最簡單的變壓器可以描述為升壓或降壓的東西。在升壓變壓器中，輸出電壓升高，而在降壓變壓器中，輸出電壓降低。升壓變壓器會降低輸出電流，降壓變壓器會增加輸出電流，以保持系統(tǒng)的輸入和輸出功率相等。
變壓器基本上是一種電壓控制裝置，廣泛用于交流電力的分配和傳輸。變壓器的想法首先由邁克爾法拉第在1831年討論，并被許多其他著名的科學(xué)學(xué)者發(fā)揚光大。然而，使用變壓器的一般目的是在非常高的電壓下產(chǎn)生的電力和在非常低的電壓下完成的消耗之間保持平衡。
變壓器的概念
變壓器是用于電能傳輸?shù)脑O(shè)備，傳輸電流為交流電。變壓器通常用于在不改變電路之間交流頻率的情況下增加或降低電源電壓。變壓器根據(jù)電磁感應(yīng)和互感應(yīng)的基本原理工作。
變壓器類型
變壓器用于發(fā)電電網(wǎng)、配電部門、輸電和電能消耗等各個領(lǐng)域。目前變壓器有多種類型，可根據(jù)以下性質(zhì)進(jìn)行分類;
- 工作電壓范圍
- 核心使用的介質(zhì)
- 繞線排列
- 安裝位置
基于電壓等級
根據(jù)電壓分為：
升壓變壓器： 用于發(fā)電機和電網(wǎng)之間。次級輸出電壓高于輸入電壓。
降壓變壓器： 這些變壓器用于將高壓初級電源轉(zhuǎn)換為低壓次級輸出。
基于使用核心介質(zhì)
在變壓器中，可以會發(fā)現(xiàn)使用了不同類型的磁芯，主要包括：
殼式變壓器：初級和次級繞組之間的磁鏈?zhǔn)峭ㄟ^空氣。繞在非磁條上的線圈或繞組。
鐵芯變壓器： 繞組繞在堆疊在一起的多個鐵板上，為產(chǎn)生磁通提供了完美的聯(lián)動路徑。
基于繞組排列
自耦變壓器： 它只有一個繞組纏繞在疊片鐵芯上。初級和次級共用同一個線圈。
基于安裝位置
電力變壓器： 用于發(fā)電站，適用于高壓應(yīng)用。、
配電變壓器： 主要用于家用配電線路，專為承載低電壓而設(shè)計。它非常易于安裝，并且具有低磁損耗的特點。
測量變壓器： 這些被進(jìn)一步分類，主要用于測量電壓、電流、功率。
保護(hù)變壓器： 它們用于組件保護(hù)目的。在電路中，必須保護(hù)某些元件免受電壓波動等影響。
變壓器的工作原理
變壓器的工作原理是法拉第電磁感應(yīng)和互感應(yīng)定律。
變壓器鐵芯上通常有兩個線圈初級線圈和次級線圈。鐵心疊片以條帶的形式連接。兩個線圈具有高互感。當(dāng)交流電通過初級線圈時，它會產(chǎn)生變化的磁通量。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，磁通量的這種變化會在次級線圈中感應(yīng)出電動勢(電動勢)，該次級線圈與具有初級線圈的鐵芯相連。這是互感。
總的來說，變壓器進(jìn)的工作流程如下：
電能從電路轉(zhuǎn)移到另一個電路
通過電磁感應(yīng)傳輸電能
不改變頻率的電力傳輸
兩個電路相互感應(yīng)
上圖顯示了在載流導(dǎo)線周圍形成的磁力線。包含磁通線的平面的法線平行于導(dǎo)線橫截面的法線。
上圖顯示了繞線周圍不同磁通量線的形成。有趣的是，反過來也是如此，當(dāng)磁力線圍繞一根導(dǎo)線波動時，會在其中感應(yīng)出電流。這就是邁克爾法拉第在 1831 年發(fā)現(xiàn)的，它是發(fā)電機和變壓器的基本工作原理。
單相變壓器的零件
單相變壓器的主要部件包括：
1.核心
鐵芯充當(dāng)變壓器中繞組的支撐。它還為磁通量的流動提供了低磁阻路徑。如下圖所示，繞組纏繞在鐵芯上。它由層壓軟鐵芯組成，以減少變壓器中的損耗。工作電壓、電流、功率等因素決定了核心組成。磁芯直徑與銅損成正比，與鐵損成反比。
2. 繞組
繞組是纏繞在變壓器鐵芯上的一組銅線。使用銅線是因為：
銅的高電導(dǎo)率可最大限度地減少變壓器中的損耗，因為當(dāng)電導(dǎo)率增加時，電流阻力會降低。
銅的高延展性是金屬的特性，可以將其制成非常細(xì)的電線。
繞組主要有兩種。初級繞組和次級繞組。
初級繞組：饋入電源電流的一組繞組匝數(shù)。
次級繞組：從中獲取輸出的一組繞組匝數(shù)。
初級和次級繞組使用絕緣涂層劑相互絕緣。
3.絕緣劑
變壓器需要絕緣以將繞組彼此分開并避免短路。這有利于相互感應(yīng)。絕緣劑對變壓器的耐久性和穩(wěn)定性有影響。
以下用作變壓器中的絕緣介質(zhì)：
- 絕緣油
- 絕緣膠帶
- 絕緣紙
- 木質(zhì)層壓
理想變壓器
理想變壓器沒有損耗，其繞組無漏磁，無歐姆電阻，鐵芯無鐵損。
變壓器的EMF方程
N 1 – 初級匝數(shù)。
N 2 – 次級匝數(shù)。
Φ m – 韋伯的最大通量 (Wb)。
T——時間段。時間為1個周期。
形成的通量是正弦波。它上升到最大值 Φ m并減小到負(fù)最大值 Φ m。因此，通量在四分之一周期內(nèi)達(dá)到最大值。所用時間等于 T/4。
平均通量變化率 = Φ m /(T/4) = 4fΦ m
其中f = 頻率
T = 1/f
每匝感應(yīng)電動勢 = 每匝磁通變化率
形狀因數(shù) = rms 值 / 平均值
Rms值 = 1.11 (4fΦ m ) = 4.44 fΦ m [正弦波的形狀因子為 1.11]
繞組中感應(yīng)電動勢的RMS值=每匝電動勢的 RMS值 x 匝數(shù)
初級繞組
感應(yīng)電動勢的Rms值 = E 1 = 4.44 fΦm * N 1
二次繞組
感應(yīng)電動勢的Rms值 = E 2 = 4.44 fΦm * N 2
這是變壓器的電動勢方程。
對于空載條件下的理想變壓器來說：
E 1 = 初級繞組上的電源電壓。
E 2 = 次級繞組上的端電壓(理論值或計算值)。
變壓比
K稱為變壓比，是一個常數(shù)。
案例1：如果N 2 > N 1， K>1，則稱為升壓變壓器。
案例2：如果N 2 < N 1，K<1，則稱為降壓變壓器。
變壓器的應(yīng)用
變壓器通過電線長距離傳輸電能 。
具有多個次級的變壓器用于需要幾種不同電壓的無線電和電視接收器 。
變壓器用作電壓調(diào)節(jié)器。
總結(jié)
通過以上介紹不難發(fā)現(xiàn)，變壓器就是是利用電磁感應(yīng)的原理來改變交流電壓的裝置，在電氣設(shè)備中起到升降電壓的作用，并且還有匹配阻抗、安全隔離等功能。
目前變壓器的應(yīng)用也是非常的廣泛，而作為常用的電子元器件之一，變壓器也通常被應(yīng)用于微型集成電路上面。