А по мне, так предыдущая модель была более понятна. А здесь есть вопрос. Почему обмотки основного транса и дырки включены последовательно?

Чтобы обеспечить равенство токов. А поскольку трансформатор "дырки" - токовый, то напряжение на его обмотках никого не волнует. Точнее, оно такое, как получается в результате трансформирования напряжения на витке, которое рано падению напряжения на активном сопротивлении витка при протекании чере него разностного тока. Естественно, это напряжение должно быть мало по сравнению с напряжением питания.
Равенства напряжений на первичной обмотке силового трансформатора и первичной обмотке "дырки" быть не должно (хотя на первый взгляд, напряжение как раз-таки должно быть одинаковым, поскольку это одна и та же обмотка). Именно попытки обеспечить равенство напряжений приводили к неработоспособности моих первых моделей.

Я бы не считал его токовым. И что такое "токовый" трансформатор?
Рассуждаем следующим образом. Пусть напряжение U, приложенное к виткам первичной обмотки, вызывает некое изменение магнитного потока в сердечнике площадью S. Это дело, в свою очередь, вызывает появление ЭДС на вторичной обмотке. Вопрос: какова доля части сердечника с площадью S/10 в этой ЭДС? На мой взгляд 1/10 пока сердечник не насыщен и все линейно.
Иными словами, трансформатор "дырки" должен оперировать с напряжениями, составляющими:
Uдi=Ui*Sд/S, где:
Uдi - напряжение на i -ой обмотке дырки,
Ui - напряжение на i -ой обмотке основного трансформатора,
Sд - площадь поперечного сечения дырки,
S - площадь поперечного сечения сердечника основного трансформатора.
Теперь рассмотрим процесс насыщения основного трансформатора при увеличении входного напряжения. В этом случае изменение магнитного потока уже не соответствует приложенному напряжению в основном сечении S, но в малом сечении Sд - это может быть совсем не так, за счет постоянной нагрузки в виде КЗ витка (витков). Поэтому, поток начнет распределяться по сечению неравномерно. Через дырку потечет не 1/10 потока, а несколько большая часть. А это в свою очередь вызовет бОльший ток на КЗ витке.
Я так думаю, что через дырку можно пропустить и не один виток, а несколько. Но нагрузка для них должна быть такой, чтобы обеспечить "ненасыщение" этой части магнитопровода при насыщении основной части.
В связи с этим, всю конструкцию можно сделать более технологичной без сверления.

Как что? Трансформатор, который подключается к источники тока. Если этот же трансформатор подключить к источнику напряжения, то он будет трансформатором напряжения.

В трансформаторе тока I вых = I вх*Ктр, причем токи - величины постоянные и не независят от сопротивления нагрузки. Напряжение же на обмотках будет определяться исключительно величиной сопротивления нагрузки и соответственно, будут меняться при изменении этого сопротивления. Т.е. в трансформаторе тока напряжение на обмотках опредеряется вторичной стороной, а ток - первичной.
В трансформаторе напряжения все наоборот - напряжение на обмотках задается первичной стороной, а токи обмоток - вторичной. Выходное напряжение Uвых=Uвх*Ктр, причем эти напряжения постоянные и не зависит от сопротивления нагрузки. А вот токи обмоток непосредственно зависят от нагрузки и меняется.

С точки зрения режима работы магнитного материала сердечника, особенность токового трансформатора в том, что при увеличении длительности импульса сердечник все равно не зайдет в насыщение при сколь угодно большой длительности импульса. Трансформатор напряжения при увеличении длительности импульса обязательно насытится.

Согласен

А вот с этого места не понял целесообразность.
Действительно, ток витка уменьшает степень насыщения участка сердечника (это на модели хорошо видно).С непропорциональным увеличением тока в витке при заходе в насыщение также согласен. Видимо это и способствует появлению сигнала о начале насыщения раньше, нежели начинает существенно возратать ток в основной обмотке.
А вот сделанный вывод мне не понятен:

Как можно через дырну пропустить несколько витков без сверления?

Ну не лукавьте. Где Вы видили ярко выраженные источники тока или источники напряжения? Таковых в природе нет. А в данном случае - не исключено, что это недопустимое предположение. По крайней мере не очевидное. Поэтому я и начал "додумывать" это дело, исключая понятие "трансформатор тока", потому как сама идея уважаемого gyratorа, показавшаяся мне сначала "не очень" (каюсь), на самом деле оказалась достаточно интересной.



На самом деле дырки, как таковой не будет. Идея проста. Для тора, к примеру, это тор в торе. Один -большой - пустой, а второй - маленький - с обмоткой. Маленький тор с обмоткой вставляется в большой. Затем из них изготавливается трансформатор обычным способом.
Развитие сей мысли для Ш образного сердечника надо бы нарисовать для пущей ясности. К сожалению, сделать это в настоящий момент нет возможности.

Есть еще вариат: Считаем, что седечник состоит как-бы из двух сложенных вмечте, с соотношением площадей сечения 9:1. Сердечник с меньшим сечением имеет виток, нагруженный на на резистор R (величиной отличной от нуля).
Далее рассматриваем только сердечник с меньшим сечением. Пака сердечник не насыщен должно выполняться условие I1*W1 = Ir*Wr или Ir = (I1*W1)/Wr. Поскольку виток один, то Wr=1 и соответственно Ir=I1*W1. При вхождении сердечника в насыщение ток I1 будет возрастать, соответственно будет возрастать и ток витка Ir, но с меньшей скоростью, чем I1. Приэтом абсолютный прирост на начальном участке насыщения будет чуть меньше, чем прирост I1 *W1. Таким образом становится возможным отследить момент вхождения сердечника в насыщение. Это качественная сторона вопроса. С другой стороны, виток имеет нагрузку, по которой ток. Здесь начинается тонкий момент. Этот ток с одной стороны зависит от величены наведенной ЭДС и величины сопротивления витка и в реальной схеме какойто отличной от нуля нагрузки, с другой стороны соотношением ампер-витков. Получить аналитическое представление тока витка у меня не получилось. Вероятно его можно определить только при моделировании - видимо это процесс итерационный. Мне кажется, что чем меньше сечение, охваченное витком, тем меньше его влияние на процессе в сердечнике, при этом отклик (абсолютный прирост тока) остается постоянным.
Во завернул!
P.S. Спасибо AML за русификатор для microcap 9!

Ну, здрасьте... Если внутреннее дифференциальное сопротивление источника хотя бы в 100 раз меньше дифференциального сопротивления нагрузки - то это ярко выраженный источник напряжения. Соответственно, конденсатор на выходе выпрямителя является для силового трансформатора ярко выраженным источником напряжения. А вот любой дроссель с малыми пульсациями в режиме непрерывных токов - ярко выраженный источник тока. Равно как и дроссель-трансформатор обратноходового преобразователя напряжения. Именно поэтому его можно непосредственно подключать к выходому конденсатору в том же обратноходовом (коммутация источника напряжения на другой истчник напряжения недопустима - следствие первого закона коммутации).
Кстати, для датчика тока (который по сути является токовым трансформатором) цепь, куда он подключен, является ярко выраженным источником тока.
Так что практически в любом преобразовательном устройстве можно найти несколько ярко выраженных источников тока и ярко выраженных источников напряжения.

Вот с этим я согласен. Без подсказки уважаемого gyratorа, я принцип действия устройства не понял. Также я не могу на практике проверить адекватность модели, поскольку последний раз сердечник держал в руках 11 лет назад и в ближайшей перспективе вряд ли мне такая возможность представится (работаю журналистом в газете областной администрации и никоим боком к электронике отношения не имею ). Но поскольку автор идеи видел результаты моделирования и ничего не возразил, могу сделать предположение, что она выдает результаты, похожие на правду.
Надо бы жену попросить математически все это описать - она курс магнитных элементов в Смоленском филиале МЭИ читает.

Я вообще в восторге от столь простого и эффективного решения. Технологическое усложнение, связанное со сверлением, мне кажется небольшая плата за обеспечение столь интересного результата.

Теперь понятно о чем идет речь - тоже думал об этом. И идея, на мой взгляд, вполне жизнеспособная - ведь насыщение гарантировано начинается на врутренней части кольца. Боюсь только, что для этого потребуются кольца специального типоразмера (нестандартные). А любой нестандарт дорог. Для небольших серий дырка наверняка будет дешевле заказного кольца.


У меня такое же мнение.
Пока не за что. Я ведь только пробный вариант выложил, там еще ошибок немало. Нормальный вариант для демки, а также версии полной 9.0.0.и подверсии полной 9.0.2 выложу в течение ближайших нескольких дней - увлекся моделированием "дырки" и забросил перевод. Уж больно интересно стало.

Спасибо, что напомнили. Однако соблюдение этого правила при работе, скажем, на реактивную нагрузку, не выглядело очевидным. В последней модельке - вроде, да - другое дело.

Возращусь к расчету сердечника. Итак, вроде бы пришли к консенсусу, что ток в витке будет равен Iвитка = I1*W1. Но как пойдет поток, создаваемый током витка? Ближе всего ему замкнуться вокруг витка, нежели через весь сердечник. Тогда обозначим через S сечение сердечника, через S1 -сечение, охваченное витком. При неизменности потока намагничивания, в пределе получаем увеличение индукции в сечении над витком в S/(S-S1).

Не, не пришли.

Не так. Сердечник с меньшим сечением пересекает три обмотки (а не две). Поэтому балан ампер-витков
выглядит так:
I1*W1=Ir*Wr+I2*W2

Имею ввиду, что витком можно контролировать намагниченномть сердечника в чистом виде - при наличии только первмчной обмотки и витка - без наличия вторичной (вторичных) обмотки. Если они имеются, то потоки создаваемые ими будут компесиповаться "дополнительным" потоком первичной обмотки, и пока сердечник ненасыщен суммарный поток - это поток намагничивания холостого хода.
Тогда через виток будет проходить только часть потока намагничевания и ток в нем будет I1*W1 = Ir,
где I1 - ток намагничивания первичной обмотки , W1 -число витков первичной обмотки. Поток, создавемый витком, на площади седечника S1, который он охватывает, будет компенсировать поток намагничивания в этой области. Но ему надо замкнуться. Ближе и легче ему вокруг витка, чем через весь сердечник (хотя при этом какая-то небольшая часть замкнется и через весь). При замыкании потока вокруг витка имеем интересный эффект - поток (намагничевания), охваченный первичной обмоткой не изменятся (по величине). а следовательно и ток холостого хода. Ток витка при этом тоже определяется однозначно.
Поскольку (если) поток витка замыкается вокруг витка, то на площади сердечника им охваченным, он вычитается из потока намагничивания, в оставшемся пространстве (S-S1) складывается.Т.к. поток намагничивания не изменился ,а сечение, через которое он проходит уменьшилось, то тогда в этом сечении увеличивается индукция в пределе в S/(S-S1) раз.

Не сообразисл сразу, что имеется в виду ХХ.
Изменения в сердечнике, безусловно, есть. Только по-моему, меняется не индукция, а напряженность поля, поскольку именно она определяется током. А индукция определяется напряжением на первичной обмотке. К примеру, если взять обычный трансформатор, то при подключении надрузки там поток вторичной обмотки вычитается из потока первичной во всем сечении. И через сечение проходит только разностный поток, который в идеале стремится к нулю. Однако, на индукцию в сердечнике это никак не сказывается, меняется только напряженность поля.

Поэтому буду исходить, что во внешнем сечении напряженность поля возросла, а во внутреннем - уменьшилось. Как только такой сердечник приближается к области насыщения, начинает действовать нелинейность магнтной характеристики - в насыщенной области уменьшается магнитная проницаемость. Соответственно, силовые линии магнитного поля начинают уходить из большого сечения в малое. При этом через сечение датчика будет проходить бОльшая часть магнитного потока, нежели это обусловлено площадью. Ток в витке возрастет и снова наступит равновесное состояние. Таким образом, насыщение, по идее, не должно наступить раньше из-за локального сужения сечения сердечника в месте расположения датчика. А следовательно, коррекцию в методику расчета трансформатороа при использовании "дырки" вносить не стоит. Особенно если учесть, что сечение датчика должно быть как минимум в 10 раз меньше полной площади сердечника.

По моему индукция и напряженность однозначно связаны, графически это петля гистерезиса.


Вот именно об этом моменте я и пытаюсь вести речь. То есть получается, что эффективное (через которое проходит поток намагничиваня) сечение уменьшилось и в нем увечилась напряженность и индукция. Поскольку сердечник не заходит в область насыщения то пропорционально, и это действительно и для режима хх. Величина увеличения пропорциональна соотношению "полного" сечения сердечника и оставшейся части после "отъедания" витком. Поскольку лично я веду расчет витков первичной обмотки исходя из индукции и площади сечения, то для меня эти проценты играют роль.

До этого места не возникает никаких сомнений.

А здесь согласен, но с условием : что площадь "отъеденную" витком учли при расчете витков первичной обмотки или ее тока холостого хода.
Истина где-то рядом!

Это не так. Определить однозначно, каким будет значение индукции при заданном значении напряженности поля, увы, нельзя. Индукция - интегральная величина и она зависит не только от состояния переменных в текущий момет времени, но и от предыстории. Иными словами, значению напряженности магнитного поля H соостветствует значение индуктивности B плюс некая константа, которая зависит от предыстории.

В рассмотренном выше случае нас болше интересуют не абсолютные значения B и H, а их приращения. Связь между ними также неоднозначна. Предлагаю подумать вот на такой ситуацией. Пусть имеется катушка с сердечником, перемагничиваемая источником тока (наш случай). При изменении тока рабочая точка движется по петле и достигла на ней значения с координатами B и H. Если по достижению этой точки величина источника тока меняться не будет, то магнитное состояние сердечника будет сохраняться неизменным (т.е. мы все время будем находиться в этой точке). Если же попытаемся дать малые приращения напряженности поля (изменением тока), то соответствкющие приращение индукции будут кардинально отличаться в зависимости от знака приращения. Положительное приращение H даст вполне продсказуемое приращение B - рабочая точка пойдет дальше по петле. А вот если дать отрицательное приращение H (уменьшить ток), то из-за гистерезисных эффектов индукция почти не изменится (наклон траектории движения рабочей точки будет не такой, как у положительного приращения, а такой как при выходе из "уса" насыщения. Т.е. в одной и той же рабочей точке малые приращения H дают совершенно разные приращения B.

Поэтому я не рискну сказать, что будет происходить с индукцией вблизи витка. Процессы могут развитваться очень сложные и неочевидные, поскольку сердечник - нелинейная система да еще с гистерезисом

Не исключено, что правильнее - учитывать. Или же делать охваченнную площадь меньше 5%. Однако, очень сомневаюсь, что 10% погрешность при учете сечения может на что-то повлиять. Если не ошибаюсь, допустимый разброс сечения трансформаторов находится где-то в пределах такой же величины. И уж точно никто не бужет выбирать рабочую индукцию сердечника в районе 90 - 95%% от максимально возможного перепада индукции в петле - потери будут неоправданно высокими.

А как работает Current Mode при переменной нагрузке от 0 до макс. ?