变压器是什么

变压器（英语：Transformer）是应用法拉第电磁感应定律而升高或降低电压的装置。 变压器通常包含两组或以上的线圈。主要用途是升降交流电的电压、改变阻抗及分隔电路。

历史

• 法拉第在西元1831年8月29日发明了一个“电感环”。这是第一个变压器，但法拉第只是用它来示范电磁感应原理，并没有考虑过它可以有现实的用途。
• 西元1881年，戈拉尔路森和约翰狄克逊吉布斯 在伦敦展示一种称为“二次手发电机”的设备，然后把这项技术卖给了美国西屋公司， 这可能是第一个实用的电力变压器，但并不是最早的变压器。
• 西元1884年，戈拉尔路森和约翰狄克逊吉布斯在采用电力照明的意大利都灵市展示了他们的设备。早期变压器采用直线型铁心，后来被更有效的环形铁心取代。
• 西屋公司的工程师威廉·斯坦利从乔治·威斯汀豪斯、戈拉尔路森与约翰狄克逊吉布斯买来变压器专利以后，在西元1885年制造了第一台实用的变压器。后来变压器的铁心由E型的铁片叠合而成，并于西元1886年开始商业运用。

变压器变压原理首先由法拉第于发现，但是直到十九世纪80年代才开始实际应用。在发电场应该输出直流电和交流电的竞争中，交流电能够使用变压器是其优势之一。变压器可以将电能转换成高电压低电流形式，然后再转换回去，因此大大减小了电能在输送过程中的损失，使得电能的经济输送距离达到更远。如此一来，发电厂就可以建在远离用电的地方。世界大多数电力经过一系列的变压最终才到达用户那里的。

基本原理

一个简单的单相变压器由两块导电体组成。当其中一块导电体有一些不定量的电流 (如交流电或脉冲式的直流电) 通过，便会产生变动的磁场。根据电磁的互感原理，这变动的磁场会使第二块导电体产生电势差。假如第二块导电体是一条闭合电路的一部份，那么该闭合电路便会产生电流。电力于是得以传送。 在通用的变压器中，有关的导电体是由 (多数为铜质的) 电线组成的线圈，因为线圈所产生的磁场要比一条笔直的电线大得多。 变压器的原理是由变化的电压加到原线圈在磁芯上产生变化的磁场，从而激发其他线圈产生变化的电动势。原线圈、副线圈的电压 V_S, V_P 和两者的绕线的匝数 N_S, N_P 之间有正比的关系：

至于变压器两方之间的电流或电压比例，则取决于两方电路线圈的圈数。圈数较多的一方电压较高但电流较小，反之亦然。 如果撇除泄漏等因素，变压器两方的电压比例相等于两方的线圈圈数比例，亦即电压与圈数成正比。以算式表示如下：

在算式中：

• V_p是输入方的电压(Primary Voltage)；
• V_s是输出方的电压(Secondary Voltage)；
• N_p是输入方的线圈圈数(Numbers of turns in the Primary Winding)；
• N_s则是输出方的电流圈数(Numbers of turns in the Secondary Winding)。

因此可以减小或者增加原线圈和副线圈的匝数比，从而升高或者降低电压，变压器的这个性质使它成为转换电压的重要设备。 另外，撇除泄漏的因素，变压器某一方 (线圈) 的电压可以从以下算式求得：

E = 4.44 * F * n * a * b

在算式中：

• E是流经该线圈的电压的方根均值；
• F是电流的频率 (单位为赫兹)；
• n是线圈的圈数；
• a是线圈内空间 (铁芯) 的切面面积；
• b是通过线圈内空间 (铁芯) 的磁力。该值是以每单位面积计算，而面积的单位与变量 a 相同。
• 常数值 4.44 是为了使算式结果对应于计算出来的单位而设。

• 根据能量守恒定律，变压器输出的功率不能超越输入它的功率。
• 根据欧姆定律，变压器的负载所消耗的功率等于流经它的电流与其抵受的电压的乘积。

由于变压器遵守这两条定律，它不会是放大器。如果处在变压器两方的电压有所不同，那么流经变压器两方的电流也会不同，而两者的差距则成反比。如果变压器一方的电流比另一方小，那电流较小的一方会有较大的电压；反之亦然。然而，变压器两方所消耗的功率 (即一方的电压和电流两值相乘) 应是相等的。

能量损失

理想的变压器没有能量流失，所以拥有 100% 效率。在现实之中，大功率的变压器的效率可达 98%；但小型的变压器流失会较严重，而它们的效率可能低于 85%。 变压器的能量流失可以来自这些现象： (在以下叙述中，线圈内的导电体一律称为“铁芯”)

• 线圈的电阻：电流通过导电体时产生热能（电流要较高，发出的热人体才感觉的到），造成能量损失。和其他种类的流失不同，这种流失并不是来自变压器的铁芯。
• 涡流损：磁力使铁芯产生环回电流，导致能量化成热并流失至外界。把铁芯切成不相通的薄片可以减少这种流失。
• 磁力流失：所有未被输出方线圈接收的磁场线均会造成能量流失。
• 磁滞损：铁芯的滞后作用使每次磁场改变时造成能量流失。这种流失的大小取决于铁芯的原料。
• 力流失：交替的磁场使导线、铁芯与附近的金属之间的电磁力产生变化，结果形成振动和能量流失。
• 磁致伸缩：交替的磁场使铁芯出现伸缩。如果铁芯的原料容易受伸缩影响，分子之间的摩擦会导致能量流失。
• 冷却设备：大型的变压器一般配备冷却用的电风扇、油泵或注水的散热器。这些设备所使用的能量一般亦算作变压器的能量流失。

变压器运作时的噪音一般来自磁力流失或磁致伸缩所造成的振动。

变压器无法胜任的工作

• 直接把直流电转成交流电，或直接把交流电转换为直流电。前者必须使用逆变器，后者必须使用整流器。
• 改变直流电的电压或电流。
• 变更交流电的频率，必须使用变频器。
• 把单相电流转为多相电流。

出处：维基百科