トランスフォーマーの一次側と二次側を同一の巻線で使用できない主な理由は、トランスフォーマーの動作原理と電磁誘導の要件に基づいています。以下に詳細な説明を示します。
1. 電磁誘導の原理
トランスフォーマーはファラデーの電磁誘導の法則に基づいて動作します。この法則によれば、閉ループ内を通る磁束が変化すると、そのループ内に起電力（EMF）が誘導されます。トランスフォーマーはこの原理を利用して、一次巻線に流れる交流により変動する磁場を生成し、この変動する磁場が二次巻線にEMFを誘導することで電圧変換を達成します。
2. 二つの独立した巻線が必要な理由
一次巻線：一次巻線は電源に接続され、交流が流れることで変動する磁場を生成します。
二次巻線：二次巻線は同じコア上に配置されますが、一次巻線とは絶縁されています。変動する磁場が二次巻線を通ることで、ファラデーの法則に基づきEMFが誘導され、これにより電流が生成されます。
3. 単一の巻線を使用する問題点
単一の巻線を一次側と二次側両方として使用すると、以下の問題が生じます：
自己誘導：単一の巻線では、交流により変動する磁場が生成され、これが同じ巻線に自己誘導起電力を誘導します。自己誘導起電力は電流の変化に対抗し、効果的なエネルギー伝送を妨げます。
絶縁なし：トランスフォーマーの重要な機能の一つは、一次回路と二次回路を電気的に絶縁することです。もし単一の巻線しかなければ、一次回路と二次回路間に電気的絶縁がなくなり、これは特に安全面や異なる電圧レベルを扱う多くのアプリケーションにおいて受け入れられません。
電圧変換の不可能性：トランスフォーマーは一次巻線と二次巻線のターン比を変えることで電圧変換を達成します。単一の巻線ではターン比を変えて電圧の上げ下げを行うことは不可能です。
4. 実用上の問題
電流と電圧の関係：トランスフォーマーの一二次巻線間のターン比は、電圧と電流の関係を決定します。例えば、一次巻線が100ターンで二次巻線が50ターンであれば、二次側の電圧は一次側の半分になり、二次側の電流は一次側の2倍になります。単一の巻線ではこのような関係を達成することはできません。
負荷への影響：実際のアプリケーションでは、トランスフォーマーの二次巻線は負荷に接続されます。単一の巻線しかない場合、負荷の変化は直接一次回路に影響を与え、システムの不安定につながります。
5. 特殊なケース
通常、トランスフォーマーには二つの独立した巻線が必要ですが、特殊なケースではオートトランスフォーマーを使用することができます。オートトランスフォーマーは単一の巻線にタップを設けて電圧変換を達成します。しかし、オートトランスフォーマーは電気的絶縁を提供せず、コストやサイズの節約が重要な特定のアプリケーションで使用されます。
まとめ
トランスフォーマーは効果的なエネルギー伝送、電気的絶縁、および電圧変換のために二つの独立した巻線を必要とします。単一の巻線ではこれらの基本的な要件を満たすことができず、そのため一次側と二次側の両方として使用することはできません。
