När du ansluter spänning till en transformatorns primärlindning kommer en del ström att strömma, även när sekundärströmmen är öppen krets.Mängden av denna ström bestäms av induktansen hos den primära spolen.Primären måste ha tillräckligt hög induktans för att hålla strömmen rimlig.För 50 eller 60 Hz effekttransformatorer är denna induktans ganska hög, och du kan vanligtvis inte komma dit med ett litet antal varv i lindningen.

Om du bara hade 1 varv på en järnkärna kan den ha en induktans på (säg) 1 uH. När du använder två varv induktans fördubblas det, det fyrdubblas. Så två varv betyder 4 uH. "Än sen då?" kan du säga!

Nåväl, för en given växelströmsspänning är strömmen som tas av den tvåvarvslindningen en fjärdedel av strömmen för en varvslindning. Observera eftersom detta är grundläggande för att förstå kärnmättnad.

Vad orsakar kärnmättnad (något som till stor del ska undvikas)? Svaret är strömmen och antalet varv. Det kallas magneto-drivkraft och har dimensioner av amperesvängningar.

Så, med två varv och en fjärdedel av strömmen, är amperevarv (magnetomotivkraft) hälften av en varvslindning. Så omedelbart kan vi konstatera att om två varv tog kärnan till mättnadens "kant" skulle en enda varvspole mättas avsevärt och vara ett stort problem.

Detta är den grundläggande anledningen till att transformatorer använder många primära varv. Om en viss transformator har 800 varv och är vid mättnadspunkten kommer mängden kärnor att mättas avsevärt.

Vad händer när kärnan mättas kan du fråga. Induktans börjar sjunka och mer ström tas och detta mättar kärnan mer och väl, du borde se vart det går.

Observera att detta svar inte har beaktat något annat än den primära lindningen; i själva verket talar vi bara om den primära magnetiseringsinduktansen - det är bara detta och detta som kan mätta kärnan. Sekundära belastningsströmmar har ingen roll att spela i kärnmättnad.

Observera också att transformatorer som används i strömförsörjning med hög hastighet har relativt få varv;10 henry vid 50 Hz har en impedans på 3142 ohm och 1 mH vid 500 kHz har exakt samma impedans.För en kärna som naturligt producerar 10 uH för en enda varv krävs för att vinda 1 mH tio varv (kom ihåg att det är varv i kvadrat i formeln för induktans).För samma kärna vid 50 Hz (naturligtvis opraktiskt) kräver 10 henry 1000 varv.

Om du har en järnkärna för en transformator är en av dess specifikationer "hur många varv en lindning måste ha per volt när frekvensen anges". Man kan inte kringgå denna specifikation och ha färre varv utan att ha följande konsekvenser

• minskad effektivitet
• mer oönskad tvärström som bara orsakar förluster, men som inte gör något användbart för spänningstransformationsprocessen

Den tvärgående strömmen kan minskas genom att öka induktansen hos primärlindningen.

Varv / volt-specifikationen är en följd av följande lista med fakta som alla har en tendens att minska spolinduktanserna:

• järnmaterialet har begränsad magnetisk permeabilitet
• järnkärnan kan inte vara gjord av helt järn. Den är uppdelad i tunna isolerade lager för att hålla virvelströmmarna tillräckligt små i kärnan. Isoleringen tar sitt utrymme och det är borta från järnet
• magnetflödet för en lindning kringgår delvis järnet och de andra lindningarna
• för mycket tvärström orsakar magnetisk mättnad i järnet. Mättnaden minskar den magnetiska permeabiliteten radikalt

Hur kan man slåss mot dessa genom att lägga till fler vändningar? Det beror på att induktansen växer som kvadrat för antalet varv. Man kan arque: Men magnetiseringen (= vänder x ström) växer också! Det är sant, men det växer bara linjärt, så tillräckligt med varv, så slutligen är induktansen tillräckligt hög för att bekämpa nackdelarna.

Exakt, inte alla nackdelar. Utrymmet är begränsat. Således innebär fler varv att tråden måste vara tunnare. Detta ökar motståndet och de resistiva förlusterna (= uppvärmning).

Transformatorer fungerar genom att överföra energi via magnetiskt flöde från ena sidan till den andra.

Båda sidor består av induktorer, den primära induktorn skapar ett magnetfält som induceras i den sekundära induktorn.

Induktansen bestämmer förmågan att skapa magnetiskt flöde (\ $ \ Phi \ $) från en ström och är proportionell:

$$ L = {d \ Phi \ over di} \ text {och} d \ Phi = L * di $$

En induktans induktans bestäms av antalet varv (bredvid området eller storleken):

$$ N = {µ N² A \ over l} \ text {(förenklat, minskat förhållande mellan lindningsarea och längd)} $$

Se Wikipedia om Induktans

En liten transformator är vanligtvis önskvärd, så fler varv är bättre än större storlek (helt enkelt uttryckt).

Induktansen måste matcha nätfrekvensen. Annars skulle primärlindningen antingen tillåta tillräckligt med elektrisk och därmed magnetisk ström att strömma (för högre frekvenser) eller är mer som en kortslutning (för lägre frekvenser). Båda är inte önskvärda.

Lägre frekvenser kräver högre induktans (= fler varv eller större kärnor). Detta är anledningen till att strömbrytare, som använder högre frekvenser i hundrets kHz - MHz-intervall, använder så små transformatorer samtidigt som de kan överföra mycket mer kraft jämfört med konventionella transformatorer.

Ett citat från Wikipedia artikeln om transformatorer:

EMF för en transformator vid en given flödestäthet ökar med frekvensen. ^[16] Genom att arbeta vid högre frekvenser kan transformatorer vara fysiskt mer kompakta eftersom en given kärna kan överföra mer effekt utan nå mättnad ch färre varv behövs för att uppnå samma impedans.

(Min betoning.)

Se Wikipedia om Effekt av frekvens på transformatorer

Så,

• effekten som transformatorn behöver överföra bestäms av strömmen som strömmar genom dess spolar
• den ström ledningen måste leda avgör trådtjockleken (som spelar in i storleken)
• spolens storlek och antalet varv bestämmer induktansen
• induktansen vid en viss frekvens bestämmer förmågan att överföra energi

Slutsats: du måste göra transformatorn fysiskt större för att minska antalet lindningar.När du minskar antalet lindningar sänker du effektiviteten och ökar förlusterna.Och detta är vanligtvis inte önskvärt.

Det magnetiska toppfältet i kärnan är relaterat till den maximalt applicerade spänningen per varv. Ju större kärnarea, desto fler volt per varv kan genereras.

Magnetfältet i kärnan kan inte tillåtas att överstiga ett visst mättnadsvärde, om det gör det, sjunker järnets permeabilitet och transformatorn måste dra storleksordningar mer ström för att upprätthålla magnetiseringen. Så detta begränsar strikt hur många volt per varv som kan stödjas, vilket ger dig ett minimum antal varv för alla lindningar.

För en typisk liten (50 VA, ish?) toroidkärna som jag måste lämna är kärnans tvärsnitt 25 mm med 13 mm. Om jag kör kärnan med flödet som toppar ± 1,8 T vid 50 Hz, kommer det att generera cirka 170 mV-topp per varv. Så en 12 Vrms-lindning skulle behöva 100 varv, 240 V-lindningen skulle behöva 2000. Jag kunde använda fler varv än detta, men färre varv skulle pressa kärnan till mättnad.

Om jag använde en kärna med en tvärsnittsarea för en järnvägssovare, 130 mm x 250 mm, kunde jag få 12 Vrms i en enda sväng, men också en ganska otrevlig transformator.

Din grundläggande förutsättning är falsk, så frågan kan inte riktigt besvaras.

Transformatorer finns i många många varianter av spänning och ström för sina in- och utgångar. Vissa använder många varv av tunn tråd (högspänning, låg ström). Vissa använder få varv av tjock tråd (låg spänning, hög ström).

Så svaret på "Varför gör de inte ..." är "De gör" (när det är lämpligt).

Till de som inte gillar det här svaret

Jag ser att detta svar har fått ett antal nedröstningar och ungefär samma antal uppröstningar. Uppenbarligen är det kontroversiellt. Vissa ser det som låg kvalitet, särskilt efter att andra har spekulerat i OP: s sanna innebörd i kommentarer.

Trots vad andra tycker OP menade, började han med en blankt falsk premiss, som är att transformatorer har 100-varv på både deras primärer och sekundärer och att "tunn" koppartråd alltid är Begagnade. Det låter sedan som en av de "Varför gör inte alla det på det andra uppenbara sättet" retoriska frågor.

Det här är vad jag svarade. Det är rätt svar på frågan som tolkats ovan. Kanske är det inte vad OP menade att fråga. Kanske är det. Observera att OP inte har varit tillbaka för att ge någon förtydligande eller redigera frågan alls.

En mycket bättre fråga skulle ha handlat om kompromisser med färre varv av tjock tråd mot fler varv av tunn tråd. Det frågade respektfullt utan att först döma eller förutse falska förutsättningar skulle ha fått ett helt annat svar. Men återigen är det nu det som faktiskt frågades, och inte ens vad det verkar som OP menade.

Även om OP kommer tillbaka och ändrar frågan, kommer jag att låta detta svar vara en påminnelse om att ställa frågor ordentligt och entydigt och att inte börja med att ange felaktiga antaganden som fakta.