第2节 升压和降压变压器(修订中)
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到目前为止，我们已经观察到[变压器](https://www.allaboutcircuits.com/textbook/alternating- 电压和电流 (opens new window)相等并不是所有变压器的标准。
如果两个绕组的电感不相等，就会发生一些有趣的事情：
变压器
v1 1 0 ac 10 罪
rbogus1 1 2 1e-12
rbogus2 5 0 9e12
l1 2 0 10000
l2 3 5 100
k l1 l2 0.999
vi1 3 4 交流 0
rload 4 5 1k
.ac 林 1 60 60
.print ac v(2,0) i(v1)
.print ac v(3,5) i(vi1)
。结尾
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频率 v(2) i(v1)
6.000E+01 1.000E+01 9.975E-05 初级绕组
频率 v(3,5) i(vi1)
6.000E+01 9.962E-01 9.962E-04 二次绕组
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请注意，次级电压大约比初级电压小十倍（0.9962 伏与 10 伏相比），而次级电流大约大十倍（0.9962 毫安与 0.09975 毫安相比）。
我们这里有一个设备，它可以将电压_降低_10 倍，将电流_提高_10 倍：
10:1 的匝数比产生 10:1 的初级：次级电压比和 1:10 的初级：次级电流比。
# 0.1. 什么是升压和降压变压器？
这确实是一个非常有用的设备。有了它，我们可以轻松地对交流电路中的电压和电流进行乘法或除法。事实上，变压器使远距离电力传输成为现实，因为交流电压可以“升压”，电流可以“降压”，以减少连接发电站和负载的电力线沿线的线电阻功率损耗。
在任一端（发电机和负载），电压水平通过变压器降低，以实现更安全的操作和更便宜的设备。
将电压从初级增加到次级（次级绕组匝数比初级绕组匝数更多）的变压器称为_升压_变压器。
相反，设计为相反的变压器称为_降压_变压器。
让我们重新检查上一节中显示的照片：
显示初级和次级绕组的变压器横截面有几英寸高（约 10 厘米）。
这是一个降压变压器，初级绕组的高匝数和次级绕组的低匝数证明了这一点。作为降压单元，该变压器将高压、小电流功率转换为低压、大电流功率。
由于电流的增加，次级绕组中使用的粗线是必要的。不必传导那么多电流的初级绕组可以由较小规格的导线制成。
# 0.2. 变压器运行的可逆性
如果您想知道，_可以_反向操作这些变压器类型中的任何一种（使用交流电源为次级绕组供电，并让初级绕组为负载供电）以执行相反的功能：升压可以用作步进-向下和签证-Versa。
然而，正如我们在本章第一节中看到的，变压器的高效运行要求各个绕组电感针对特定的电压和电流工作范围进行设计，因此如果要像这样“向后”使用变压器，则必须在每个绕组的电压和电流的原始设计参数范围内使用，以免证明效率低下（或以免被过大的电压或电流_损坏！）。_
# 0.3. 变压器结构标签
变压器通常以这样一种方式构造，即哪些导线通向初级绕组，哪些导线通向次级绕组并不明显。电力行业用于帮助减轻混淆的一种惯例是使用“H”表示高压绕组（降压单元中的初级绕组；升压单元中的次级绕组）和“X”低压绕组的名称。
因此，一个简单的电源变压器将具有标记为“H 1 ”、“H 2 ”、“X 1 ”和“X 2 ”的电线。它通常对电线的编号很重要（H 1与 H 2等），我们将在本章稍后进行探讨。
# 0.4. 升压和降压变压器的实用意义
当您回忆起功率等于电压乘以电流时，电压和电流以相反的方向“步进”（一个向上，另一个向下）这一事实非常有意义，并意识到变压器不能_产生_功率，只能转换它。
任何输出功率大于吸收功率的设备都违反了物理学_中的能量守恒_定律，即能量不能被创造或破坏，只能转换。与我们看到的第一个变压器示例一样，从设备的初级到次级的功率传输效率非常好。
当考虑替代方案时，其实际意义更加明显：在高效变压器出现之前，电压/电流电平转换只能通过使用电动机/发电机组来实现。
电动机/发电机组的图纸揭示了所涉及的基本原理：（下图）
=
电动发电机说明了变压器的基本原理。
在这种机器中，电机与发电机机械耦合，发电机设计为在电机转速下产生所需水平的电压和电流。
虽然电动机和发电机都是相当高效的设备，但以这种方式使用两者会加剧它们的低效率，因此整体效率在 90% 或更低的范围内。此外，由于电动机/发电机组显然需要运动部件，因此机械磨损和平衡是影响使用寿命和性能的因素。
另一方面，变压器能够在没有移动部件的情况下以非常高的效率转换交流电压和电流的水平，从而使我们认为理所当然的电力的广泛分配和使用成为可能。
平心而论，应该注意的是，对于_所有_应用，变压器不一定会淘汰电动机/发电机组。
虽然变压器在交流电压 (opens new window)和电流电平转换方面明显优于电动机/发电机组，但它们不能将一种频率的交流电源转换为另一种频率，或（自行）将直流转换为交流，反之亦然。
电动机/发电机组可以相对简单地完成所有这些事情，尽管已经描述了效率和机械因素的限制。
电动机/发电机组还具有动能储存的独特特性：即，如果电动机的电源因任何原因而瞬间中断，其角动量（该旋转质量的惯性）将在短时间内保持发电机的旋转，从而将由发电机供电的任何负载与主电力系统中的“故障”隔离开来。
# 0.5. 升压降压变压器运行分析
仔细观察SPICE (opens new window)分析中的数字，我们应该看到变压器的比率和两个电感之间的对应关系。请注意，初级电感器 (l1) 的电感是次级电感器的 100 倍（10000 H 与 100 H），并且测得的电压降压比为 10 比 1。
电感越大的绕组，其电压越高，电流越小。
由于两个电感器绕在变压器中的相同磁芯材料上（为了实现两者之间最有效的磁耦合），因此影响两个线圈电感的参数是相等的，除了每个线圈的匝数。
如果我们再看一下电感公式，我们会发现电感与线圈匝数的_平方成正比：_
因此，很明显，我们在最后一个 SPICE 变压器示例电路中的两个电感器（电感比为 100:1）应该具有 10:1 的线圈匝数比，因为 10 的平方等于 100。
这与我们发现的初级和次级电压和电流之间的比率相同 (10:1)，因此我们可以说电压和电流的变比通常等于初级和次级之间的绕组匝数比。
降压变压器：（多匝：几匝）。
变压器中线圈匝数比的升压/降压效应类似于机械齿轮系统中的齿轮齿比，以几乎相同的方式转换速度和扭矩值：
扭矩减少齿轮系降低扭矩，同时加快速度。
用于配电目的的升压和降压变压器可能与之前显示的电力变压器成比例地巨大，有些单元与房屋一样高。下图显示了一个大约十二英尺高的变电站变压器：
变电站变压器。
审查：
- 变压器根据初级与次级线匝的比率“升压”或“降压”电压。
- 设计用于增加从初级到次级的电压的变压器称为_升压_变压器。设计用于降低初级到次级电压的变压器称为_降压_变压器。
- 变压器的变压比将等于其初级与次级电感 (L) 比的平方根。
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