变压器是由两个线圈绕组通过在铁圈或磁环上，变压器是由两个或多个线圈组成的电气设备，用于通过变化的磁场传输电能。

我们在家庭和工作场所使用交流电压和电流的主要原因之一是，交流电源可以很容易地以方便的电压产生，转换（因此得名变压器），然后使用国家塔架和电缆电网在很长的距离上分布到全国各地。

将电压转换为更高水平的原因是，较高的配电电压意味着相同功率的电流较低，因此I降低2*沿电缆网络的R损耗。然后，这些较高的交流传输电压和电流可以降低到更低，更安全和可用的电压水平，可用于为我们的家庭和工作场所的电气设备供电，而这一切都得益于基本的电压互感器。

一、电压互感器基础知识

电压互感器可以被认为是一个电气元件，而不是一个电子元件。变压器基本上是非常简单的静态（或固定）电磁无源电气设备，通过将电能从一个值转换为另一个值，根据法拉第感应定律的原理工作。

变压器通过使用变压器本身产生的公共振荡磁路将两个或多个电路连接在一起来做到这一点。变压器以互感应的形式在“电磁感应”的原则下工作。

相互感应是一个线圈将电压磁性感应到位于其附近的另一个线圈的过程。然后我们可以说变压器在“磁畴”中工作，变压器的名字来自它们将一个电压或电流电平“转换”到另一个电压或电流电平的事实。

变压器能够增加或减少其电源的电压和电流水平，而无需改变其频率，也不改变通过磁路从一个绕组传输到另一个绕组的电功率。

单相电压互感器基本上由两个电线线圈组成，一个称为“初级绕组”，另一个称为“次级绕组”。在本教程中，我们将变压器的“初级”侧定义为通常通电的一侧，将“次级”定义为通常供电的侧。在单相电压互感器中，初级通常是具有较高电压的一侧。

这两个线圈彼此之间没有电接触，而是缠绕在一个称为“磁芯”的公共闭合磁铁电路周围。这种软铁芯不是固体的，而是由连接在一起的单个层压件组成的，有助于减少铁芯的磁损耗。

初级和次级绕组在电气上彼此隔离，但通过公共磁芯进行磁连接，允许将电力从一个线圈传输到另一个线圈。当电流通过初级绕组时，会产生一个磁场，该磁场将电压感应到次级绕组中，简单变压器的基本工作原理如下所示。

二、单相电压互感器：

换句话说，对于变压器，两个线圈绕组之间没有直接的电气连接，因此也将其命名为隔离变压器。通常，变压器的初级绕组连接到输入电压电源，并将电能转换或转换为磁场。而次级绕组的工作是将这种交变磁场转换为电能，产生所需的输出电压，如图所示。

三、单相变压器基本结构

VP?是主电压

VS?是次级电压

NP?是初级绕组的数量

NS?次级绕组的数量

Φ（phi）?是磁通链

请注意，两个线圈绕组不是电连接的，而只是磁性连接。单相变压器可以工作以增加或减少施加于初级绕组的电压。当变压器用于“增加”其次级绕组相对于初级绕组的电压时，它被称为升压变压器。当它用于“降低”次级绕组相对于初级绕组的电压时，它被称为降压变压器。

然而，存在第三种情况，即变压器在其次级上产生与施加于其初级绕组相同的电压。换句话说，其输出在电压、电流和传输功率方面是相同的。这种类型的变压器被称为“阻抗变压器”，主要用于阻抗匹配或相邻电路的隔离。

初级绕组和次级绕组之间的电压差是通过改变初级绕组中的线圈匝数（NP）与次级绕组上的线圈匝数（NS).

由于变压器基本上是一个线性器件，因此现在存在初级线圈的匝数除以次级线圈的匝数之间的比率。这个比值，称为变换比，更常称为变压器的“匝数比”，（TR）。该匝数比值决定了变压器的工作和次级绕组上可用的相应电压。

有必要知道初级绕组上导线的匝数与次级绕组的比率。匝数比没有单位，按顺序比较两个绕组，并用冒号书写，例如3：1（3比1）。

这意味着在本例中，如果初级绕组上有3伏特，则次级绕组上将有1伏特，即3伏特到1伏。然后我们可以看到，如果匝数之间的比率发生变化，则产生的电压也必须以相同的比率变化，这是真的。

变形金刚都是关于“比率”的。任何给定变压器的初级与次级之比、输入与输出之比以及匝数比将与其电压比相同。换句话说，对于变压器：“匝数比=电压比”。任何绕组上导线的实际匝数通常并不重要，只是匝数比，这种关系给出如下：

四、变压器匝数比：

假设变压器理想且相位角：ΦP≡ΦS

请注意，表示变压器匝数比值时的数字顺序非常重要，因为匝数比3：1表示的变压器关系和输出电压与匝数比为：1：3的变压器关系和输出电压非常不同。

1．变压器基础知识示例1：

电压互感器的初级线圈上有1500匝导线，次级线圈有500匝导线。变压器的匝数比（TR）是多少。

这种3：1（3：1）的比例仅仅意味着每个次级绕组有三个初级绕组。因此，当比率从左侧的较大数字移动到右侧的较小数字时，初级电压的值会降低，如图所示。

2．变压器基础知识示例2

如果将240伏均方根施加到上述同一变压器的初级绕组上，则产生的次级无负载电压是多少。

再次确认变压器是“降压”变压器，因为初级电压为240伏，相应的次级电压较低，为80伏。

然后，变压器的主要目的是以预设的比率转换电压，我们可以看到初级绕组在其上有固定数量或数量的绕组（线圈）以适应输入电压。

如果次级输出电压与初级绕组上的输入电压值相同，则必须将相同的线圈匝数绕到次级磁芯上，以提供1：1（1：1）的偶数匝数。换言之，一个线圈接通次级，一个线圈接通初级线圈。

如果输出次级电压大于或高于输入电压（升压变压器），则次级上必须有更多的匝数，匝数比为1：N（1-to-N），其中N表示匝数比。同样，如果要求次级电压低于或小于初级电压（降压变压器），则次级绕组的数量必须较少，匝数为N：1（N比1）。

五、变压器运作：

我们已经看到，与初级绕组相比，次级绕组上的线圈匝数（匝数比）会影响次级线圈的可用电压量。但是，如果两个绕组彼此电气隔离，则副电源是如何产生的呢？

我们之前已经说过，变压器基本上由缠绕在一个共同的软铁芯上的两个线圈组成。当交变电压（VP）施加到初级线圈上，电流流过线圈，线圈又在自身周围设置磁场。根据法拉第电磁感应定律，这种效应称为互感。

当电流从零上升到其最大值（以dΦ/dt表示）时，磁场的强度会逐渐增加。

六、变压器磁链基础知识：

当该电磁铁设置的磁力线从线圈向外扩展时，软铁芯形成磁通量的路径并集中磁通量。该磁通量连接两个绕组的匝数，因为它在交流电源的影响下以相反的方向增加和减少。

然而，感应到软铁芯的磁场强度取决于电流的大小和绕组中的匝数。当电流减小时，磁场强度降低。

当磁通量的磁线在磁芯周围流动时，它们通过次级绕组的匝数，导致电压被感应到次级线圈中。感应电压的量由以下因素决定：N*dΦ/dt（法拉第定律），其中N是线圈匝数。此外，该感应电压与初级绕组电压具有相同的频率。

然后我们可以看到，在两个绕组的每个线圈匝数中感应出相同的电压，因为相同的磁通量将两个绕组的匝数连接在一起。因此，每个绕组中的总感应电压与该绕组中的匝数成正比。但是，如果磁芯的磁损耗较高，则次级绕组上可用的输出电压的峰值幅度将减小。

如果我们希望初级线圈产生更强的磁场来克服磁芯的磁损耗，我们可以通过线圈发送更大的电流，或者保持相同的电流流动，而是增加线圈匝数（NP）的绕组。安培乘以匝数的乘积称为“安培匝数”，它决定了线圈的磁化力。

因此，假设我们有一个变压器，在初级中只有一圈，在次级中只有一圈。如果将一伏特施加到初级线圈的一圈，假设没有损耗，则必须有足够的电流流动并产生足够的磁通量，以便在次级线圈的单匝中感应出一伏特。也就是说，每个绕组每匝支持相同数量的伏特。

由于磁通量呈正弦变化，Φ=Φ麦克斯sinωt，则感应电动势（E）在N匝线圈绕组中的基本关系由下式给出：

电动势=匝数x变化率

??以赫兹为单位的磁通频率，=ω/2π

Ν?线圈绕组的数量。

Φ?是韦伯斯中的通量

这称为变压器电磁场方程。对于初级绕组电动势，N将是初级匝数（NP）对于次级绕组电动势，N将是次级匝数，（NS).

另请注意，由于变压器需要交变磁通才能正常工作，因此变压器不能用于转换或提供直流电压或电流，因为磁场必须发生变化以在次级绕组中感应电压。换句话说，变压器不工作在稳态直流电压下，只在交变或脉动电压下工作。

如果变压器初级绕组连接到直流电源，则绕组的感抗将为零，因为直流没有频率，因此绕组的有效阻抗将非常低，并且仅等于所用铜的电阻。因此，绕组将从直流电源吸收非常高的电流，导致其过热并最终烧毁，因为正如我们所知，I=V/R。

变压器基础知识示例No3

单相变压器的初级绕组为480圈，次级绕组为90圈。当2200伏，50Hz施加到变压器初级绕组时，磁通密度的最大值为1.1T。算：

a）.磁芯中的最大磁通量

b）.核心的横截面积

c）.二次感应电动势。

七、变压器次级感应电动势：

由于次级电压额定值等于次级感应电动势，因此从匝数比计算次级电压的另一种更简单的方法如下：

八、变压器中的电力：

变压器的另一个基本参数是其额定功率。变压器的额定功率是通过简单地将电流乘以电压来获得以伏安（VA）为单位的额定值来获得的。小型单相变压器的额定值可能只有伏安，但更大的电力变压器的额定单位为千伏安（kVA），其中1千伏安等于1，000伏安，以及兆伏安单位（MVA），其中1兆伏安等于100万伏安。

在理想的变压器中（忽略任何损耗），次级绕组中可用的功率将与初级绕组中的功率相同，它们是恒功率器件，并且仅改变功率的电压电流比。因此，在理想变压器中，功率比等于1（单位）作为电压，V乘以电流，I将保持不变。

即初级侧的一个电压/电流水平的电功率以相同的频率“转换”为电能，以相同的电压/电流水平。虽然变压器可以升压（或降压）电压，但它不能升压电源。因此，当变压器升压电压时，它会降压电流，反之亦然，因此输出功率始终与输入功率处于相同的值。然后我们可以说初级功率等于次要功率，（PP=PS).

九、变压器中的电源：

ΦP是初级相位角和ΦS是次级相位角。

请注意，由于功率损耗与所传输电流的平方成正比，即：我2R，增加电压，假设加倍（×2）电压会使电流减少相同的量（÷2），同时向负载提供相同数量的功率，从而将损耗降低4倍。如果电压增加10倍，电流将减少相同的系数，从而将总损耗降低100倍。

十、变压器基础知识?效率

变压器不需要任何移动部件来传输能量。这意味着没有其他电机相关的摩擦或风力损失。然而，变压器确实遭受了其他类型的损失，称为“铜损失”和“铁损失”，但通常这些损失很小。

1．铜损耗，也称为我2R损耗是由于变压器铜绕组周围的电流循环而在热量中损失的电力，因此得名。铜损耗是变压器运行中的最大损耗。实际功率损失的瓦数可以通过对安培进行平方并乘以绕组电阻（以欧姆为单位）来确定（在每个绕组中）我2R).

2．铁损失，也称为磁滞，是磁芯内磁分子响应于交变磁通量的滞后。这种滞后（或不相）条件是由于它需要功率来逆转磁性分子;在通量达到足够的力来反转它们之前，它们不会反转。

它们的逆转导致摩擦，摩擦在核心中产生热量，这是功率损失的一种形式。变压器内部的磁滞可以通过用特殊钢合金制造铁芯来减少。

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。则变压器的效率等于次级绕组的功率输出之比，PS对初级绕组的功率输入，PP因此很高。

理想的变压器将是100%有效的，将原边接收的所有电能传递到副边。但另一方面，真正的变压器并不是100%有效的。当满负荷运行时，它们的最大效率接近94%至96%，这对于电气设备来说仍然相当不错。对于在恒定交流电压和频率下工作的变压器，其效率可高达98%。变压器的效率、η如下：

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，初级瓦特称为“伏安”，VA以将其与次级瓦特区分开来。然后，可以将上面的效率方程修改为：

变压器基础知识-效率

有时更容易使用图片记住变压器输入，输出和效率之间的关系。在这里，VA，W和η的三个量被叠加成一个三角形，在顶部以瓦特为单位提供功率，在底部提供伏安和效率。此排列表示效率公式中每个数量的实际位置。

转置上述三角形量可以得到相同等式的以下组合：

然后，查找瓦特（输出）=VAxeff.，或查找VA（输入）=W/eff.，或查找效率，eff.=W/VA等。

十一、转换器基础知识摘要

然后总结一下这个变压器基础知识教程。变压器使用磁场将其输入绕组上的电压电平（或电流电平）更改为其输出绕组上的另一个值。变压器由两个电隔离线圈组成，并按照法拉第的“相互感应”原理工作，其中变压器次级线圈中由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次级线圈中感应EMF。

初级和次级线圈绕组都缠绕在由单个层压制成的普通软铁芯上，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，交流电源本质上必须是正弦的，而次级绕组则为负载提供电力。话虽如此，只要观察到电压和电流额定值，变压器可以反向使用，电源连接到次级绕组。

我们可以用框图形式表示转换器，如下所示：

变压器初级和次级绕组之间的比率相互产生升压变压器或降压电压互感器，其初级匝数与次级匝数之间的比率称为“匝数”或“变压器比”。

如果此比率小于单位，则n<1，则NS大于NP变压器被归类为升压变压器。如果此比率大于单位，则n>1，即NP大于NS，则该变压器被归类为降压变压器。请注意，单相降压变压器也可以用作升压变压器，只需将其连接反转并使低压绕组成为其初级变压器，反之亦然，只要变压器在其原始VA设计额定值内运行即可。

如果匝数比等于单位，即n=1，则初级和次级具有相同的线圈匝数，因此初级和次级绕组的电压和电流将相同。

这种类型的1：1变压器被归类为隔离变压器，因为变压器的初级和次级绕组每匝具有相同的伏特数。变压器的效率是它向负载提供的功率与从电源吸收的功率之比。在理想的变压器中没有损耗，因此不会损失功率P在=P外.

在下一个使用变压器基础知识的教程中，我们将介绍变压器的物理构造，并了解用于支撑初级和次级绕组的不同磁芯类型和层压。