¿Por qué no es posible usar solo un devanado como primario y secundario en un transformador?

La razón principal por la que no se puede utilizar un solo devanado como primario y secundario de un transformador radica en los principios fundamentales del funcionamiento del transformador y los requisitos de la inducción electromagnética. A continuación, se presenta una explicación detallada:

1. Principio de Inducción Electromagnética

Los transformadores funcionan según la ley de Faraday de la inducción electromagnética, que establece que un flujo magnético variable a través de un circuito cerrado induce una fuerza electromotriz (FEM) en ese circuito. Los transformadores utilizan este principio empleando una corriente alterna en el devanado primario para producir un campo magnético variable. Este campo magnético variable luego induce una FEM en el devanado secundario, logrando así la transformación de voltaje.

2. Necesidad de Dos Devanados Independientes

Devanado Primario: El devanado primario está conectado a la fuente de alimentación y lleva una corriente alterna, la cual produce un campo magnético variable.

Devanado Secundario: El devanado secundario se coloca en el mismo núcleo pero está aislado del devanado primario. El campo magnético variable atraviesa el devanado secundario, induciendo una FEM de acuerdo con la ley de Faraday, lo que genera una corriente.

3. Problemas con un Solo Devanado

Si se utiliza un solo devanado como primario y secundario, surgen los siguientes problemas:

Autoinducción: En un solo devanado, la corriente alterna produce un campo magnético variable, que a su vez induce una FEM autoinducida en el mismo devanado. La FEM autoinducida se opone al cambio de corriente, suprimiendo efectivamente los cambios de corriente y evitando la transferencia eficaz de energía.

Falta de Aislamiento: Una de las funciones importantes de un transformador es proporcionar aislamiento eléctrico, separando el circuito primario del secundario. Si solo hay un devanado, no existe aislamiento eléctrico entre los circuitos primario y secundario, lo cual es inaceptable en muchas aplicaciones, especialmente aquellas que involucran seguridad y diferentes niveles de voltaje.

Imposibilidad de Lograr la Transformación de Voltaje: Los transformadores logran la transformación de voltaje cambiando la relación de espiras entre los devanados primario y secundario. Con un solo devanado, es imposible cambiar la relación de espiras para lograr el paso arriba o abajo del voltaje.

4. Problemas Prácticos

Relación entre Corriente y Voltaje: La relación de espiras entre los devanados primario y secundario de un transformador determina la relación entre los voltajes y las corrientes. Por ejemplo, si el devanado primario tiene 100 espiras y el secundario tiene 50 espiras, el voltaje secundario será la mitad del voltaje primario, y la corriente secundaria será el doble de la corriente primaria. Con un solo devanado, esta relación no se puede lograr.

Impacto de la Carga: En aplicaciones prácticas, el devanado secundario del transformador está conectado a una carga. Si solo hay un devanado, los cambios en la carga afectarán directamente al circuito primario, provocando inestabilidad del sistema.

5. Casos Especiales

Aunque los transformadores generalmente requieren dos devanados independientes, existen casos especiales en los que se puede utilizar un autotransformador. Un autotransformador usa un solo devanado con tomas para lograr la transformación de voltaje. Sin embargo, un autotransformador no proporciona aislamiento eléctrico y se utiliza en aplicaciones específicas donde los ahorros de costos y tamaño son importantes.

Resumen

Los transformadores necesitan dos devanados independientes para lograr una transferencia eficaz de energía, aislamiento eléctrico y transformación de voltaje. Un solo devanado no puede cumplir con estos requisitos básicos, y por lo tanto, no se puede utilizar como primario y secundario de un transformador.