Varför är det inte möjligt att använda endast en virvel som både primär och sekundär i en transformator?

Det primära skälet till att en enda spole inte kan användas som både primär och sekundär spole i en transformator ligger i de grundläggande principerna för transformatorns funktion och kraven på elektromagnetisk induktion. Här är en detaljerad förklaring:

1. Principen om elektromagnetisk induktion

Transformatorer fungerar baserat på Faradays lag om elektromagnetisk induktion, vilken säger att en föränderlig magnetisk flödestäthet genom en sluten slinga inducerar en elektrisk spänning (EMF) i den slingan. Transformatorer använder denna princip genom att använda ett växelström i den primära spolen för att producera en föränderlig magnetfält. Detta föränderliga magnetfält inducerar sedan en EMF i den sekundära spolen, vilket resulterar i en spänningsomvandling.

2. Behov av två oberoende spolar

Primär Spole: Den primära spolen är ansluten till strömkällan och bär en växelström, vilket producerar ett föränderligt magnetfält.

Sekundär Spole: Den sekundära spolen placeras på samma kärna men är isolerad från den primära spolen. Det föränderliga magnetfältet passerar genom den sekundära spolen, vilket inducerar en EMF enligt Faradays lag, vilket genererar en ström.

3. Problem med en enda spole

Om en enda spole används som både primär och sekundär spole uppstår följande problem:

Selvinducering: I en enda spole producerar växelströmmen ett föränderligt magnetfält, vilket i sin tur inducerar en selvinducerad EMF i samma spole. Den selvinducerade EMF:n motverkar förändringen i strömmen, vilket effektivt undertrycker strömförändringarna och hindrar effektiv energiöverföring.

Ingen Isolering: En av de viktiga funktionerna hos en transformator är att erbjuda elektrisk isolering, vilket separerar den primära kretsen från den sekundära kretsen. Om det bara finns en spole, finns det ingen elektrisk isolering mellan den primära och sekundära kretsen, vilket är oacceptabelt i många tillämpningar, särskilt de som rör säkerhet och olika spänningsnivåer.

Kan Inte Uppnå Spänningsomvandling: Transformatorer uppnår spänningsomvandling genom att ändra viktsförhållandet mellan den primära och sekundära spolen. Med en enda spole är det omöjligt att ändra viktsförhållandet för att uppnå stegning eller nedstegning av spänningen.

4. Praktiska problem

Förhållande mellan Ström och Spänning: Viktsförhållandet mellan den primära och sekundära spolen i en transformator bestämmer förhållandet mellan spänningarna och strömmarna. Till exempel, om den primära spolen har 100 varv och den sekundära spolen har 50 varv, kommer den sekundära spänningen att vara hälften av den primära spänningen, och den sekundära strömmen kommer att vara dubbelt så stor som den primära strömmen. Med en enda spole kan detta förhållande inte uppnås.

Belastningspåverkan: I praktiska tillämpningar är den sekundära spolen i en transformator ansluten till en belastning. Om det bara finns en spole, kommer förändringar i belastningen att direkt påverka den primära kretsen, vilket leder till systeminstabilitet.

5. Speciella fall

Även om transformatorer normalt kräver två oberoende spolar, finns det speciella fall där en autotransformator kan användas. En autotransformator använder en enda spole med kontakter för att uppnå spänningsomvandling. Men en autotransformator erbjuder inte elektrisk isolering och används i specifika tillämpningar där kostnadssparing och mindre storlek är viktigt.

Sammanfattning

Transformatorer behöver två oberoende spolar för att uppnå effektiv energiöverföring, elektrisk isolering och spänningsomvandling. En enda spole kan inte uppfylla dessa grundläggande krav, och därför kan den inte användas som både primär och sekundär spole i en transformator.