變壓器是一種靜止電器，它通過線圈間的電磁感應(yīng)，將一種電壓等級(jí)的交流電能轉(zhuǎn)換成同頻率的另一種電壓等級(jí)的交流電能。確切地說，它具有變壓、變流、變換阻抗和隔離電路的作用。變壓器（Transformer）是利用電磁感應(yīng)的原理來改變交流電壓的裝置，主要構(gòu)件是初級(jí)線圈、次級(jí)線圈和鐵芯（磁芯）。主要功能有：電壓變換、電流變換、阻抗變換、隔離、穩(wěn)壓（磁飽和變壓器）等。按用途可以分為：電力變壓器和特殊變壓器（電爐變、整流變、工頻試驗(yàn)變壓器、調(diào)壓器、礦用變、音頻變壓器、中頻變壓器、高頻變壓器、沖擊變壓器、儀用變壓器、電子變壓器、電抗器、互感器等）。
變壓器的發(fā)展歷史：
法拉第在1831年8月29日發(fā)明了一個(gè)“電感環(huán)”，稱為“法拉第感應(yīng)線圈”，實(shí)際上是世界上第一只變壓器雛形。但法拉第只是用它來示范電磁感應(yīng)原理，并沒有考慮過它可以有實(shí)際的用途。
1881年，路森·戈拉爾（Lucien Gaulard）和約翰·狄克遜·吉布斯（John Dixon Gibbs）在倫敦展示一種稱為“二次手發(fā)電機(jī)”的設(shè)備，然后把這項(xiàng)技術(shù)賣給了美國西屋公司， 這可能是第一個(gè)實(shí)用的電力變壓器，但并不是最早的變壓器。1884年，路森·戈拉爾和約翰·狄克遜·吉布斯在采用電力照明的意大利都靈市展示了他們的設(shè)備。早期變壓器采用直線型鐵心，后來被更有效的環(huán)形鐵心取代。
西屋公司的工程師威廉·史坦雷從喬治·威斯汀豪斯、路森·戈拉爾與約翰·狄克遜·吉布斯買來變壓器專利以后，在1885年制造了第一臺(tái)實(shí)用的變壓器。后來變壓器的鐵心由E型的鐵片疊合而成，并于1886年開始商業(yè)運(yùn)用。變壓器變壓原理首先由法拉第發(fā)現(xiàn)，但是直到十九世紀(jì)80年代才開始實(shí)際應(yīng)用。在發(fā)電場(chǎng)應(yīng)該輸出直流電和交流電的競(jìng)爭(zhēng)中，交流電能夠使用變壓器是其優(yōu)勢(shì)之一。變壓器可以將電能轉(zhuǎn)換成高電壓低電流形式，然后再轉(zhuǎn)換回去，因此大大減小了電能在輸送過程中的損失，使得電能的經(jīng)濟(jì)輸送距離達(dá)到更遠(yuǎn)。如此一來，發(fā)電廠就可以建在遠(yuǎn)離用電的地方。世界大多數(shù)電力經(jīng)過一系列的變壓最終才到達(dá)用戶那里的。
變壓器的基本結(jié)構(gòu)：
變壓器的基本結(jié)構(gòu)分為四個(gè)部分：
?、勹F心—變壓器的磁路；
?、诶@組—變壓器的電路；
?、劢^緣結(jié)構(gòu)；
?、苡拖涞绕渌糠?。
?。?）鐵心
鐵心由鐵心柱和鐵軛兩部分組成。變壓器的主磁路，為了提高導(dǎo)磁性能和減少鐵損，用厚為0.35-0.5mm、表面涂有絕緣漆的熱軋或冷軋硅鋼片疊成。
變壓器的鐵心中，每片硅鋼片為拼接片。在疊片時(shí)，采用疊接式，即將上下兩層疊片的接縫錯(cuò)開，可縮小接縫間隙，以減小勵(lì)磁電流。如下圖所示。
當(dāng)采用冷軋硅鋼片時(shí)，應(yīng)用斜切鋼片的疊裝方法，可提高導(dǎo)磁系數(shù)，降低損耗。
疊裝好的鐵心其鐵軛用槽鋼（或焊接夾件）及螺桿固定。鐵心柱則用環(huán)氧無緯玻璃絲粘帶綁扎。
鐵心柱的截面在小型變壓器中采用方形。在容量較大的變壓器中，采用階梯形截面。
鐵軛的截面有矩形及階梯形的，其截面一般比鐵心柱截面大（5~10）%，以減小空載電流和空載損耗。
?。?）繞組
繞組是變壓器的電路，一般用絕緣銅線或鋁線（扁線或圓線）繞制而成。
下圖所示有兩組：一個(gè)繞組與電源相連，稱為一次繞組（或原繞組），這一側(cè)稱為一次側(cè)（或原邊）；另一個(gè)繞組與負(fù)載相連，稱為二次繞組（或副繞組），這一側(cè)稱為二次側(cè)（或副邊）。
對(duì)于三相變壓器，根據(jù)兩組繞組的相對(duì)位置，繞組可分為同心式和交疊式兩種，如以下兩圖所示。
同心式繞組
交迭式繞組
根據(jù)繞組和鐵心的相對(duì)位置，變壓器有殼式結(jié)構(gòu)和心式結(jié)構(gòu)兩種，如以下兩圖所示。
（3）其它結(jié)構(gòu)部件
如下圖所示，油浸式電力變壓器的結(jié)構(gòu)中還包括油箱、絕緣套管、儲(chǔ)油柜、安全氣道等。
變壓器的分類：
1、按相數(shù)分：
（1）單相變壓器：用于單相負(fù)荷和三相變壓器組。
?。?）三相變壓器：用于三相系統(tǒng)的升、降電壓。
2、按冷卻方式分：
（1）干式變壓器：依靠空氣對(duì)流進(jìn)行自然冷卻或增加風(fēng)機(jī)冷卻，多用于高層建筑、高速收費(fèi)站點(diǎn)用電及局部照明、電子線路等小容量變壓器。
?。?）油浸式變壓器：依靠油作冷卻介質(zhì)、如油浸自冷、油浸風(fēng)冷、油浸水冷、強(qiáng)迫油循環(huán)等。
3、按用途分：
?。?）電力變壓器：用于輸配電系統(tǒng)的升、降電壓。
?。?）儀用變壓器：如電壓互感器、電流互感器、用于測(cè)量?jī)x表和繼電保護(hù)裝置。
?。?）試驗(yàn)變壓器：能產(chǎn)生高壓，對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行高壓試驗(yàn)。
?。?）特種變壓器：如電爐變壓器、整流變壓器、調(diào)整變壓器、電容式變壓器、移相變壓器等。
4、按繞組形式分：
?。?）雙繞組變壓器：用于連接電力系統(tǒng)中的兩個(gè)電壓等級(jí)。
（2）三繞組變壓器：一般用于電力系統(tǒng)區(qū)域變電站中，連接三個(gè)電壓等級(jí)。
?。?）自耦變電器：用于連接不同電壓的電力系統(tǒng)。也可做為普通的升壓或降后變壓器用。
5、按鐵芯形式分：
?。?）芯式變壓器：用于高壓的電力變壓器。
（2）非晶合金變壓器：非晶合金鐵芯變壓器是用新型導(dǎo)磁材料，空載電流下降約80%，是節(jié)能效果較理想的配電變壓器，特別適用于農(nóng)村電網(wǎng)和發(fā)展中地區(qū)等負(fù)載率較低地方。
?。?）殼式變壓器：用于大電流的特殊變壓器，如電爐變壓器、電焊變壓器；或用于電子儀器及電視、收音機(jī)等的電源變壓器。
變壓器的工作原理：
變壓器的主要部件是一個(gè)鐵心和套在鐵心上的兩個(gè)繞組。兩繞組只有磁耦合沒電聯(lián)系。在一次繞組中加上交變電壓，產(chǎn)生交鏈一、二次繞組的交變磁通，在兩繞組中分別感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e1、e2。根據(jù)電磁感應(yīng)定律可寫出電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)方程式：
鐵心的作用是加強(qiáng)兩個(gè)線圈間的磁耦合。為了減少鐵內(nèi)渦流和磁滯損耗，鐵心由涂漆的硅鋼片疊壓而成;兩個(gè)線圈之間沒有電的聯(lián)系，線圈由絕緣銅線（或鋁線）繞成。一個(gè)線圈接交流電源稱為初級(jí)線圈（或原線圈），另一個(gè)線圈接用電器稱為次級(jí)線圈（或副線圈）。實(shí)際的變壓器是很復(fù)雜的，不可避免地存在銅損（線圈電阻發(fā)熱）、鐵損（鐵心發(fā)熱）和漏磁（經(jīng)空氣閉合的磁感應(yīng)線）等，為了簡(jiǎn)化討論這里只介紹理想變壓器。理想變壓器成立的條件是：忽略漏磁通，忽略原、副線圈的電阻，忽略鐵心的損耗，忽略空載電流（副線圈開路原線圈線圈中的電流）。例如電力變壓器在滿載運(yùn)行時(shí)（副線圈輸出額定功率）即接近理想變壓器情況。
變壓器是利用電磁感應(yīng)原理制成的靜止用電器。當(dāng)變壓器的原線圈接在交流電源上時(shí)，鐵心中便產(chǎn)生交變磁通，交變磁通用φ表示。原、副線圈中的φ是相同的，φ也是簡(jiǎn)諧函數(shù)，表為φ=φmsinωt。由法拉第電磁感應(yīng)定律可知，原、副線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為e1=-N1dφ/dt、e2=-N2dφ/dt。式中N1、N2為原、副線圈的匝數(shù)。由圖可知U1=-e1，U2=e2（原線圈物理量用下角標(biāo)1表示，副線圈物理量用下角標(biāo)2表示），其復(fù)有效值為U1=-E1=jN1ωΦ、U2=E2=-jN2ωΦ，令k=N1/N2，稱變壓器的變比。由上式可得U1/ U2=-N1/N2=-k，即變壓器原、副線圈電壓有效值之比，等于其匝數(shù)比而且原、副線圈電壓的位相差為π。
進(jìn)而得出：U1/U2=N1/N2
在空載電流可以忽略的情況下，有
I1/ I2=-N2/N1
即原、副線圈電流有效值大小與其匝數(shù)成反比，且相位差π。
進(jìn)而可得I1/ I2=N2/N1理想變壓器原、副線圈的功率相等P1=P2。
說明理想變壓器本身無功率損耗。實(shí)際變壓器總存在損耗，其效率為η=P2/P1。電力變壓器的效率很高，可達(dá)90%以上。