چرا امکان استفاده فقط از یک پیچش به عنوان هر دوی اولیه و ثانویه در یک ترانسفورماتور وجود ندارد

یک پیچه تنها نمی‌تواند به عنوان هر دو قسمت اولیه و ثانویه ترانسفورماتور استفاده شود، زیرا این مسئله بر اساس اصول بنیادی عملکرد ترانسفورماتور و نیازهای القای الکترومغناطیسی است. در ادامه توضیحات دقیق‌تر آمده است:

1. اصل القای الکترومغناطیسی

ترانسفورماتورها بر اساس قانون فارادی القای الکترومغناطیسی کار می‌کنند که بیان می‌کند، تغییر در جریان مغناطیسی عبوری از یک حلقه بسته یک نیروی الکتروموتوری (EMF) در آن حلقه القاء می‌کند. ترانسفورماتورها از این اصل با استفاده از جریان متناوب در پیچه اولیه برای ایجاد یک میدان مغناطیسی متغیر استفاده می‌کنند. این میدان مغناطیسی متغیر سپس یک EMF در پیچه ثانویه القاء می‌کند و بدین ترتیب تبدیل ولتاژ را انجام می‌دهد.

2. نیاز به دو پیچه مستقل

پیچه اولیه: پیچه اولیه به منبع تغذیه متصل می‌شود و جریان متناوب را منتقل می‌کند که میدان مغناطیسی متغیری ایجاد می‌کند.

پیچه ثانویه: پیچه ثانویه روی همان هسته قرار دارد اما از پیچه اولیه جدا شده است. میدان مغناطیسی متغیر از طریق پیچه ثانویه عبور می‌کند و طبق قانون فارادی یک EMF القاء می‌کند که جریانی را تولید می‌کند.

3. مشکلات استفاده از یک پیچه تنها

اگر یک پیچه تنها به عنوان هر دو قسمت اولیه و ثانویه استفاده شود، مشکلات زیر پیش می‌آید:

خود القایی: در یک پیچه تنها، جریان متناوب یک میدان مغناطیسی متغیر تولید می‌کند که خود یک EMF خود القایی در همان پیچه القاء می‌کند. EMF خود القایی تغییر در جریان را مخالفت می‌کند و این امر باعث می‌شود تغییرات جریان کاهش یابد و انتقال موثر انرژی ممکن نباشد.

عدم جداسازی: یکی از وظایف مهم یک ترانسفورماتور ارائه جداسازی الکتریکی است که مدار اولیه را از مدار ثانویه جدا می‌کند. اگر فقط یک پیچه وجود داشته باشد، جداسازی الکتریکی بین مدار اولیه و ثانویه وجود ندارد که در بسیاری از کاربردها، به ویژه آنهایی که مربوط به ایمنی و سطوح مختلف ولتاژ است، قابل قبول نیست.

عدم توانایی تبدیل ولتاژ: ترانسفورماتورها با تغییر نسبت دورهای پیچه اولیه و ثانویه تبدیل ولتاژ را انجام می‌دهند. با یک پیچه تنها، امکان تغییر نسبت دورها برای بالا یا پایین آوردن ولتاژ وجود ندارد.

4. مشکلات عملی

رابطه جریان و ولتاژ: نسبت دورهای پیچه اولیه و ثانویه ترانسفورماتور تعیین‌کننده رابطه بین ولتاژ و جریان است. برای مثال، اگر پیچه اولیه 100 دور و پیچه ثانویه 50 دور داشته باشد، ولتاژ ثانویه نصف ولتاژ اولیه و جریان ثانویه دو برابر جریان اولیه خواهد بود. با یک پیچه تنها، این رابطه قابل دستیابی نیست.

تأثیر بار: در کاربردهای عملی، پیچه ثانویه ترانسفورماتور به یک بار متصل می‌شود. اگر فقط یک پیچه وجود داشته باشد، تغییرات بار مستقیماً بر مدار اولیه تأثیر می‌گذارد و منجر به ناپایداری سیستم می‌شود.

5. موارد خاص

در حالی که ترانسفورماتورها معمولاً به دو پیچه مستقل نیاز دارند، موارد خاصی وجود دارد که می‌توان از یک اتوترانسفورماتور استفاده کرد. اتوترانسفورماتور از یک پیچه با نقاط تماس برای تبدیل ولتاژ استفاده می‌کند. با این حال، اتوترانسفورماتور جداسازی الکتریکی ارائه نمی‌دهد و در کاربردهای خاصی که صرفه‌جویی در هزینه و حجم مهم است، استفاده می‌شود.

خلاصه

ترانسفورماتورها به دو پیچه مستقل نیاز دارند تا انتقال موثر انرژی، جداسازی الکتریکی و تبدیل ولتاژ را انجام دهند. یک پیچه تنها قادر به برآورده کردن این نیازهای اساسی نیست و بنابراین نمی‌تواند به عنوان هر دو قسمت اولیه و ثانویه ترانسفورماتور استفاده شود.