Hvorfor er det ikke muligt at bruge kun en spole som både primær- og sekundærspole i en transformer?

Den primære grund til, at en enkelt vindings ikke kan bruges som både primær og sekundær på en transformator, ligger i de fundamentale principper for transformatorers funktion og kravene til elektromagnetisk induktion. Her er en detaljeret forklaring:

1. Princippet om elektromagnetisk induktion

Transformatorer fungerer baseret på Faradays lov om elektromagnetisk induktion, der siger, at en ændring i magnetisk flux gennem en lukket løkke inducerer en elektrisk spænding (EMF) i denne løkke. Transformatorer udnytter dette princip ved at bruge en vekslende strøm i den primære vindings til at producere en ændrende magnetfelt. Dette ændrende magnetfelt inducerer derefter en EMF i den sekundære vindings, og dermed opnås spændingsoverførsel.

2. Behov for to uafhængige vindinger

Primær vindings: Den primære vindings er forbundet til strømforsyningen og bærer en vekslende strøm, der producerer et ændrende magnetfelt.

Sekundær vindings: Den sekundære vindings er placeret på samme kjerne, men er isoleret fra den primære vindings. Det ændrende magnetfelt passerer gennem den sekundære vindings, hvilket ifølge Faradays lov inducerer en EMF, der genererer en strøm.

3. Problemer med en enkelt vindings

Hvis en enkelt vindings bruges som både primær og sekundær, opstår følgende problemer:

Selvinduktans: I en enkelt vindings producerer den vekslende strøm et ændrende magnetfelt, der på sin side inducerer en selv-induceret EMF i samme vindings. Den selv-inducerede EMF modarbejder ændringen i strømmen, effektivt dæmper strømændringerne og forhindrer effektiv energioverførsel.

Ingen isolation: En af de vigtige funktioner for en transformator er at give elektrisk isolation, der adskiller den primære kredsløb fra den sekundære kredsløb. Hvis der kun er en enkelt vindings, er der ingen elektrisk isolation mellem den primære og sekundære kredsløb, hvilket er uacceptabelt i mange applikationer, især dem, der involverer sikkerhed og forskellige spændingsniveauer.

Kan ikke opnå spændingsoverførsel: Transformatorer opnår spændingsoverførsel ved at ændre omdrejsningsforholdet mellem den primære og sekundære vindings. Med en enkelt vindings er det umuligt at ændre omdrejsningsforholdet for at opnå spændingsstigning eller -nedgang.

4. Praktiske problemer

Forholdet mellem strøm og spænding: Omdrejsningsforholdet mellem den primære og sekundære vindings i en transformator bestemmer forholdet mellem spændinger og strømme. For eksempel, hvis den primære vindings har 100 omdrejninger og den sekundære vindings har 50 omdrejninger, vil den sekundære spænding være halvdelen af den primære spænding, og den sekundære strøm vil være dobbelt så stor som den primære strøm. Med en enkelt vindings kan dette forhold ikke opnås.

Belastningens indflydelse: I praksis er den sekundære vindings på en transformator forbundet til en belastning. Hvis der kun er en enkelt vindings, vil ændringer i belastningen direkte påvirke den primære kredsløb, hvilket fører til systeminstabilitet.

5. Særlige tilfælde

Selvom transformatorer typisk kræver to uafhængige vindinger, findes der særlige tilfælde, hvor en autotransformator kan bruges. En autotransformator bruger en enkelt vindings med tappunkter for at opnå spændingsoverførsel. Dog giver en autotransformator ikke elektrisk isolation og bruges i specifikke applikationer, hvor kostnads- og størrelsesbesparelser er vigtige.

Oversigt

Transformatorer har brug for to uafhængige vindinger for at opnå effektiv energioverførsel, elektrisk isolation og spændingsoverførsel. En enkelt vindings kan ikke opfylde disse grundlæggende krav, og derfor kan den ikke bruges som både primær og sekundær på en transformator.