变压器是一种电气设备，由两个或多个线圈组成，用于通过变化的磁场传输电能。

单相电压互感器

人们在家中和工作场所使用交流电压和交流电的一个主要原因是，交流电源可以在方便的电压下容易地产生，然后转化为较高的电压(也就是所谓的变压器)，然后利用长距离的架塔和电缆连接到国家电网。

由于配电电压越高，在相同功率下的电流就越小，从而降低了电缆网中 I 2* R的损耗，所以将电压转换到更高的电压。这样就可以把 AC的高传输电压和电流降低到一个更低的水平，更安全，更可用的电压水平，这样就可以为我们的家庭和工作场所的电力设备提供电力了，借助于基本的电压互感器，这一切就可以做到。

典型的电压互感器

可将电压互感器视为电气元件，而非电子元件。根据法拉第感应定律，变压器基本上是一种非常简单的静态(或固定)电磁无源电气设备，把电能从一个值转换成另一个值。

为了达到这一目的，变压器可以使用由变压器自身产生的公用振荡磁路将两个或多个电路连接起来。变压器式变压器按“电磁感应”原理运行。

互感是一个过程，导线线圈通过这个过程将电压感应到另一个邻近的线圈。那么就可以说变压器工作在“磁畴”上，而这种变压器的得名，是因为它能把一个电压或电流水平“转换”成另一个电压或电流。

在不改变变压器频率的情况下，或通过磁路从一个线圈传送到另一个线圈时，变压器可以提高或降低其供电电压和电流。

单相变压器主要由两个线圈组成，一个线圈称为“初级线圈”，而另一个线圈称为“次级线圈”。本文中，我们将变压器的“初级”侧定义为通常带电的一侧，而“次级”侧定义为通常带电的一侧。单相变压器中，一级一般是电压较高的一端。

这些线圈并不互相电接触，而是缠绕在一个共同的封闭磁铁圈中，称为“铁心”。这种软铁芯不是实心的，而是由单个层叠而成，连接在一起，有助于降低铁芯的损耗。

这两个线圈绕组彼此电隔离，但通过公用磁芯磁力连接，允许把电能从一个线圈传送到另一个线圈。正如图所示，当电流通过初级线圈时，就会产生磁场，使电压感应到次级线圈。

换言之，对于变压器来说，两个线圈绕组之间没有直接的电连接，所以也叫隔离变压器。一般情况下，变压器的主绕组与输入电压源相连，将电能转化为磁场。从图中可以看出，次级线圈的作用是把交变磁场转换成电能，以产生所需的输出电压。

变压器构造（单相）

• V P –是一次电压
• V S –是次级电压
• N P –是初级绕组数
• N S –是次级绕组的数量
• Φ （phi）–是磁链

要注意的是，两个线圈绕组之间没有电连接，只是有磁连接。可以使用单相变压器来增加或减少施加给初级绕组的电压。它是指用变压器把它在次级线圈上的电压相对于初级线圈“增加”的过程。在用来相对于一级“降低”次级绕组的电压时，它被称为降压变压器。

然而，还有第三种情况，即变压器在它的次级线圈上产生的电压与在它的初级线圈上施加的电压相同。换言之，它的输出在电压，电流和功率上都一样。这类变压器被称为“阻抗变压器”，它主要用于阻抗匹配或隔离相邻电路。

将初级绕组的线圈匝数(N P)与次绕组的线圈匝数(N S)进行比较，可以得到初级绕组与次绕组之间的电压差。

因为变压器基本上是线性设备，所以一级线圈匝数与次级线圈匝数的比值就存在。这个比例叫做转换比例，也就是通常所说的变压器的匝数比(TR)。这个匝比决定着变压器的运行情况和相应的次级绕组上可用的电压。

必须知道初级线圈的匝数与次级线圈的匝数之比。绕组的匝数比(无单位)依次比较两个绕组，用冒号表示，如3:1 (3比1)。这就是说，在这个例子中，如果第一个绕组上有3伏，那么第二个绕组上就会有1伏，也就是说3伏到1伏。因此，如果匝数之间的比值变了，那么产生的电压也一定会以同样的比值变，这是一个事实。

变压器讲的是比率。任何一个给定的变压器的初次比、输入输出比和匝数比都将与它的电压比相同。对变压器来说，换句话说，匝数比=电压比。一般情况下，线圈的实际匝数并不重要，只是匝比和这个关系式如下：

变压器匝数比

理想变压器与所述相位角：Φ P*Φ小号

在表示变压器匝数比时，数字的顺序很重要，因为匝数比3:1表示变压器关系，输出电压比1:3表示变压器匝数比，两者有很大的区别。

变压器基础实例No1

电压互感器主线圈上有1500匝导线，次线圈上有500匝导线。什么是变压器匝数比(TR)？

3比1 (3:1)的比例仅仅意味着每一个次级线圈有3个初级线圈。如果这个比率从左边的大数值变成右边的小数值，那么初级电压的值就会因此而下降，如图所示。

变压器基础示例2

若在上述变压器的初级绕组上施加240伏 rms的均方根电压，则会产生次级无负载电压。

再确认一下，这个变压器是“降压”变压器，因为一级电压是240伏，二级电压是80伏。

变压器的主要用途是将电压按预定的比例转换，我们可以看到，在初级绕组中有一定的数量的绕组(线圈)，以适应输入电压。若次级输出电压要与初级线圈上的输入电压相同，则次级线圈的匝数必须与初级线圈的匝数相同，这样匝数之比为1:1 (一对一)。换言之，一个线圈导通于次级线圈，而一个线圈导通于初级线圈。

若输出次级电压大于或高于输入电压(升压变压器)，则次级电路的匝数必须增加，匝数比为1: N (1-to-N), N代表匝数比数。类似地，如果要求次级电压低于或小于初级电压(降压变压器)，则次级线圈数目必须较少，匝数比应为 N:1 (N比1)。

变压器

与初级线圈相比，次级线圈的匝数(匝数比)对次级线圈的可用电压量有较大影响。但如果两个线圈彼此电隔离，那么次级电压是怎样产生的呢？

在此之前，我们已经说过，变压器主要由两个绕在普通软铁芯上的线圈组成。将交流电压(V P)施加于主线圈时，电流流经该线圈，按照法拉第电磁感应定律，该线圈通过该电流在自身周围产生磁场，称为互感。随着电流由零增加到最大值 dΦ/dt，磁场强度逐渐增大。

当由电磁铁建立的磁力线从线圈向外延伸时，软铁心就形成了一条通路并集中了磁通量。当受到交流电源的影响，磁通量沿着相反的方向增大或减小时，两个线圈的匝数就被连接起来。

但在软铁芯中感应的磁场强度取决于电流大小和线圈匝数。随着电流的降低，磁场强度降低。

随着通量的磁力线在铁芯周围流动，它们会通过次级线圈的匝数，从而感应出次级线圈内的电压。电感电压量由 N* dΦ/dt (法拉第定律)公式确定，其中 N为线圈匝数。此外，感应电压的频率与初级绕组电压相同。

这样，由于相同的磁通量将两个绕组的匝间连接起来，所以我们可以看到，当两个绕组的每一个匝间感应出相同的电压。因此，每条线圈内的总感应电压与线圈内匝数成比例。但如果铁心的磁损耗较大，则降低了次级绕组上可用输出电压的峰值幅度。

若想让原线圈产生更强的磁场，以克服铁芯的磁损耗，可采用增加线圈匝数(NP)的方法，使其绕组电流更大，或使电流保持不变。其乘积叫做安培倍匝数，它决定了线圈的磁化力。

所以假设我们有一个变压器，它的初级线圈是单圈的，次级线圈是单圈的。若主线圈的每圈都有电压，那么在假定无损耗的情况下，一定要通过足够的电流，产生足够的磁通量，才能使次级线圈的每圈有一个感应电压。也就是说，每圈绕组支持的电压是相等的。

因为通量正弦变化，Φ=Φ最大 sinω t，则感应电动势之间的基本关系，下式给出了(ê在线圈绕组中的)感应匝数：

emf =转弯x变化率

• ƒ– 是赫兹的通量频率， =ω/2π
• Ｎ –是线圈绕组的数量。
• Φ– 是韦伯中的通量

这个方程叫做变压器 EMF方程。对主电动势而言， N为主电动势(N P)，而对次电动势而言， N为次电动势(N S)。

另外要注意的是，由于变压器需要变磁才能正常工作，所以不能用变压器来转换或提供直流电压或电流，因为磁场必须改变才能感应出次级线圈的电压。换而言之，变压器不能以稳定的直流电压工作，而只能以交流或脉动电压工作。

当变压器的初级绕组与直流电源相连时，由于直流没有频率，绕组的有效阻抗会很低，只相当于所用铜的电阻，因此，该绕组的感抗会为零。这样绕组就会从直流电源中吸引过热，并最终烧毁非常高的电流，因为我们知道 I= V/R。

变压器基础实例3

单相变压器的初级绕组具有480匝，次级绕组具有90匝。当对变压器初级绕组施加2200伏，50赫兹时，磁通密度的最大值为1.1T。计算：

1、磁芯中的最大磁通。

2、芯子的横截面积。

3、次级感应电动势。

变压器中的电力

另一个基本参数是变压器的额定功率。只需将电流乘以电压，就可以得到变压器的额定功率，从而得到以伏安为单位的额定功率(VA)。小型单相变压器在伏安时可以只使用额定电压，而在较大电力变压器时，可以使用单位基洛伏安(千伏安)，其中1千伏安等于1000伏特-安培，单位兆伏-莫雷斯(MVA)，其中1兆伏安等于10,000千伏安。

对于理想的变压器(忽略任何损耗)，次级线圈中的可用功率与初级线圈中的相同，它们都是恒定功率设备，只改变电压/电流的比值就可以改变功率。所以在理想的变压器中，功率比等于1 (单位)，也就是说，电压 V乘以电流 I就不变。

也就是，一次侧电压/电流水平的电能转化成二次侧电压/电流水平相同的电能，转化成相同频率的电能。虽然变压器能提升(或降低)电压，但电源不能提升。当变压器的电压上升时，电流下降，反之则相反，所以输出功率总是和输入功率一样。所以，一次功率等于二次功率(P= P= S)。

变压器电源

其中：Φ P是主相角和Φ 小号是二次相位角。

请注意，由于功率损耗与正在传输的电流的平方成正比，即：I 2 R，增加电压，比方说（×2）加倍，电压会使电流减少相同的量（÷2），而向负载提供相同的功率，因此损耗降低了4倍。如果电压提高10倍，电流将降低相同的因子，从而使总损耗降低100倍。

变压器基础知识-效率

变压器不需要任何活动部件来传递能量。这意味着没有与其他电机相关的摩擦或风阻损失。但是，变压器确实会遭受称为“铜损”和“铁损”的其他类型的损失，但是通常这些损失很小。

铜损，也称为I 2 R损耗，是由于电流在变压器铜绕组周围循环而在热量中损失的电能，因此得名。铜损是变压器运行中的最大损失。实际的功率损耗瓦数（在每个绕组中）可以通过对安培求平方并乘以绕组的欧姆电阻（I 2 R）来确定。

铁损，也称为磁滞现象，是铁心中的磁性分子响应交变磁通而滞后的现象。这种滞后（或异相）情况是由于需要动力来反转磁性分子而导致的。在磁通获得足够的力使它们反向之前，它们不会反向。

它们的反向导致摩擦，并且摩擦在铁心中产生热量，这是功率损耗的一种形式。通过使用特殊钢合金制成铁芯，可以减少变压器内的磁滞。

变压器中的功率损耗强度决定了其效率。变压器的效率反映在初级（输入）和次级（输出）绕组之间的功率（瓦​​数）损耗上。那么，变压器的最终效率等于次级绕组的功率输出P S与初级绕组的功率输入P P之比，因此很高。

理想的变压器具有100％的效率，因为它可以传递接收到的所有能量。另一方面，实际的变压器并非100％效率，并且在满负载时，变压器的效率在94％至96％之间，非常好。对于以很高的容量在恒定电压和频率下运行的变压器，效率可能高达98％。变压器的效率η为：

变压器效率

其中：输入，输出和损耗均以功率单位表示。

通常，在处理变压器时，一次瓦特称为“伏安”，VA是为了将它们与二次瓦特区分开来。然后可以将以上效率方程修改为：

通过使用图片，有时更容易记住变压器输入，输出和效率之间的关系。这里，VA，W和η这三个量已叠加成一个三角形，在顶部给出以瓦特为单位的功率，在底部给出伏安和效率。这种布置表示效率公式中每个量的实际位置。

变压器效率三角

将上述三角形数量进行转置可得出以下相同方程的组合：

然后，找到瓦数（输出）= VA x eff。，或者找到VA（输入）= W / eff。，或者找到效率，eff。= W / VA等

变压器基础知识摘要

然后总结一下这个变压器基础教程。甲变压器改变它的输入绕组以在其输出使用磁场绕组的另一值的电压电平（或电流电平）。变压器由两个电隔离的线圈组成，并按照法拉第的“互感”原理工作，其中，通过在初级线圈绕组中流动的电压和电流产生的磁通量，在变压器的次级线圈中感应出一个EMF。

初级线圈绕组和次级线圈绕组都包裹在由单个叠片制成的通用软铁芯上，以减少涡流和功率损耗。变压器的初级绕组连接到交流电源，该交流电源本质上必须是正弦波，而次级绕组则向负载提供电能。话虽如此，只要观察到电压和电流额定值，就可以将变压器反向使用，其电源连接到次级绕组。

我们可以以框图形式表示变压器，如下所示：

变压器的基本表示

变压器的初级绕组和次级绕组彼此之间的比率可以产生升压变压器或降压变压器，其初级匝数与次级匝数之间的比率称为“匝数比” ”或“变压器比率”。

如果该比率小于1，则n <1，则N S大于N P，并且该变压器被归类为升压变压器。如果该比率大于1，即n> 1，即N P大于N S，则该变压器被归类为降压变压器。请注意，只要变压器在其最初的VA设计额定值内运行，单相降压变压器也可以简单地通过反转其连接并使低压绕组作为其初级来用作升压变压器，反之亦然。

如果匝数比等于1，即n = 1，则初级绕组和次级绕组都具有相同的线圈匝数，因此初级绕组和次级绕组的电压和电流都相同。

这种类型的1：1变压器归类为隔离变压器，因为变压器的初级绕组和次级绕组每匝具有相同的伏特数。变压器的效率是它传递给负载的功率与它从电源吸收的功率之比。在理想的变压器中，没有损耗，因此没有功率损耗，则P IN = P OUT。

在下一本有关“ 变压器基础知识”的教程中，我们将研究变压器的物理结构，并了解用于支撑初级和次级绕组的不同磁芯类型和叠片。