4.2　变压器

4.2.1　变压器的基础知识

变压器是一种能提升或降低交流电压、电流的电气设备。无论是在电力系统中，还是在微电子技术领域，变压器都得到了广泛的应用。

（1）结构与工作原理

变压器主要由绕组和铁芯组成，其结构与符号如图4-58所示。

从图4-58可以看出，两组绕组L1、L2绕在同一铁芯上就构成了变压器。一个绕组与交流电源连接，该绕组称为一次绕组（或称原边绕组），匝数（即圈数）为N1；另一个绕组与负载RL连接，称为二次绕组（或称副边绕组），匝数为N2。当交流电压U1加到一次绕组L1两端时，有交流电流I1流过L1，L1产生变化的磁场，变化的磁场通过铁芯穿过二次绕组L2，L2两端会产生感应电压U2，并输出电流I2流经负载RL。

实际的变压器铁芯并不是一块厚厚的环形铁，而是由很多薄薄的、涂有绝缘层的硅钢片叠在一起而构成的，常见的硅钢片主要有芯式和壳式两种，其形状如图4-59所示。由于在闭合的硅钢片上绕制绕组比较困难，因此每片硅钢片都分成两部分，先在其中一部分上绕好绕组，然后再将另一部分与它拼接在一起。

变压器的绕组一般采用表面涂有绝缘漆的铜线绕制而成，对于大容量的变压器则常采用绝缘的扁铜线或铝线绕制而成。变压器接高压的绕组称为高压绕组，其线径细、匝数多；接低压的绕组称为低压绕组，其线径粗、匝数少。

变压器是由绕组绕制在铁芯上构成的，对于不同形状的铁芯，绕组的绕制方法有所不同，图4-60所示是几种绕组在铁芯上的绕制方式。从图中可以看出，不管是芯式铁芯，还是壳式铁芯，高、低压绕组并不是各绕在铁芯的一侧，而是绕在一起，图中线径粗的绕组绕在铁芯上构成低压绕组，线径细的绕组则绕在高压绕组上。

（2）电压、电流变换功能说明

变压器的基本功能是电压变换和电流变换。

① 电压变换 变压器既可以升高交流电压，也可以降低交流电压。在忽略变压器对电能损耗的情况下，变压器一次、二次绕组的电压与一次、二次绕组的匝数的关系为

= = K　　（4-1）

式中的K称为匝数比或变压比，由式（4-1）可知：

a.当N1＜N2（即K＜1）时，变压器输出电压U2较输入电压U1高，故K＜1的变压器称为升压变压器。

b.当N1＞N2（即K＞1）时，变压器输出电压U2较输入电压U1低，故K＞1的变压器称为降压变压器。

c.当N1 = N2（即K = 1）时，变压器输出电压U2和输入电压U1相等，这种变压器不能改变交流电压的大小，但能将一次、二次绕组电路隔开，故K = 1的变压器常称为隔离变压器。

② 电流变换 变压器不但能改变交流电压的大小，还能改变交流电流的大小。在忽略变压器对电能损耗的情况下，变压器的一次绕组的功率P1（P1 = U1I1）与二次绕组的功率P2（P2 = U2I2）是相等的，即

　　（4-2）

由式（4-2）可知，变压器一次、二次绕组的电压与一次、二次绕组的电流成反比：若提升二次绕组的电压，则会使二次绕组的电流减小；若降低二次绕组的电压，则二次绕组的电流会增大。

综上所述，对于变压器来说，不管是一次或是二次绕组，匝数越多，它两端的电压就越高，流过的电流就越小。例如，某变压器的二次绕组匝数少于一次绕组匝数，其二次绕组两端的电压就低于一次绕组两端的电压，而二次绕组的电流比一次绕组的大。