяния.
С какой из методик, изложенной в литературе сравнивали, и естественно результаты сравнения.

Уважаемый avp94!
Дело в том, что полная мощность 48—Ваттного трансформатора составляет не менее 4,8 кВт. Хочу напомнить, что полная мощность – это произведение тока короткого замыкания на ЭДС вторичной обмотки.
Раньше я обычно пользовался методикой, изложенной в книге Белопольского «Расчет трансформаторов и дросселей малой мощности» Не помню инициалов.
Разумеется, при расчётах необходимо учитывать форму входного напряжения и коэффициент заполнения периода импульсом, или скважность.
А сейчас я удаляюсь, сами понимаете куда.
С Новым Годом!