基础电子学系列25 – 按用途分类的变压器类型

在上一篇文章中，我们讨论了变压器按铁芯材料、几何形状和电压等级的分类。变压器也可以按其应用和用途分类。让我们首先探讨两大类用例——用于电气领域的变压器和用于电子领域的变压器。

电气领域使用的变压器按用途分类如下：

• 电源

• 分配

• 测量

在电子领域，变压器按其工作频率范围分类如下：

• 脉冲

• 声音的

• 中频

• 射频

电源变压器
电源变压器用于降低 60 Hz 公用事业线路中的线路电压。这些变压器具有各种尺寸、形状和绕组比。它们可以大到一个房间，也可以小到一个魔方，具体取决于它们的使用场所，从发电厂和高压电线到电器的电源部分。电源变压器用于将交流电压（通常降压）从电源线转换到电路或从电源线的一部分转换到另一部分。这些变压器通常以次级线圈的最大电压和电流容量为特征。

这些变压器中最大的用于发电厂。工程师对由于负载消耗的电线电阻和功率造成的能量损失无能为力。因此，他们可以选择通过传输线传输高压电力。电压越高，电流越低，因此电力传输过程中的能量损失最小化。发电厂的电力变压器将大电流低压转换为小电流高压交流电。高能发电厂拥有更大的电力变压器，可以通过输电线路传输高达 100 MVA 的电力。中型电力变压器的额定功率通常为 50 至 100 MVA，而本地发电站使用的小型电力变压器的额定功率通常为 500 至 700 KVA。

电力变压器比配电变压器大。这些设计具有最大的电源效率，因为它们每天 24 小时保持负载。这种电力变压器可以直接连接到消费者或可以连接到配电网络。大多数电力变压器具有三相配置，而一些小型电力变压器可能具有单相配置。三相电源变压器的成本很高，但与单相变压器相比功率效率更高。

变压器用于传输网络的不同点。高压线携带 KV 或 MV 电压，不能直接提供给消费者。部署电力变压器以降低这些电压以降低分支点处的电压。降低的电压在网络内进一步降低。最后，交流电压经配电变压器降压为三相230V或120V有效值供给用电端。

小型电源变压器用于电器的电源部分，将交流电源进一步降压至5V至50V的低压。大多数消费类电器需要 5V 至 12V 的电压才能以最小的电流消耗运行。不同的电力变压器具有多种结构、配置和尺寸。

自耦变压器
自耦变压器是在公共线圈上具有初级和次级的电源变压器。初级和次级都在同一个线圈上并且方向相同。通过改变次级分接的位置来改变电压。

单相和三相变压器
电源变压器可以具有单相或三相配置。单相变压器有一对初级和次级绕组。这些变压器通常用于电器中，它们以恒定频率转换电压电平。

三相变压器具有三对相互连接的初级和次级绕组。当用于发电、输电和配电时，这些变压器与单相变压器相比具有成本效益。三相变压器的初级和次级线圈可以有各种星形和三角形连接的组合，例如初级和次级绕组分别有星-星、星-三角、三角-三角或三角-星形连接。

典型三相变压器的示意图（图片来源：Quora）

配电变压器
配电变压器用于配电网络，以将输电线路电压降低至工业用 33KV 以下和民用用 230-440V 以下。这些通常用在配电网络的末端作为柱式变压器，也可以是配电端的垫片式或地下变压器。它们体积小，并不总是满载，可能有干式或液浸式绝缘。他们可能向消费者端提供单相或三相主电源。这些变压器成本低廉，设计功率效率为 50% 至 70%。

测量/互感器 互感器
用于测量高值电流和电压，并与低量程测量仪器一起用作精确的比率互感器。这些变压器将高电压或电流转换为低电压或电流，并以精确的比例转换为低电压或电流，以便用典型的电流表、电压表或瓦特表进行测量。这些可以是应该与电流表一起使用的电流互感器，也可以是应该与交流电压表一起使用的电压互感器。

一个 120:120 的仪器隔离变压器，显示两个极性标记约定（图片：维基百科）。

这些本质上是隔离变压器，可将电源线与测量仪器安全隔离。电源线电压通过高匝数比准确地降低到较低电压，以便典型的测量仪器可以轻松测量它。电流互感器串联连接到供电线路以测量电流。电源线电流的测量方法是激励电流和次级电流之和乘以匝数比。精度较低的电流互感器也用作保护变压器。

为了测量高值电压，电压互感器或电压互感器的初级连接到电源线，电源线电压在次级降低到安全限值。电压互感器可以是电磁式、电容式或光学式。电磁型是简单的线绕降压变压器，电容型使用电容分压器，光学型使用光电元件。

脉冲变压器
脉冲变压器是安装在 PCB 上的小型变压器，用于电子设备中以生成固定幅度的脉冲。这些变压器隔离数字负载电路并向其提供恒定幅度的脉冲。

音频变压器
按工作频率范围对电子领域中使用的变压器进行分类更为合适。在 20 Hz 至 20 kHz 的频率范围内工作的电子变压器被归类为音频变压器。这些通常是小型公用变压器，具有类似于典型的 60 Hz 公用变压器的叠层 EI 铁芯。这些可以是升压或降压变压器。音频变压器主要用于阻抗匹配，旨在提供几乎为零的电抗。音频变压器中可以有多个初级和次级线圈，它们可以是分离的或中心抽头的。

中频变压器
中频变压器用于调谐中频信号。这些是屏蔽变压器，通常具有高磁导率的铁氧体磁芯。

射频变压器
用于射频的电子变压器称为射频变压器。这些可以是绕线变压器，如公用事业变压器，也可以是传输线变压器。最常见的是具有环形粉末铁芯的线绕变压器。空心射频变压器用于大功率应用。铁粉芯变压器具有高磁导率和自屏蔽性，而空芯变压器虽然具有显着的 EMI，但能效更高。这些变压器也称为宽带变压器，用于 3 MHz 至 30 MHz 的频率范围。在更高频率下，使用传输线变压器作为四分之一波天线。这些可能是平行线或同轴电缆。

变压器的应用
变压器广泛用于电气和电子领域。在电气领域，变压器通常用于降低电站、配电网的交流电压，或用于测量。在电子产品中，变压器用于许多应用，例如升压或降压电压、阻抗匹配、脉冲生成、耦合和隔离。

电子领域使用的变压器通常印有初级电压、次级电压和额定功率等规格。通常，配色方案可识别初级线圈、次级绕组和中心抽头的引线。

活动 12
关于变形金刚就够了。现在，您已经非常了解变压器的工作原理和规格，是时候尝试一些电路了。获取电路图并亲身体验一些使用变压器的爱好电路，例如半波整流器、全波整流器、12V 或 9V 对称台式电源、音频功率放大器和前置放大器。检查这些电路中使用的变压器的作用和所需规格。

活动 13
按部件号准备一些脉冲发生变压器的清单。下载并检查他们的数据表。找出其数据表中提到的可在其应用中有用的重要电气特性。

在下一篇文章中，我们将讨论电源。