变压器的基础知识-什么是变压器，变压器的类型，作用和选型

变压器负责电能的高效传输和转换、调节电压和减少能量损失。因此，变压器设计对于维持设备的可靠性和安全性极为重要。本文提供了广泛的解释，包括变压器的基本结构、类型、作用和选择标准，以及设计程序和应用。

什么是变压器？

变压器是一种转换电能电压的装置。通过使用变压器可以有效地传输电力。此外，变压器具有绝缘结构，这对于电子设备的安全使用非常重要。

变压器的基本结构

变压器主要由铁芯和绕组组成，结构上还采用绝缘材料以确保安全。

铁芯
变压器的铁芯负责形成磁路并在绕组之间传输能量。磁芯材料通常是具有高磁导率的铁或钢，有时是硅或非晶钢，以最大限度地减少能量损失。EI、EE 和 EF 类型具有简单的矩形形状并且是廉价的磁芯。 EER型较常用，因为它的绕线腿是圆柱形的，更容易绕线。此外，PQ型通过去除不必要的部分，减少磁饱和并减轻重量，具有更大的横截面积。

绕线
变压器的绕组放置在磁芯周围，用于通过电磁感应来升高或降低电压。通过改变初级绕组与次级绕组的比值，可以自由改变变压器的输出电压。绕组一般采用表面涂有绝缘材料的漆包线。选用的线材为铜或铝，具有高导电性和耐热性。

绝缘材料
变压器中的绝缘材料对于防止绕组之间或绕组与铁芯之间的短路至关重要，从而提高功能性和安全性。所采用的绝缘材料包括玻璃纤维、硅树脂、环氧树脂等，具有优良的耐热性和电绝缘性能，保证了变压器的长期可靠性。选择绝缘材料非常重要，不仅要考虑变压器的尺寸和使用环境，还要考虑其“耐热等级”。

耐热等级	绝缘材料最高允许温度（℃）	变压器最高允许温度（℃）
A	105	100
E	120	115
B	130	125
H	155	150
F	180	170

变压器类型

有许多不同类型的变压器，每种变压器都是针对特定用途和功能而设计的。下表总结了按电路类型分类的变压器类型及其特点和用途。

变压器的类型（按电路类型）	特点/应用
反激变压器	用于隔离式DC/DC转换器和开关电源。利用励磁电流可以在次级绕组侧产生高电压。
升压变压器	用于将输出电压升高到输入电压之上。
降压变压器	用于将输出电压降低至输入电压以下。
降压-升压变压器	它能够升高或降低输出电压。
正激变压器	用于常见的开关电源拓扑。它的配置相对简单，并且可以比反激变压器输出更大的功率。
LLC变压器	用于 LLC 谐振转换器，以实现高效率和低 EMI。
全桥变压器	用于全桥拓扑。适用于高功率应用。
半桥变压器	用于半桥拓扑。

*拓扑：电路配置。

开关变压器

开关变压器是在开关电源电路中起核心作用的变压器。具体来说，它提供输入和输出之间的绝缘并向输出供电。由于其工作频率较高，因此具有高效功率转换的特点。此外，当旨在使产品更小、更轻时，开关变压器是一个强大的选择，因为它们的高频操作允许它们配置紧凑的磁芯材料和绕组。

开关变压器广泛应用于电力电子领域。例如，它们是计算机电源、智能手机充电器和其他便携式电子设备的重要组件。开关变压器在效率和节能方面具有优势，但需要先进的技术才能达到预期的性能。特别是，必须特别注意磁芯和绕组的设计，它们在很大程度上决定了性能。

变压器的作用

变压器在电力系统中发挥着多种重要作用。其主要作用包括调节电压水平、减少能量损失、提高可靠性和安全性。

调整电压水平

从变压器称为变压器就可以看出，它最基本的作用就是调节电压高低。当电力从电源传输到消耗点时，变压器会增加电压。当接近消耗点时，再次使用变压器将电压降低至家庭和办公室安全使用的水平。

此外，操作每个电子设备所需的电压也不同。例如，对于以5V工作的电子设备，需要通过AC适配器等调节电压才能使用100V的家用电源。由于交流适配器具有内置变压器，因此可以将电压转换为适合每个设备的电压。

减少能量损失

变压器优化了传输效率并减少了电能损失。上一节提到，高压传输的目的是为了减少长距离传输时的损耗。可以以较低的电流提供相同的功率。

此外，变压器设计的改进、适当材料的使用以及制造技术的进步减少了内部损耗并变得越来越节能。在有助于整个电力系统效率的同时，还降低了运营成本并减少了对环境的影响。

提高可靠性和安全性

变压器在提高电力系统的可靠性和安全性方面也发挥着作用。变压器内的结构和绝缘材料旨在防止短路和过载，从而提供系统保护。能够保证合适的电压供应，有助于设备、设备的稳定运行。特别是在工业机械和医疗设备等安全要求较高的设备中，为了最大限度地降低触电风险，变压器的性能极其重要。

变压器选型标准

选择变压器时，需要考虑电压/电流、效率、容量、使用环境和安装条件等多项标准。

电压/电流

电压和电流是选择变压器时最重要的参数之一。变压器是针对特定的输入电压（初级电压）和输出电压（次级电压）而设计的，必须能够提供设备和设备所需的电压。变压器还必须具有足够的容量，即使在最大负载下也能安全地处理电流。

效率

变压器的效率是表示获得多少输出能量相对于输入能量的比率的值。更高效的变压器可以减少能量损失，从长远来看有助于降低运营成本。

效率的计算方法有两种：“实际效率”，通过实际衡量投入和产出来计算；“常规效率”，根据一定的规则计算。

・实际效率=输出/输入×100（%）

・常规效率=产量/（产量+损耗）×100（%）

容量

变压器的容量是指其所能承载的最大负载。需要满足设备设施要求的变压器容量。

选择变压器容量的通用计算方法

额定容量（kVA）= 装机容量（kW）/总功率因数（%）×需求因数（%）

单相变压器容量（VA）=2次电压（V）×2次电流（A）
三相变压器电容（VA）=√3×2次电压（V）×2次电流（A）
V反V变压器容量（VA）=2次电压（V）×2次电流（A）
斯科特变压器容量（VA）=2×（2次电压（V）×2次电流（A））
单绕组变压器自身容量（VA）=容量（VA）X（1-最低电压（V）/最高电压（V）
单相三线变压器电容（VA）=2次电压（V）×2次电流（A）+2次电压（V）×2次电流（A）

不满足性能要求的变压器将会过载，从而增加因过热而恶化或损坏的风险。您应该选择能够承受需求率轻微增加的容量，但要注意不要留太多余量，因为这会不必要地增加成本。