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不同模拟电路中使用的变压器的工作原理，结构和类型非常重要。
什么是变压器？
可以将变压器定义为静态设备，它有助于将一个电路中的电能转换为另一电路中相同频率的电能。可以在电路中升高或降低电压，但额定电流却成比例地增加或减少。在本文中，我们将学习有关变压器的基础知识和工作原理
变压器-工作原理
变压器的主要工作原理是两个电路之间的互感，这两个互感由共同的磁通量链接。一个基本的变压器由两个线圈组成，这两个线圈在电气上是独立的，并且是电感性的，但通过磁阻路径磁链接。可以从下图了解变压器的工作原理。
变压器工作原理
如上所示，变压器具有初级和次级绕组。铁芯叠片以条带的形式连接，在条带之间，您可以看到在铁芯的横截面中有一些狭窄的间隙。 据说这些交错的关节是“交叠的”。 两个线圈均具有高互感。 由于线圈连接到交流电压源，因此在叠片铁心中形成的交流磁通量会在互感器中产生互电动势。 该线圈产生的大部分交流磁通与另一个线圈相连，从而产生互感电动势。 如此产生的电动势可以借助法拉第的电磁感应定律解释为：e = M * dI / dt
如果第二线圈电路闭合，则电流在其中流动并且因此电能从第一线圈磁性地传递到第二线圈。
交流电源被提供给第一线圈，因此可以称为初级绕组。 能量从第二个线圈中抽出，因此可以称为次级绕组。
简而言之，变压器执行以下操作：
电力从一个电路到另一个电路的传输。
电能传输没有频率变化。
转移具有电磁感应的原理。
两个电路通过互感连接。
变压器构造
为了简化变压器的结构，您必须需要两个互感线圈和一个叠层钢芯。 两个线圈彼此绝缘并且与钢芯绝缘。 该设备还将需要一些合适的容器用于组装的铁芯和绕组，该介质可以使铁芯及其绕组与其容器绝缘。
为了绝缘并从储罐中引出绕组的端子，必须使用由瓷或电容器类型的合适套管。
在所有商用变压器中，铁心都是由变压器薄钢板叠片制成的，这些叠片被组装成可提供连续的磁路，且气隙最少。 该钢应具有高磁导率和低磁滞损耗。 为此，钢应由高硅含量制成，并且还必须进行热处理。 通过有效地层叠铁心，可以减少涡流损耗。 可以借助薄薄的芯板清漆或在表面上形成氧化层来完成层压。 对于50赫兹的频率，对于25赫兹的频率，叠片的厚度从0.35mm到0.5mm不等。
变压器类型
按设计类型
变压器的类型的不同之处在于围绕叠层钢芯提供初级线圈和次级线圈的方式。 根据设计，变压器可以分为两种：
1.铁心式变压器
在铁心型变压器中，绕组被提供给铁心的相当一部分。 用于该变压器的线圈为绕线形式，并且为圆柱形。 这种类型的变压器可以适用于小型和大型变压器。 在小尺寸类型中，铁芯的形状为矩形，使用的线圈为圆柱形。 下图显示了大尺寸类型。 您会看到，圆形或圆柱形线圈的缠绕方式使其适合于十字形铁心部分。 在圆柱形线圈的情况下，它们具有良好的机械强度的明显优势。 圆柱形线圈将具有不同的层，并且在纸，布，米卡塔板等材料的帮助下，每一层都将彼此绝缘。 磁芯式变压器相对于磁芯的总体布置如下所示。 同时显示了低压（LV）和高压（HV）绕组。
心型变压器十字形截面
心型变压器
低压绕组靠近磁芯，因为它最容易绝缘。 使用叠片和绝缘层可以减少变压器的有效铁心面积。
2.壳式变压器
在壳式变压器中，铁芯围绕相当一部分绕组。 比较如下图所示。
心型和壳式变压器绕组
线圈为绕线形式，但通常为薄煎饼形式的多层圆盘形式。 纸用于隔离多层光盘的不同层。 整个绕组由圆盘堆叠而成，在圆盘之间堆叠有绝缘空间。 这些隔热空间形成水平的冷却和隔热管道。 这样的变压器可以具有简单矩形的形状，或者也可以具有分布形式。 两种设计如下图所示：
壳式变压器矩形结构
壳式变压器分布式结构
必须对变压器的铁芯和线圈施加坚固的刚性机械支撑。这将有助于最大程度地减少设备的移动，并防止设备受到任何绝缘损坏。具有良好支撑的变压器在其工作期间不会产生任何嗡嗡声，并且还将减少振动。
必须为变压器提供一个特殊的外壳平台。通常，将设备放置在装有特殊绝缘油的紧密装配的金属罐中。需要这种油来循环通过设备并冷却线圈。当设备悬空时，它还负责为设备提供额外的绝缘。
在某些情况下，光滑的水箱表面将无法提供所需的冷却区域。在这种情况下，储罐的侧面是波纹状的，或者在设备的侧面上装有散热器。用于冷却的油必须绝对不含碱，硫和最重要的是水分。油中即使有少量的水分，也会在很大程度上降低油的介电强度，因此会导致设备绝缘性能发生重大变化。
从数学上讲，百万分之八的水大约有8份存在，会使油的绝缘质量降低到不被认为是标准的使用价值。因此，通过将气罐密封成较小的单元来保护它们。当使用大型变压器时，气密方法实际上很难实施。在这种情况下，为油提供了随温度升高和降低而膨胀和收缩的腔室。
这些通气孔形成屏障，并阻止大气中的水分与油接触。还必须特别注意避免雪橇运动。当油因加热过程中过度暴露于氧气而分解时，就会发生滑移。这导致形成大量的深色和重物质沉积物，从而堵塞了变压器中的冷却管道。
这些绝缘材料的质量，耐用性和处理方式决定了变压器的寿命。所有的变压器引线都通过合适的套管从包装盒中取出。这些有许多设计，它们的尺寸和结构取决于引线的电压。瓷套管可用于绝缘引线，用于中等电压的变压器。充油或电容式套管用于高压变压器。
由于可以从两种类型获得相似的特性，因此可以通过比较成本来在核心和外壳类型之间进行选择。大多数制造商更喜欢将壳式变压器用于高压应用或多绕组设计。与铁心型相比，壳型的线圈匝平均长度更长。为选择变压器类型而比较的其他参数是额定电压，千伏安培额定值，重量，绝缘应力，热分布等。
变压器也可以根据使用的冷却类型进行分类。根据这些分类，不同的类型是：
基于冷却方式的变压器类型
1.充油自冷式
充油自冷式使用中小型配电变压器。这种变压器的组装绕组和铁芯安装在带有钢盖的焊接，油密钢罐中。芯子放回原位后，油箱中将充满纯化的高质量绝缘油。油有助于将热量从铁芯和绕组传递到壳体，并从那里散发到周围。
对于较小尺寸的变压器，储罐通常是光滑的表面，但是对于较大尺寸的变压器，需要更大的散热面积，并且这也不会干扰储罐的立方容量。这是通过频繁地使箱子起皱来实现的。辐射或管道的尺寸更大。
2.油浸水冷式
这种类型用于大型变压器的经济得多的构造，因为上述自冷却方法非常昂贵。这里也使用相同的方法-将绕组和铁芯浸入油中。唯一的区别是冷却盘管安装在机油表面附近，冷水通过该盘管保持循环。水带走了设备的热量。该设计通常在高压输电线路中使用的变压器上实现。这种设计的最大优点是，此类变压器不需要它们自己的外壳。这极大地降低了成本。另一个优点是这种类型的维护和检查一年仅需要进行一次或两次。
3.风冷类型
此类型用于电压低于25,000伏的变压器。变压器容纳在两端开口的薄金属盒中，空气从底部吹到顶部。
变压器的E.M.F方程
变压器EMF方程
NA =初级匝数
NB =次级匝数
Ømax=韦伯核心中的最大通量= Bmax X A
f =交流输入的频率，以赫兹（HZ）为单位
如上图所示，磁芯通量在周期的四分之一（即1/4频率秒）内从零值增加到最大值Ømax。
因此，平均通量变化率=Ømax/¼f = 4fØmaxWb/ s
现在，每匝磁通的变化率意味着感应电动势，单位为伏。
因此，感应的平均电动势/转角= 4fØmaxvolt
如果通量Ø正弦变化，则通过将平均值乘以形状因数来获得感应e.m.f的r.m.s值。
外形尺寸= r.m.s. 值/平均值= 1.11
因此，e.m.f /转的r.m.s值= 1.11 X 4fØmax= 4.44fØmax
现在，整个初级绕组中的感应电动势的r.m.s值
=（感应电动势/匝）X初级匝数
因此，
EA = 4.44fNAØmax= 4.44fNABmA
类似地，次级中感应e.m.f的r.m.s值是
EB = 4.44f NBØ最大= 4.44fNBBmA
在理想的空载变压器中，
VA = EA和VB = EB，其中VB是端子电压
电压变比（K）
从上面的等式我们可以得到
EB / EA = VB / VA = NB / NA = K
该常数K称为电压变换率。
（1）如果NB> NA，即K> 1，则该变压器称为升压变压器。
（2）如果NB <1，即K <1，则该变压器称为降压变压器。
同样，对于理想的变压器，
输入VA =输出VA
VAIA = VBIB
或者，IB / IA = VA / VB = 1 / K
因此，电流与（电压）变压比成反比。
变压器的应用
大多数电子电路中都使用变压器。 变压器只有3个应用；
以提高电压和电流。
降低电压和电流
为了防止直流电–变压器只能通过交流电，因此它们完全可以防止直流电传递到下一个电路。
但是这3种应用的应用层出不穷，这就是为什么它们在很多电路中都占有一席之地的原因。
