變壓器（transformer），是一種利用電磁感應原理來升降電壓并實現能量和信息傳遞的多端電氣設備。裝置的發明最早可以追溯到十九世紀的歐洲。主要結構為由鐵芯、繞組、引線構成的器身以及若干附件，包括油箱、防爆管、氣體繼電器、分接頭、絕緣套管、冷卻裝置、調壓裝置、保護裝置（如吸濕器、安全氣道、儲油柜及測溫裝置等）。變壓器的種類非常豐富，通?？梢园从猛痉譃?a href="/hebeideji/2966452995965060961.html">電力變壓器和特種變壓器。變壓器的主要功能是實現電壓的升降，另外也可以實現電流的升降改變，能量的傳輸，電氣絕緣隔離，電路的穩壓，改善電路的抗干擾性等等。變壓器是輸配電的基礎設備，廣泛應用于工業、農業、交通、城市社區、輸電系統、測量系統、自動控制、電焊、電子電力等諸多領域。
概念簡述
變壓器是一種利用電磁感應原理來升降電壓電流并實現能量和信息傳遞的多端電氣設備。該裝置采用磁耦合的基本原理，在相同的頻率下，可以把從原來的交流電的電壓值轉變成其它的電壓值，滿足高壓、低壓等應用需求。在電網中，變壓器是一種重要的電器。隨著電力系統的發展，各種類型的電力變壓器相繼出現，不斷適應各種電氣電路的需求。由于在電力輸送中，由于電力守恒原理，所消耗的電力與所傳送的電力相比很少，因此，在正常工作狀態下，變壓器的工作效能可高達95%。
發展歷史
1831年，邁克爾·法拉第利用圖1所示的裝置，發現左邊開關在接通的瞬間，右邊的電流表會立刻偏轉，并很快復原。由此證明電磁可以互相產生，并建立了電磁感應定律。不僅為變壓器的誕生奠定了理論基礎，這一模型也是變壓器最早的模型。
1882年，法國人高納德和英國人吉伯斯使用一種名為“二次發電機”的裝置來改變電壓。
1885年，匈牙利電力工程的德利、伯拉錫、濟拍勞斯基在高納德一吉伯斯的裝置結構基礎上進行改造，并將“變壓器”這個術語第一次應用到了這個領域。同年，匈牙利的 Genz工廠制造出了一臺單相閉環磁電路（此后被稱作“變壓器”），它的主要部件已初步成型。
1890年左右，三相交流輸配電系統的發明與發展，使變壓器在電網中的重要性更為明顯，三相鐵心式變壓器應運而生。
1930年左右，在初步建立起了變壓器的基礎理論后，對變壓器進行了各種改造和完善。即利用新的材質、新的優化方法和新的生產流程來不斷拓寬變壓器應用領域。
1934年，美國人高斯攻克單向硅鋼片的制備技術，使得變壓器的重量、空載損耗、額定容量等性能指標得到大幅改善。
隨著科學技術的不斷發展，感應爐變壓器、高壓試驗變壓器、電子變壓器、高溫超導變壓器等各式各樣的變壓器不斷涌現，在電力網絡，電路通訊，國防軍工，金屬冶煉等多個領域得到廣泛應用。
工作原理
基本原理
變壓器采用磁耦合原理，主副線圈的電流不是通過導線連接，而是利用電磁感應耦合在一起。變壓器以磁通量為媒介在電網和負載之間傳輸能量。
根據法拉第電磁感應定律，線圈當中交變的電流會產生磁通。當把兩個線圈放到一起的時候，線圈中激勵的磁通不僅能與穿過自身引起自感電壓，而且還會有一部分會穿過鄰近的線圈，在該線圈中產生互感電壓。這種現象稱之為互感現象 ，也稱之為磁耦合。變壓器就是典型的互感元件。
無論是單相還是三相電力變壓器，都是由鐵芯、繞組和引線構成變壓器的器身。通常纏繞在輸入端芯棒上的導線稱為原始繞組，纏繞在輸出端芯棒上的導線稱為副繞組。變壓器中由于原始繞組和副繞組靠得很近，原始繞組中的交變電流產生的磁通量，會在副繞組中激勵出感應電勢。如果副繞組端有電阻等負載的接入，會在副繞組連接的電路中產生電流使電阻加熱，這就是變壓器的基本工作原理。另外，鐵芯可以大幅增強互感系數，從而將絕大部分的能量從原始繞組傳遞到副繞組。
理想電壓變換關系
在原繞組端輸入交變電壓，斷開副繞組端，如圖2所示。這時副繞組無電流流過，有開路電壓，原繞組有勵磁電流，為空載電流，這一狀態稱為空載運行。
由于副邊開路，原繞組的磁勢為，在閉合鐵芯中產生主磁通，主磁通在原、副繞組中分別感應出電動勢。
根據電磁感應定律可得
理想情況下，線圈電阻和漏磁電動勢與主磁電動勢相比都可以忽略不計，和取模量后有，兩條關系關系式。
由此得到
式中，稱為變壓器的變比，變壓器具有升壓功能，變壓器具有降壓功能。
理想電流變換關系
當副繞組端接入負載時，根據能量守恒定律，忽略損耗的情況下，變壓器輸入端功率等于輸出端功率，即滿足關系式所以。
同樣，變壓器可以使得電流減小，變壓器可以使得電流提高。
能量損耗
鐵損耗
銅損耗
理想變壓器
實際變壓器由于各種限制，難以避免會存在上述兩類損耗。在分析或者應用時，所建立的一個忽略這些損耗的等效近似模型，稱為理想變壓器。
結構
雖然有多種類型的變壓器，但是它們的基本構造都是一樣的，都是由鐵芯、原副繞組和若干附件構成的。
鐵芯
鐵芯材料
鐵芯是變壓器的核心骨架，它由兩個部件組成：鐵芯柱（芯棒）和鐵軛。芯棒上裝有線圈，鐵輪的功能是關閉磁回線。為改善磁芯的磁導特性，降低磁芯中的滯后損失和渦流損失，同時減小磁芯的導電導熱作用，避免裝置運行后能耗增多，一般選用低導電率、低比耗的冷軋硅鋼板。對于有特別需求的變壓器，可用坡莫型合金、鐵氧體等。
鐵芯疊片形式
條狀鐵行疊片：大、中型變壓器的芯，通常是把硅鋼板切成條形結構的疊片，并以交叉疊放的形式堆砌，以保證每一層的磁間隙彼此錯位；該工藝能減小空氣間隙，減小磁電阻。小型變壓器經常交替堆疊不同形狀的沖片，以簡化工藝并減少空氣間隙。
漸開線式鐵芯：其鐵芯支柱由釘在預成型的漸開線形狀的冷軋硅鋼片上壓縮制成，鐵軛是用硅鋼片卷裝纏繞而成，然后將兩者對接擰緊。具有適合大批量生產、比體積小、耗材少等優點。
鐵芯截面形態
鐵芯柱的截面有方形、矩形和梯形，前兩種形狀截面常見于小型變壓器，后者通常是大型變壓器為充分利用空間所采用。
繞組
又稱為線圈，是變壓器的傳導電流的部分，通常由絕緣導線（一般為銅、鋁材料）纏繞而成。繞組一般都繞成圓形，這種形狀的繞組便于纏繞的同時也具有一定的韌性強度。根據繞組的形狀結構不同，繞組可以分為同心型和交疊型。對于繞制變壓器，因裝置結構特殊，安裝選用了漆包線、紗包線、絲包線、紙包線等材料配合，能夠發揮出良好的導電、導熱性能，優越的抗腐蝕性也增強了電路的穩定性。
同心式繞組
主要有圓筒式、分段式、螺旋式和連續式。通常為了便于與鐵芯絕緣，將低壓繞組繞和高壓繞組分別同心地纏繞在內外面。在高低壓繞組之間設置了有助于分散繞組的熱量油道，油道的存在也可在兩個繞組之間形成電氣隔離。
交疊式繞組
交疊式繞組是將高壓繞組和低壓繞組分成制成線餅的形狀，沿著芯棒像堆盤子一樣交替堆疊，所以又稱餅式繞組。高壓繞組一般不會放置在最上面和最下面，以防電壓過大產生電氣擊穿。交疊式繞組具有絕緣性能好，承重能力強，方便接線等優點。
其他附件
油箱：中等容量以上的變壓器往往需要考慮散熱問題，為了增強變壓器的散熱，變壓器被設計成內部裝滿油的密封油箱結構。變壓器的鐵芯和繞組等部件浸入在油箱里面。油箱包括油箱本體和油箱附件。
安全氣道：又稱為防爆管，可以保證變壓器內部壓力過大時，可以將油以及氣化產生的氣體從安全氣道疏導出去，使油箱不會因壓力異常而損壞。
氣體繼電器：氣體繼電器是變壓器的保護裝置。當變壓器因高溫、壓力失衡導致油揮發分解或者產生沖擊的油流時，繼電器觸點起作用，發出報警信號或跳閘。
分接頭與分接開關：變壓器分接頭的功能是調節原副繞組匝數比，因為一般要求原邊電壓要求在一定的范圍內調節，因而原繞組一般都有抽頭，稱為分接頭。利用分接開關與不同的分接頭相接，就可以改變原繞組的匝數，從而達到調節變壓器輸出電壓的目的。分接開關分為有載調壓和無載調壓兩種。
絕緣套管：變壓器的絕緣套管是一個負載電流的部件。它的主要功能是把高壓引線從變壓器中引出，用于絕緣保護和固定引線。
主要分類
變壓器的種類很多，為了達到不同的使用目的，并適應不同的工作條件，變壓器的類型可按其用途、繞組和鐵芯的材料結構、相數、工作頻率、調壓方式、冷卻方式等進行分類。
根據用途分類
變壓器分為電力變壓器和特種變壓器
電力變壓器：電力變壓器又可分為升壓、降壓變壓器，配電變壓器，廠用變壓器等。
特種變壓器：特種變壓器主要包括電爐變壓器、整流變壓器、電焊變壓器、輕型高壓試驗變壓器、儀用互感器、高壓試驗變壓器和調壓器、脈沖變壓器等。
根據變壓器構造分類
按繞組結構
根據繞組的構造劃分，可將其劃分成單繞組、多繞組，而單線圈式的變壓器也被稱作自耦合式變壓器；多繞組的變壓器由雙繞組、三繞組、六繞組（穩壓變壓器中可見）等組成。
按鐵芯結構
按照繞組在芯棒上的纏繞方式，鐵芯主要可分成芯型和殼型兩種結構類別。
芯型變壓器：芯型變壓器的原、副繞組組合在兩個鐵心柱上，構造較為簡單，安裝時有更多的空隙，安裝方便，耗鐵也少；大容量、高電壓的變壓器通常為芯型。
殼式變壓器：殼式變壓器的鐵芯圍繞線圈的上下部和兩側。該構造的變壓器具有良好的力學性能，且芯易于散熱器，但其耗鐵較多，生產工藝也比較繁瑣。小容量、低電壓的變壓器通常為殼型。
除此之外，還有環形變壓器、金屬變壓器、插片變壓器、C型變壓器、鐵氧體變壓器。
按相數分類
變壓器按相數可分為單相變壓器、三相變壓器和多相變壓器
單相變壓器
用兩組線圈纏繞在同一鐵芯便構成了單相變壓器。通常是用來變換單相交流電壓和電流，一般額定容量比較小。在電子線路、焊接、治金、測量系統、控制系統以及試驗等方面，單相變壓器的應用較為廣泛。
三相變壓器
1、三相變壓器組
結構：由三個完全一樣的單相變壓器按右圖形式構成，稱為三相組式變壓器或三相變壓器組。
特點：對應的磁路是一種組式磁路，三相的每一相具有各自獨立的磁回線，并不相互關聯。所以，在一次側加上三相對稱的三相電壓時，每相主磁通量和空載電流都相互對稱。
2、三相芯式變壓器
結構：用三根鐵芯按圖7結構連接在一塊形成的。在三相磁通對稱情況下，中間鐵心柱內部的主要磁通量為零，故常可將中間鐵柱省掉。三相鐵柱圓柱通?？梢栽O置在一個平面上，以便于制作和節約材料。
特點：三相芯式變壓器對應的是芯式磁路，芯式磁路具有相互關聯的特征，每個相位的磁路都與另外兩相磁路形成閉合回路；三相磁路的長度可以是不同的，磁阻也可以不同。
3、原理特點
從工作機理上分析，三相變壓器在負荷均勻的情況下，不同相的電流電壓除了有120°的相位差，電流電壓的大小、振幅、頻率均與單相無異。
多相變壓器
多相交流電通常是三相交流電利用平衡變壓器轉換得到。最基本的平衡變壓器有三種類型：斯科特變壓器、李布朗克變壓器和伍德橋變壓器。
按冷卻形式
變壓器可以按冷卻介質可以分為干式、油浸式和充氣式變壓器，也可以按冷卻形式分為自發冷卻型變壓器，蒸發冷卻型變壓器。
干式變壓器
干式變壓器是指鐵芯和繞組不浸在絕緣液體中的變壓器。利用空氣作為冷卻介質，屬于自發冷卻型變壓器。干式變壓器通常分為開啟式、封閉式和澆注式三種類型。
主要特點有：
1、安全，防火，無污染；
2、機械強度高，抗短路能力強；
3、損耗低，噪聲??；
4、散熱性能、防潮性能好；
5、體積和質量小，安裝調試方便。
油浸式變壓器
油浸式變壓器是指變壓器的繞組是浸泡在油中的一類變壓器，也屬于自發冷卻型變壓器。通常又分為自冷式，風冷式和強制油循環冷卻式等。
特點：由于防火的需要，油浸式變壓器一般安裝在單獨的變壓器室內或室外，具有體積大、成本低、維修簡單、散熱好、過負荷能力強、適應環境廣泛的特點。
充氣式變壓器
充氣式變壓器是指變壓器的器身放在一密封的鐵箱內，箱內充以氣體代替變壓器油的一類變壓器。這種氣體通常要求絕緣性能好，傳熱快，化學性能穩定，常用沸點比較低的六氟化硫作為冷卻介質，屬于蒸發冷卻型變壓器。
特點：具有優良的電氣性能，可用于安全防火要求較高的場所。
根據調壓方式分類
（1）無載調壓變壓器：不具備帶負載轉換檔位的能力，調檔時必須使變壓器停電。
（2）有載調壓變壓器：可帶負荷切換檔位。
此外還可以按頻率可分為低頻變壓器，中頻高壓器，高頻變壓器。也可以按導線材料分類，有銅導線變壓器、鋁導線變壓器。
主要功能和應用領域
電流電壓升降
變壓器線圈匝數可用于調節變壓器輸出的電壓和電流。通常情況下，輸出電壓和輸入電壓的比率是次級線圈的匝數和初級線圈線圈的匝數的比率，即。輸出電流和輸出的電壓呈相反的關系，輸出電壓下降的電壓器會使輸出的電流增大。
阻抗變換
變壓器的一次繞組與二次繞組的匝數比不同，耦合過來的阻抗也不同，在數值上，二次阻抗與一次阻抗之比，等于二次繞組匝數與一次繞組匝數之比的平方。
相位轉換
采用變換線圈纏繞方向的方式，可以實現對交變信號進行反相位調節。
穩壓和隔離
利用鐵心材料的飽和特性來實現輸出電壓的穩定，通常需要將初級繞組放在截面積大的芯棒上，次級繞組放在截面積小的芯棒上。通過一次繞組與二組繞組的磁性耦合，使其在兩組繞組間無電氣聯結，使其電氣絕緣。
應用領域
我國在網運行的變壓器約1700萬臺，總容量約110億千伏安。變壓器損耗約占輸配電電力損耗的40%，具有較大節能潛力。
參考資料 >
工業和信息化部辦公廳 市場監管總局辦公廳 國家能源局綜合司 關于印發《變壓器能效提升計劃（2021-2023年）》的通知.中國政府網.2025-05-17