Miért nem lehetséges egy tranzformátorban csak egy tekercset használni egyszerre primáris és sekunderis tekercsként?

Egyetlen tekercs nem használható egyidejűleg tranzformátor elsődleges és másodlagos tekercseként, mert ez ellentmond a tranzformátor működésének alapelveinek és az elektromágneses indukció követelményeinek. Itt van a részletes magyarázat:

1. Az elektromágneses indukció elve

A tranzformátorok működése Faraday törvénye alapján történik, amely szerint a változó mágneses áramerőt átható zárt körben indukált elektromotív erő (EMF) keletkezik. A tranzformátorok ezt az elvet alkalmazzák, amikor az elsődleges tekercsben áramló váltakozó áram változó mágneses mezőt hoz létre. Ez a változó mágneses mező EMF-t indukál a másodlagos tekercsben, így sikerül a feszültség átalakítása.

2. Két független tekercs szükségessége

Elsődleges Tekercs: Az elsődleges tekercs kapcsolódik a tápellátáshoz, és váltakozó áramot vezet, ami változó mágneses mezőt hoz létre.

Másodlagos Tekercs: A másodlagos tekercs ugyanazon a tömör testen helyezkedik el, de izolált az elsődleges tekercstől. A változó mágneses mező áthatja a másodlagos tekercset, ami Faraday törvényének megfelelően indukál EMF-et, ami áramot generál.

3. Egyetlen tekercs problémái

Ha egyetlen tekercs használható lenne egyszerre elsődleges és másodlagos tekercsként, a következő problémák merülhetnek fel:

Saját-indukció: Egyetlen tekercs esetén a váltakozó áram változó mágneses mezőt hoz létre, ami saját-indukált EMF-et generál ugyanebben a tekercsben. A saját-indukált EMF ellenzi az áramváltozást, hatékonyan lefékezi az áramváltozást, és megakadályozza a hatékony energiaátvitelt.

Nincs elektrikai izoláció: A tranzformátor egyik fontos funkciója, hogy elektrikai izolációt biztosítson, elválasztva az elsődleges és a másodlagos áramkört. Ha csak egy tekercs van, nincs elektrikai izoláció az elsődleges és a másodlagos áramkör között, ami sok alkalmazásban, különösen a biztonság és a különböző feszültségszintek miatt, elfogadhatatlan.

Nem lehetséges a feszültség átalakítása: A tranzformátorok a feszültség átalakítását a tekercspárok tejeszámának arányának módosításával érik el. Egyetlen tekercs esetén nem lehet módosítani a tejeszám-arányt, hogy feszültség-emelést vagy -csökkentést valósítsa meg.

4. Gyakorlati problémák

Áram és feszültség kapcsolata: A tranzformátor elsődleges és másodlagos tekercsének tejeszámának aránya meghatározza az áramok és feszültségek viszonyát. Például, ha az elsődleges tekercsnek 100 teje van, a másodlagosnak pedig 50, akkor a másodlagos feszültsége fele lesz az elsődleges feszültségnek, a másodlagos áram pedig kétszerese lesz az elsődleges áramnak. Egyetlen tekercs esetén ez a viszony nem érhető el.

Terhelés hatása: A gyakorlatban a tranzformátor másodlagos tekercse terheléshez van csatlakoztatva. Ha csak egy tekercs van, a terhelés változása közvetlenül befolyásolja az elsődleges áramkört, ami rendszerszintű instabilitást okozhat.

5. Különleges esetek

Bár a tranzformátorok általában két független tekercsre szorulnak, vannak speciális esetek, amikor autotranszformátor használható. Az autotranszformátor egyetlen tekercset használ, amiben rögzítések segítségével éri el a feszültség átalakítását. Azonban az autotranszformátor nem biztosít elektrikai izolációt, és olyan alkalmazásokban használják, ahol a költség- és térigény-szempontok fontosak.

Összefoglalás

A tranzformátoroknak két független tekercsre van szükségük, hogy hatékony energiaátvitelt, elektrikai izolációt és feszültség átalakítást valósítsanak meg. Egyetlen tekercs nem tudja teljesíteni ezeket az alapvető követelményeket, ezért nem használható egyszerre elsődleges és másodlagos tekercsként.