如果你曾经接触过电器，你可能听说过变压器。是的，它们就是那些出现在街角的巨大笨重的东西，它们会发出随机的可怕的声音，偶尔还会喷出火花。你的手机充电器也有一种小型变压器，但要小得多，而且是完全不同的机制。

什么是变形金刚?

一个变压器是一种利用电磁学原理将一种电压或电流转换成另一种的装置。它由一对绝缘电线绕在磁芯上组成。我们把要转换的电压或电流连接在一起的绕组称为一次绕组，输出绕组称为二次绕组。

变压器有两种类型——升压变压器，提高电压或电流;降压变压器，降低输入电压或电流。例如，微波炉中的变压器是一个次级变压器，用于向微波炉中的真空管提供约2200v的电压。

需要注意的一件事是，变压器只在变化或交流电压下工作，而不能在直流电压下工作。我们现在要知道为什么。

变压器在电力系统中有多重要?

大约在1856年，两个聪明的人尼古拉·特斯拉和托马斯·爱迪生互相竞争。在那个时代，电及其在灯泡发光和电机运转方面的应用才刚刚被人们注意到。是爱迪生和他的同事第一个发现了直流电系统，之后不久，特斯拉提出了他的交流电系统。从那时起，双方都试图证明他们的系统比对方更有利。

到那时，家家户户都该用上电了。就在爱迪生忙着用电死大象来证明交流电有多危险的时候，特斯拉和他的团队发明了变压器，使输电变得更容易、更高效。甚至，今天的变形金刚在传动系统中扮演着至关重要的角色。让我们知道为什么。

用高压和小电流传输电能将有助于我们减少传输导线的厚度，从而降低成本，它还可以提高系统的效率。因此，一个标准的传输系统可以是22KV到66KV之间的任何地方，而发电厂的一些发电机输出电压只有11kV，家用交流电器只需要220V/110V。那么电压转换发生在哪里，由谁来进行。

这个问题的答案是变形金刚。从发电厂到你的家里，系统中会有变压器，它们会提高(增加电压)或降低(降低电压)电压，以保持系统的效率。这就是为什么变压器被称为电力传输系统的心脏。我们将在本文中更多地了解它们。

变压器符号

变压器的电路符号就是两个电感器并排放在一起，共享同一个核心。两个绕组之间的线的性质表明所使用的铁芯类型:虚线表示铁氧体，两条平行线表示层压铁，没有线表示空气铁芯。

有时，“颠簸”的数量被用作变压器功能的一个粗略的指示器——一侧颠簸少，另一侧颠簸多可能意味着第一侧比另一侧有更少的匝数。

变压器是如何工作的?

来了解变压器的工作原理我们需要回到迈克尔·法拉第的实验室。

迈克尔·法拉第也许可以被称为变压器之父，因为正是他的实验帮助我们理解了电磁学，并开发了像电机和发电机这样的设备。

在19世纪晚期，人们发现电和磁是相关的现象，于是就开始了一场竞赛，试图建造一种实用的装置，利用磁铁的力量来发电。

法拉第发现，把磁铁靠近线圈就可以发电。他发现只有当磁场发生变化时才会产生电压，也就是说，如果他移动线圈或磁铁中的一个相对于另一个。

在直流电中，电流是稳定的，磁场也是。由于磁场是稳定的，不改变，没有电压感应的二次变压器只是看起来像一个正常的电阻线线圈的电源。所以变压器不能用直流电流工作。

他还发现，当两个线圈相互靠近时，一个线圈中的电流会引起另一个线圈中的电流。这种原理被称为互感原理，它支配着所有现代变压器的工作原理。

如图所示，变压器由两个绕组绕在磁芯上组成。

使用磁芯的目的是因为空气并不是一个很好的磁场支撑体，所以当给定的电流流过一个线圈时，磁芯会增加磁场，从而在另一个线圈中产生更强的电流，从而提高设备的整体效率。

当电流通过一次线圈时，磁芯内就会产生磁场，磁场主要局限于磁芯内。

这个磁场通过二次线圈的中间，因此根据互感应定律在另一个线圈中感应电流。

这个系统的美妙之处在于输入电压和输出电压的比值就是初级绕组和次级绕组的比值，用这个公式总结:

输出电压/ Vin = Nsec / Npri

其中Vout为输出电压，Vin为输入电压，Nsec为二次绕组匝数，Npri为一次绕组匝数。

如果你有两个变压器，一个主变压器100圈，副变压器1000圈另一个主变压器10圈，副变压器100圈，你可以计算出两者的匝数比为1:10，所以它们都将电压提升到相同的水平。

变压器特性

如果我们仔细观察上面给出的例子，第一个变压器将有一个更大的绕组电阻(因为使用了更多的线)，在某些情况下，这可能会限制从变压器中可以提取的电流量。这种特性被称为绕组电阻，但在大多数情况下，这并不重要，因为铜线通常具有较低的电阻。

你注意到的另一件事是，初级绕组和次级绕组之间没有直接的电气连接。这叫做电隔离，我们将会看到它是非常有用的。

观察每一个变压器绕组，我们可以看到它们的构造就像电感——一圈电线绕在磁芯上——也有一个电感。

这个电感与匝数的平方成正比，由这个公式给出:

Lpri / Lsec = Npri2 / Nsec2

其中Lpri为一次绕组电感，Lsec为二次绕组电感，Npri为一次绕组匝数，Nsec为二次绕组匝数。

给定岩心的比例常数可以在数据表中找到，通常以H/turn2为单元给出。确切的数值取决于地核的类型和大小。

假设你有一个规格为1uH/匝2的变压器铁芯。如果你在磁芯上绕一个线圈，那么电感的值将是常数乘以匝数的平方，在这种情况下是1。所以这个线圈的电感是1µH。如果你绕另一个绕组与10匝在同一核心，那么电感将是:

(1µH/turn2)*(10匝)2 = 100µH

由于绕组有电感，它们提供了交流信号的阻抗，由公式给出:

XL = 2π* f * L

式中XL为阻抗，单位为欧姆;f为频率，单位为欧姆;L为电感，单位为亨利。

假设您想设计一个变压器，在50Hz的220V交流电压下输出3A，这是标准的电源线频率。那么根据欧姆定律，主电极的阻抗需要为73.3欧姆。现在我们知道了所需的阻抗和频率，我们可以重新整理公式，找出绕组所需的电感:

L = (XL) /(2π* f)

代入数值，我们发现所需电感为233mH。

利用这些信息和数据表中的H/turns2值，我们可以计算出所需的线圈，以得到所需的电感。

设该值为50µH/turns2，我们可以重新整理公式，得到电感量:

其中N为匝数，L为所需电感，t2/µH项为数据表值的倒数。

将我们的数值应用到公式中，我们得到了2158圈所需的旋转次数。因此，正如您所看到的，一旦您掌握了公式的窍门，您就可以为几乎任何应用程序设计变形器!

变压器结构

对于任何需要给自己的变压器上弦的人来说，一个知识变压器结构是至关重要的。

变压器由几个基本部件组成，以下是变压器部件:

1.筒子:

筒子是任何变压器的基本框架。它提供了一个线轴上的绕组，也保持核心的地方。它通常是由耐热塑料制成的。它有时也包含金属引脚，如果你想把它安装到PCB上，你可以在上面焊接线圈的末端。

2.核心

这可能是变压器最重要的部分。如图所示，核可以有多种形状和大小。铁心的磁特性决定了围绕铁心的变压器的电气特性。

3.绕组

虽然这看起来是一件微不足道的事情，但在建筑中使用的金属丝和其他任何方面一样重要。一般采用实心漆包铜线，由于绝缘层坚固而薄，所以不会因塑料绝缘套而浪费空间。

变压器的应用

1.电源电压转换

这可能是变压器最常见的应用——为低压电器降压市电电压。你甚至可能在微波炉、旧电视和墙砖电源等物品中发现这些。这些变压器的铁芯具有良好的导电性，但体积大，比其他类型的变压器稍弱一些。

它们被标记为120 -12或60 -6，有三根次级导线。这意味着，如果你使中心线接地参考，外部两线有12V交流RMS输出。如果你测量跨越两个12v绕组，你会得到24V交流均方根。这为您提供了如何使用变压器的灵活性。

2.开关电源

这是一种非常特殊的电源类型，采用直流输入并产生直流输出。它们都是现代手机充电器。这些电源模块中使用的变压器设计得更像具有少量匝数的电感器和具有中高磁导率的铁氧体磁芯。直流电压在“主”上施加一段短时间，使电流上升到一定的水平，并在核心存储一些磁能。由于匝数较少，这种能量以较低的电压转移到次级电枢。它们工作频率高，效率高，而且非常小。

3.电气隔离

这些特殊的变压器具有1:1的匝数比，使输入和输出电压相同。它们用于使电器与电源接地分离。由于电源是接地的，接触哪怕一根导线都可能导致震动，因为返回路径实际上是接地的。由于变压器是电隔离的，因此使用隔离变压器将器具与主电源“断开”。

4.电压转换变压器

世界上大多数国家的标准供电电压都是220V AC，但也有一些国家如美国使用110V AC，这就意味着像搅拌机这样的设备并不能在所有国家都使用。为此，我们可以使用110V转换为220V或220V转换为110V的变压器，以确保电器可以在任何国家使用。

5.阻抗匹配

这些是用于匹配源和负载阻抗的特殊类型的变压器。它们在射频和音频电路中有广泛的应用。

匝数比等于源阻抗和负载阻抗的平方根。

6.自耦变压器

这是一种特殊类型的变压器，只有一个带抽头输出的绕组构成二次绕组。通常这个水龙头是可变的，所以你可以改变输出交流电压，有点像一个分压器。

结论

变形金刚是非常有用的设备，学习如何设计和使用变形金刚会非常有用!虽然我们在这里已经介绍了基础知识，但从头开始设计变压器是可以在另一篇文章中讨论的内容，因此我们以后再讨论这个问题。所以现在，当你再次看到变压器时，你就会知道它为什么会在那里，以及它是如何工作的。