Hvorfor er det ikke mulig å bruke bare en spole som både primær og sekundær i en transformator?

Hovedgrunnet til at en enkelt spole ikke kan brukes som både primær- og sekundærspole i en transformator ligger i de grunnleggende prinsippene for transformatorers funksjon og kravene til elektromagnetisk induksjon. Her er en detaljert forklaring:

1. Prinsippet om elektromagnetisk induksjon

Transformatorer fungerer basert på Faradays lov om elektromagnetisk induksjon, som sier at en endrende magnetisk flate gjennom en lukket løkke inducerer en elektromotorisk kraft (EMK) i denne løkken. Transformatorer bruker dette prinsippet ved å bruke en vekslende strøm i primærespolen for å produsere en endrende magnetisk felt. Dette endrende magnetiske feltet inducerer deretter en EMK i sekundærespolen, og dermed oppnås spenningsoverføring.

2. Behov for to uavhengige spoler

Primærespole: Primærespolen er koblet til strømkilden og fører en vekslende strøm, som produserer et endrende magnetisk felt.

Sekundærespole: Sekundærespolen plasseres på samme kjern, men er isolert fra primærespolen. Det endrende magnetiske feltet passerer gjennom sekundærespolen, hvilket ifølge Faradays lov inducerer en EMK, som genererer en strøm.

3. Problemer med en enkelt spole

Hvis en enkelt spole brukes som både primær- og sekundærspole, oppstår følgende problemer:

Selvinduktion: I en enkelt spole produserer den vekslende strømmen et endrende magnetisk felt, som igjen inducerer en selvindusert EMK i samme spole. Den selvinduserte EMK motarbeider endringen i strømmen, og effektivt undertrykker strømendringer, og forhindrer effektiv energioverføring.

Ingen isolasjon: En av de viktige funksjonene til en transformator er å gi elektrisk isolasjon, som skiller primærkretsen fra sekundærkretsen. Hvis det bare er en spole, er det ingen elektrisk isolasjon mellom primær- og sekundærkretsen, noe som er uakseptabelt i mange anvendelser, spesielt de som involverer sikkerhet og ulike spenningsnivåer.

Kan ikke oppnå spenningsoverføring: Transformatorer oppnår spenningsoverføring ved å endre forholdet mellom antall vindinger i primær- og sekundærespolen. Med en enkelt spole er det umulig å endre vindingsforholdet for å oppnå stegoppgang eller -nedgang i spenningen.

4. Praktiske problemer

Forholdet mellom strøm og spenning: Forholdet mellom antall vindinger i primær- og sekundærespolen bestemmer forholdet mellom spenninger og strømmer. For eksempel, hvis primærespolen har 100 vindinger og sekundærespolen har 50 vindinger, vil sekundærspenningen være halvparten av primærspenningen, og sekundærstrømmen vil være dobbelt så stor som primærstrømmen. Med en enkelt spole kan dette forholdet ikke oppnås.

Belastningspåvirkning: I praktiske anvendelser er sekundærespolen i en transformator koblet til en belasting. Hvis det bare er en spole, vil endringer i belastingen direkte påvirke primærkretsen, noe som fører til systemustabilitet.

5. Spesialtilfeller

Selv om transformatorer typisk krever to uavhengige spoler, finnes det spesialtilfeller hvor en autotransformator kan brukes. En autotransformator bruker en enkelt spole med tapper for å oppnå spenningsoverføring. Imidlertid gir en autotransformator ikke elektrisk isolasjon og brukes i spesifikke anvendelser der kostnadssparing og størrelsesbesparelse er viktig.

Oppsummering

Transformatorer trenger to uavhengige spoler for å oppnå effektiv energioverføring, elektrisk isolasjon og spenningsoverføring. En enkelt spole kan ikke møte disse grunnleggende kravene, og derfor kan den ikke brukes som både primær- og sekundærspole i en transformator.