變壓器是一種電磁裝置，用於將一種電壓和頻率的交流電轉換成另一種（或相等）電壓和相同頻率的交流電。
變壓器的設計和功能
以最簡單的形式 變壓器 有一個繞組數為 W 的初級繞組1 和一個帶有 W 的次級2.能量供給初級繞組，負載連接到次級繞組。能量通過電磁感應傳遞。為了增強電磁耦合，在大多數情況下，繞組放置在一個封閉的鐵芯（磁芯）上。
如果交流電壓 U1然後是交流電 I1在磁芯中產生相同形狀的磁通量 F。該磁通量在次級繞組中感應出 EMF。如果負載連接到次級電路，次級電流 I2.
次級繞組中的電壓由匝數比 W 決定1 和 W2:
ü2=U1*(W1/W2)=U1/k，其中 k 變比.
如果 k<1 則 U2>U1，而這樣的變壓器稱為升壓變壓器。如果 k>1 ，則 U2<>1， 這個 該變壓器稱為降壓變壓器.由於變壓器的輸出功率等於輸入功率（減去變壓器本身的損耗），我們可以說 Rf=Rin, U1*我1=U2*我2 和我2=我1*k=我1*(W1/W2）。因此，在無損變壓器中，輸入和輸出電壓與繞組匝數比成正比。並且電流與該比率成反比。
一台變壓器可以有多個不同變比的次級繞組。例如，用於為家用燈泡供電的 220 伏變壓器可以有一個次級繞組，例如500 伏為陽極電路供電，6 伏為白熾燈電路供電。在第一種情況下k<1，在第二種情況下k>1。
變壓器僅在交流電壓下工作 - 為了在次級繞組中發生 EMF，磁通量必須改變。
變壓器鐵芯類型
在實踐中，不僅使用特定形狀的芯。根據設備的用途，磁芯可以以不同的方式製造。
核心核心
低頻變壓器鐵芯由具有顯著磁性的鋼製成。為了減少渦流，芯陣列由彼此電絕緣的各個板組裝而成。為了在高頻下工作，使用其他材料，例如鐵氧體。
上面討論的芯稱為棒芯，由兩根棒組成。對於單相變壓器，也使用三芯鐵芯。它們具有更少的雜散磁通量和更高的效率。在這種情況下，初級和次級繞組都放置在中央磁芯上。
三相變壓器也是在三相鐵芯上製作的。每相的初級和次級繞組都在其自己的磁芯上。在某些情況下，使用五核內核。繞組的排列方式完全相同，初級和次級各在自己的鐵芯上，每側最外面的兩個桿僅用於在某些模式下短路磁通量。
裝甲的
單相變壓器由鎧裝鐵芯製成——兩個線圈都放置在磁芯的中心鐵芯上。這種磁芯中的磁通量與三芯設計類似 - 通過側壁短路。這種情況下的散射通量非常小。
這種設計的優點包括尺寸和重量有所增加，因為繞組可以更密集地填充鐵芯窗口，因此使用鎧裝鐵芯製造低功率變壓器是有利的。其結果也是更短的磁路，從而導致更低的空載損耗。
缺點是更難接近繞組進行檢查和維修，以及增加生產高壓絕緣的難度。
環形
對於環形磁芯，磁通量完全封閉在磁芯內，幾乎沒有磁通量耗散。但這些變壓器很難繞線，因此很少使用，例如在低功率穩壓自耦變壓器或抗干擾性很重要的高頻設備中。
自耦變壓器
在某些情況下，建議使用繞組之間不僅有磁性連接，而且還有電氣連接的變壓器。也就是說，在升壓裝置中，初級繞組是次級繞組的一部分，而在降壓裝置中，次級繞組是初級繞組的一部分。這種設備稱為自耦變壓器（AT）。
降壓自耦變壓器不是簡單的分壓器 - 磁耦合還涉及將能量傳輸到次級電路。
自耦變壓器的優點是：
- 降低損失；
- 平滑調節電壓的能力；
- 重量和尺寸更小（自耦變壓器更便宜，更容易運輸）；
- 由於所需的材料量較少，因此成本較低。
缺點包括兩個繞組都需要絕緣，設計用於更高的電壓，以及輸入和輸出之間缺乏電流隔離，這可能會將大氣現象的影響從初級電路轉移到次級電路。同時，二次迴路的元件不能接地。此外，增加的短路電流被認為是 AT 的一個缺點。對於三相自耦變壓器，繞組通常採用星形連接，中性點接地，其他連接方案也可以，但過於復雜和繁瑣。這也是限制自耦變壓器使用的缺點。
變壓器應用
變壓器提高或降低電壓的特性在工業和家庭中得到廣泛應用。
電壓變換
不同階段對工業電壓等級有不同的要求。由於各種原因，在產生電能時使用高壓發電機是無利可圖的。這就是為什麼水力發電廠使用 6...35 kV 發電機的原因。相反，電力傳輸需要更高的電壓 - 從 110 kV 到 1150 kV，具體取決於距離。然後該電壓再次降低到 6...10 kV，分配到本地變電站，從那裡降低到 380(220) 伏並到達最終用戶。對於家用和工業用電器，它仍必須降低，通常為 3...36 伏。
所有這些操作都是通過 電力變壓器.它們可以是乾式或油式。在第二種情況下，將帶有繞組的鐵芯放入裝有油的油箱中，油是一種絕緣和冷卻介質。
電流隔離
電流隔離提高了電氣設備的安全性。如果您不直接從 220 伏為設備供電，其中一根導體接地，而是通過 220/220 伏變壓器，電源電壓保持不變。但如果大地和二次載流部件同時接觸，電流就沒有電路流通，觸電的風險就會大大降低。
電壓測量
在所有電氣裝置中，必須監測電壓水平。如果使用高達 1000 伏的電壓等級，則電壓表直接連接到帶電部件。在 1,000 伏以上的安裝中，情況並非如此 - 能夠承受此電壓的設備過於龐大且在絕緣擊穿的情況下不安全。因此，在此類系統中，電壓表通過變壓器連接到高壓導體，具有方便的變比。例如，對於 10 kV 網絡，使用 1:100 測量變壓器，輸出為 100 伏的標準電壓。如果初級電壓的幅值發生變化，次級電壓也會同時發生變化。電壓表的刻度通常在初級電壓範圍內刻度。
變壓器是製造和維護相當複雜且昂貴的部件。但是，這些設備在很多領域都是不可或缺的，也別無選擇。
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