變壓器組成

變壓器是由線圈與鐵芯組成的。一般的變壓器分為初次極，也就是輸入端與輸出端。

變壓器變比關係

變壓器的輸入電壓與輸出電壓之比等於變壓器的初級線圈匝數與次級線圈匝數之比。二者成正比關係。也就是U1/U2＝N1/N2

利用上述原理可以實現需要的電壓變換。

工作頻率、額定電壓、額定功率、變比、效率、絕緣電阻、空載損耗等因數。

變壓器主要是利用電磁感應原理來變換交流電壓、電流和阻抗的器件。在講變壓器原理之前需要先了解一下右手定則。

右手定則

當給一個線圈通電以後，這個線圈就會產生磁場，磁場的方向可以用右手定則判定。

通電螺線管磁場大小和螺線管的匝數、密度、電流大小，有無鐵心有關。當螺線管是空心時，由於空氣導磁率很低，所以基本被阻擋了。但是當螺線管放入鐵心時，由於鐵心的導磁率很高，所以磁場會大幾千倍。

變壓器的原理

原理圖如下所示：

具體工作原理：

當給一次線圈通入交流電以後，一次線圈中的交變電流會產生變化磁通。由於鐵芯的導磁率遠大於空氣的磁導率，所以一次線圈產生的絕大部分交變磁通被束縛在鐵心中並沿鐵心流動。

然而二次線圈和一次線圈套是在同一個鐵心上，所以一次線圈產生的交變磁通會穿過二次線圈。根據互感原理，交變磁通穿過這兩個繞組就會感應出電動勢，其大小與繞組匝數以及主磁通的最大值成正比。繞組匝數多的一側電壓高，繞組匝數少的一側電壓低。

互感：兩個相鄰放置的線圈，一個線圈產生的變化磁通穿過了另外一個線圈，會在該線圈中產生感應電動勢。

當變壓器二次側不接負載時，一二次端電壓與一二次繞組匝數成正比，U1÷U2=N1÷N2。由於初級與次級頻率保持一致，從而實現電壓的升高和降低。

變壓器損耗

從理論上講，變壓器它只是把電壓和電流升高和降低，並不能提高和降低功率，所以變壓器輸入和輸出功率是相等的。如果輸入電壓高於輸出電壓，那麼輸入電流必定小於輸出電流；如果輸入電壓低於輸出電壓，那麼輸入電流必定高於輸出電流。

但是實際上變壓器也是有損耗的，分別銅損和鐵損。銅損就是電流通過變壓器線圈，線圈會發熱損耗電壓。鐵損分為兩部分，一個是“磁滯損耗”，一個是“渦流損耗”。

“磁滯損耗”是鐵芯在磁化過程中，由於磁滯現象而產生的鐵損，這種損耗與材料的磁滯回線所包圍的面積大小成正比。矽鋼的磁滯回線狹小，用它做變壓器的鐵芯磁滯損耗較小，可使其發熱程度大大減小。

“渦流損耗”是指變壓器工作時，線圈產生的交變磁通會在鐵芯中產生感應電動勢。而鐵心是導體、並形成了閉合迴路，所以感應電動勢會在鐵心內產生像漩渦一樣的電流，把這個叫作叫渦流。渦流同樣使鐵芯發熱，消耗電能。

為了提高變壓器利用率，變壓器鐵心採用導磁率非常好的矽鋼片製成。為了減少變壓器渦流損耗，變壓器的鐵芯用一般選用0.35mm厚矽鋼片塗有絕緣漆疊加而成。同時，矽鋼中的矽使材料的電阻率增大，也起到減小渦流的作用。

變壓器變壓的原理其實就是電磁感應原理

變壓是通過變壓器把交流電壓升高或者降低，變壓器利用了“電生磁，磁生電”的電磁感應原理，實現交流電壓的升降。

電磁感應原理

電可以生磁，電流通過螺線管，會在螺線管中產生磁場，根據右手定則（安培定則），右手大姆指為磁場的方向

變壓器結構

變壓器由初級線圈、次級線圈和鐵芯組成；初級線圈與輸入電源連線，次級線圈為輸出，鐵芯一般是由矽鋼片疊合組成。

變壓器變壓原理

當變壓器的初級線圈輸入交流電時，變器的鐵芯就會產生交變的磁場。次線線圈在交變的磁場中就會產生感應電動勢。

設計不同的線圈匝數比，就可以得到不同的輸出電壓了，如果N2>N1就是升壓變壓器，N2<N1就是降壓變壓器。

如果不考慮能量的損耗，輸入功率和輸出功率是一樣的，P1=u1 x i1=P2= u2 x i2，電壓越高，電流變越小，電流越大，就需要用越大的導線繞制變壓器。

變壓的原理是什麼？

●上圖為鐵芯線圈電路，圖(a)為變壓器圖形符號，(b)為有鐵芯線圈的交流電路示意圖。圖中箭頭→表示電路中的電壓、電流和電動勢的方向。下面從三個方面進行分析。

一、電磁關係

●上述電路在正弦電壓作用下，線圈中便有電通過匝數為N 的線圈時會產生磁通勢 iN。由於鐵芯的導磁率遠大於空氣的磁導率，所以絕大部分磁通將沿鐵心而閉合，這部分沿鐵心閉合的磁通稱為主通(工作磁通)，用示φ表示。此外還有極少部分磁通，經過空氣而閉合,這部分磁通稱為漏磁通，用φs表示。見上圖(b)所示，這兩部分磁通將分別線上圈中產生感應電動勢即主磁電動勢e 和漏磁電動勢 es。

●變壓器的原繞組接在額定電壓為 U1n的交流電源上，副繞組處於開路狀態稱為變壓器的空載執行。在外加正弦電壓 u1n的作 用下，原繞組中便有空載電流。通過，空載電流一般很小，僅為原繞組額定電流的百分之幾(大容量變壓器為 1~3%、小容量變壓器通常不超過 10%)。空載電流 io 通過匝數為N 的原繞組，便產生磁通勢 ion1 將在鐵心中產生交變磁通，磁通的絕大部分 為沿鐵心閉合的變壓器主磁通φ,φ與原副繞組同時交鏈。此外 還有極少部分經空氣而合，且僅與原繞組相交鏈的漏磁通 φ1s;由於空氣的磁導率遠小於鐵心，故空載時原繞組的漏磁通 φ1s 是極少的。

(設主磁通為 φ= φm sinωt，則原、副繞組的感應電動勢可由上圖式求得:

E1=4.44fN1φm

E2=4.44fN2φm

●空載時變壓器的原繞組電路就是一個路。根據電動勢平衡關係式，在略去很小的漏磁電動勢和 io在原繞組電阻上的電壓降(一般兩者只佔總電壓的千分之幾)的情況下，則 U1≈E1 因為空載，I2=0，變壓器副繞組的端電壓U2≈E2，故根據計算公式得:

U1/U2o≈E1/E2=N1/N2=k

上式為變壓器的基本公式，它說明變壓器空載時，原、副組的電壓比近等於它的匝數比k，匝數比簡稱變比，是變壓器的一個重要引數，選擇適當的變比k就可以實現變換電壓的目的。

●因為漏磁通經過空氣而閉合，所以勵磁電流 i與φs之間成線性關係，其電感量為常數，用常數 Ls 表示鐵芯的漏磁電感。由於鐵芯的磁導率不為常數，故勵磁電流 i與主磁通φ之間不存線上性關係，即主磁電感L 不為常數，其電磁關係一般只能夠用

e=-N×dφ/dt進行分析和計算。

二、電壓與電流關係

●由克希荷夫電壓定律可知，在任何瞬間含有鐵心線圈電路中 的電動勢平衡關係為:u+e+es=Ri 式中R 為線圈的電阻。則 u= Ri +Ls× di/dt+N×dφ/dt 上式說明，在含有鐵心線圈的交流電路中，外加電壓u應與下述三個分量相平衡，即(1)線圈電阻上的電壓降 Ri。(2)漏磁感應電動勢 Ls×di/dt。(3)主磁感應電動勢N=dφ/dt。通常線圈的電阻R和漏磁電感Ls 其值甚小,與主磁電動勢相比較可以忽略不計。

三、功率損耗

●在交流鐵芯線圈中有兩部分損耗。線圈電阻R上有銅損耗RI²及鐵芯中的鐵損(磁滯損耗和渦流損耗)。

知足常樂於上海2019.10.12日

變壓器是用在交流電路中起著電壓變化、電流變化、阻抗變化、隔離等作用的，在開關電源、直流穩壓電源中非常常見，變壓器是一種電磁元器件，主要由初級線圈、鐵芯和次級線圈構成。其中鐵芯一般由矽鋼片構成，最常用的是“E”字形的。初級線圈和次級線圈分別纏繞在鐵芯的兩個臂上，其結構圖和工作原理圖如下圖所示。

變壓器的工作原理詳解

變壓器是利用電生磁、磁生電原理來構成的，變化的電流產生磁場，而磁場又產生電場。

電場生磁場的過程

所以交流電在初級線圈中變化時，會在鐵芯中產生磁場，電流方向和磁場方向的關係可以根據右手定則來確定；

磁場生電場的過程

而磁場又會在次級線圈中產生電流，磁場和電流的關係通過右手定則來確定。所以，磁場將電場過度了一下起到了過度作用。兩邊電流的關係與線圈的匝數相關。

變壓器的匝數比

變壓器鐵芯兩邊線圈匝數的不同，那麼輸出端的電壓和電流也不相同，其中電壓與匝數成正比，電流與匝數成反比，如果用U表示電壓，I表示電流，N表示匝數，則滿足如下關係：UP/US=NP/NS；IP/ IS=NS/NP，其中P代表初級、S代表次級。

不同形式的變壓器如上圖所示。

變壓一般通過變壓器實現。

電源變壓器是電磁元件，該元件也就是電變磁，磁再變電的過程，通過“磁”在中間轉換了一下。

一、如何定義，能不能叫做變壓器的問題

如何定義一個變壓器就是解決磁迴路的問題。舉個簡單的例子，如果直流電加在變壓器上，那麼這個變壓器就可能燒掉。為什麼呢，因為加在變壓器上的電壓隨時間不變，但磁密度是隨著時間增加的，當飽和時，變壓器的初級就只剩線圈電阻了（實際已經沒有電感成分了），線圈很快發熱燒燬。只要磁不飽和，那麼這個變壓器的定義才成立。換句話說，磁路會飽和的這個電磁元件就不能工作，所以也談不上什麼壓匝比，安匝比了。沒了意義。此電磁理論可以套用在所有電磁型別的元件上。

上圖我用“小人”代表磁力線，對於直流電來說，就那麼大面積，一直往裡加入，總有擠不進去的時候。要想再擠點人，只能加大面積，但還是有擠滿的時候。因為材料一定，磁密度B就固定了。這也是為什麼功率大的變壓器體積也大的原因。

對於合適頻率的交流電來說，“人”有進有出，永遠不會飽和。注意我的用詞是合適。太低的頻率和直流效果一樣。

有了上面的基礎，大家可以看看下面我設計的變壓器能不能叫做變壓器（以50Hz市電變壓器為例）。

二、電流磁效應及電磁感應現象

說白了就是電生磁和變化的磁場生電（注意多了個“變化”）。這就是物理現象，被偉大的物理學家發現。沒有為什麼。變壓器就是利用這兩個現象實現的。

簡單過程就是：變化電壓產生磁場，變化的磁場產生電壓。

不變化的電壓也能產生磁場，但不變化的磁場產生不了電壓。

三、變壓器壓匝比與安匝比

以下以變壓器初級是100匝，次級1匝、電源為100V1A為例。

壓匝比：初級100V100匝，次級1匝，那麼變出的電壓是1V。

安匝比：初級1A100匝，次級1匝，那麼次級能提供100A的電壓。看看，不僅變壓，連電流也變了。

在上圖中，變壓器在原邊繞組這邊，將交流電轉換成交變磁場，此時交變磁場在變壓器的矽鋼片進行能量不斷傳遞，最後又在變壓器副邊繞組這邊，交變磁場又轉換回交流電。變壓器的工作原理基礎基於法拉第電磁感應定律。因此變壓器的電壓升降，只要原副邊繞組匝數不同，就能實現電壓的升或電壓降。

總上所述，變壓器的工作其實經歷三個過程，變壓器原邊繞組電生磁過程、交變磁場在鐵芯中傳遞過程、變壓器副邊繞組磁生電過程。