变压器
Transformer V₂ / V₁ = N₂ / N₁
- 符号
- V₂ / V₁ = N₂ / N₁
- 单位
- turns ratio dimensionless · V in volts · S in volt-amperes (VA)
- 所属节
- 电源与功率变换
- 发布
- 2026-09-18
- 作者
变压器通过公共磁通在两绕组之间传递能量。电压比等于匝数比，电流比是其倒数，阻抗比则是匝数比的平方。它同时带来电气隔离，这是磁链耦合的附带结果。
绕在同一磁芯上的两组耦合绕组，用电压换电流。
支配关系式
V₂ / V₁ = N₂ / N₁ Z₂ / Z₁ = (N₂ / N₁)²
turns ratio dimensionless · V in volts · S in volt-amperes (VA)
三个比值
理想磁芯中磁通均匀链过每一匝，因此每匝承受相同的伏特数。仅凭这一点就能同时得到三个比值：V₂/V₁ = N₂/N₁、I₂/I₁ = N₁/N₂、Z₂/Z₁ = (N₂/N₁)²。所以变压器无法增大功率，它只是把一个固定的伏安乘积重新打包成更方便的电压。
- 电压正比于匝数。
- 电流反比于匝数。
- 阻抗正比于匝数平方——1:2 的匝数比就是 1:4 的阻抗比。
磁芯、耦合与损耗
真实磁芯有两类磁通损失：建立磁通本身需要励磁电流；涡流与磁滞会把一部分能量变成热。叠片硅钢让 50/60 Hz 的损耗可以接受；约 20 kHz 以上叠片会过厚，于是改用铁氧体。空心线圈耦合很差但永不饱和，这正是它在射频领域仍有位置的原因。
铭牌上真正该看的额定值
变压器铭牌上有三个数字比标称电压更重要。
| 额定项 | 含义 | 忽视它的后果 |
|---|---|---|
| VA（伏安） | 绕组的发热极限 | 即使负载是线性的，绕组也会过热 |
| 调整率（%） | 空载电压与满载电压之差 | 调整率 15 % 的变压器满载时会下跌 15 % |
| 绝缘等级 | 绝缘的耐压能力 | 后果是安全问题，不是性能问题 |
算例
某工频变压器规格为 230 V 转 12 V、50 VA、调整率 10 %。匝数比约 230/12 ≈ 19.2，次级匝数约为初级的十九分之一。满载 50 VA 时次级电流为 50/12 ≈ 4.17 A。由于调整率为 10 %，空载时次级实际约 12 V + 10 % = 13.2 V，因此后级 12 V 线性稳压器在满载时要多耗散 (13.2 − 12) × 4.17 ≈ 5 W——这就是工频变压器加线性稳压的方案必须认真加散热片的原因。
先读
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架外延伸
Sources · 参考出处
- Physics LibreTexts https://phys.libretexts.org/Bookshelves/University_Physics/University_Physics_(OpenStax)/University_Physics_II_-_Thermodynamics_Electricity_and_Magnetism_(OpenStax)
- U.S. Department of Energy https://www.energy.gov/oe/electricity-101