Per què no és possible utilitzar només una bobina com a primària i secundària en un transformador?

La raó principal per la qual no es pot utilitzar una sola bobina com a primària i secundària d'un transformador resideix en els principis fonamentals de l'operació del transformador i els requisits de l'inducció electromagnètica. Aquí tens una explicació detallada:

1. Principi de l'Inducció Electromagnètica

Els transformadors funcionen basant-se en la llei de Faraday de l'inducció electromagnètica, que estableix que un flux magnètic variable a través d'un circuit tancat induix una força electromotriu (FEM) en aquest circuit. Els transformadors utilitzen aquest principi usant una corrent alternada en la bobina primària per produir un camp magnètic variable. Aquest camp magnètic variable després induix una FEM en la bobina secundària, així assolint la transformació de tensió.

2. Necessitat de Dues Bobines Independents

Bobina Primària: La bobina primària està connectada a la font d'energia i porta una corrent alternada, que produeix un camp magnètic variable.

Bobina Secundària: La bobina secundària es col·loca en el mateix nucli però està aïllada de la bobina primària. El camp magnètic variable passa a través de la bobina secundària, induint una FEM segons la llei de Faraday, la qual genera una corrent.

3. Problemes amb una Sola Bobina

Si s'utilitza una sola bobina com a primària i secundària, apareixen els següents problemes:

Autoinducció: En una sola bobina, la corrent alternada produeix un camp magnètic variable, que a la vegada induix una FEM autoinduïda en la mateixa bobina. La FEM autoinduïda oposa el canvi de corrent, suprimint eficaçment els canvis de corrent i prevenint la transferència eficaç d'energia.

Cap Aïllament: Una de les funcions importants d'un transformador és proporcionar aïllament elèctric, separant el circuit primari del circuit secundari. Si només hi ha una bobina, no hi ha aïllament elèctric entre els circuits primari i secundari, el que és inacceptable en moltes aplicacions, especialment aquelles que involucren seguretat i nivells diferents de tensió.

Incapacitat per Assolir la Transformació de Tensió: Els transformadors assolen la transformació de tensió canviant la relació de voltants entre les bobines primària i secundària. Amb una sola bobina, és impossible canviar la relació de voltants per assolir el pujat o baixat de tensió.

4. Problemes Pràctics

Relació entre Corrent i Tensió: La relació de voltants entre les bobines primària i secundària d'un transformador determina la relació entre les tensions i corrents. Per exemple, si la bobina primària té 100 voltants i la bobina secundària té 50 voltants, la tensió secundària serà la meitat de la tensió primària, i la corrent secundària serà el doble de la corrent primària. Amb una sola bobina, aquesta relació no es pot assolir.

Impacte de la Càrrega: En aplicacions pràctiques, la bobina secundària d'un transformador està connectada a una càrrega. Si només hi ha una bobina, els canvis en la càrrega afectaran directament al circuit primari, conduint a una inestabilitat del sistema.

5. Casos Especials

Encara que els transformadors normalment requereixen dues bobines independents, hi ha casos especials on es pot utilitzar un autotransformador. Un autotransformador utilitza una sola bobina amb punts de connexió per assolir la transformació de tensió. No obstant això, un autotransformador no proporciona aïllament elèctric i s'utilitza en aplicacions específiques on els costos i la reducció de mida són importants.

Resum

Els transformadors necessiten dues bobines independents per assolir una transferència eficaç d'energia, aïllament elèctric i transformació de tensió. Una sola bobina no pot complir aquests requisits bàsics, i per tant, no es pot utilitzar com a primària i secundària d'un transformador.