变压器是电力系统中极为重要的电气设备，其主要功能是实现电压的变换、电能的传输以及电气隔离等。了解变压器的工作原理和结构对于电力工程技术人员以及相关领域从业者至关重要。
一、变压器的工作原理
变压器基于电磁感应定律工作。当交流电源接入变压器的原绕组时，会在原绕组中产生交变电流，该交变电流会在铁芯中建立交变磁场。由于铁芯的磁导率很高，使得绝大部分磁通集中在铁芯内部，并通过副绕组。根据电磁感应定律，交变磁场会在副绕组中感应出电动势。如果副绕组与负载相连，就会有电流流过负载，从而实现电能从原边向副边的传输。
设原绕组的匝数为 N₁，副绕组的匝数为 N₂，原边电压为 U₁，副边电压为 U₂，根据电磁感应定律可得：U₁/U₂ = N₁/N₂。这就是变压器的电压变换公式。通过改变原、副绕组的匝数比，可以实现升压或降压的目的。例如，当 N₂ > N₁ 时，为升压变压器；当 N₂ < N₁ 时，为降压变压器。
二、变压器的结构
铁芯
铁芯是变压器的磁路部分，通常由硅钢片叠成。硅钢片具有高磁导率和低铁损的特性，能够有效地减少铁芯中的磁滞损耗和涡流损耗。铁芯的形状一般为心式或壳式。心式铁芯结构中，绕组包围铁芯；壳式铁芯结构则是铁芯包围绕组。
绕组
绕组是变压器的电路部分，分为原绕组和副绕组。绕组通常由绝缘铜线或铝线绕制而成，绕制方式有圆筒式、连续式、纠结式等多种。绕组在铁芯上的布置有同心式和交叠式。同心式绕组是将高、低压绕组同心地套在铁芯柱上，一般低压绕组在内层，高压绕组在外层；交叠式绕组则是高、低压绕组交替地套在铁芯柱上。
绝缘结构
为了保证变压器的安全运行，绕组与绕组之间、绕组与铁芯之间以及绕组与油箱等部件之间都需要有良好的绝缘。绝缘材料包括绝缘纸、绝缘油、绝缘漆等。绝缘油不仅起到绝缘作用，还能帮助散热，将变压器运行过程中产生的热量传递到油箱壁散发出去。
油箱及附件
油箱是变压器的外壳，用于容纳铁芯、绕组和绝缘油等部件。油箱上通常装有油枕、呼吸器、散热器、温度计等附件。油枕用于储存绝缘油，当油温变化时，可调节油箱内油的体积，同时减少油与空气的接触面积，降低油的氧化速度。呼吸器内装有干燥剂，用于吸收进入油箱内空气中的水分。散热器则通过热传导和对流的方式将变压器内部的热量散发到周围环境中，保证变压器在允许的温度范围内运行。温度计用于监测变压器油温，以便及时了解变压器的运行状态。
三、变压器的运行特性
空载运行
当变压器原绕组接入交流电源，副绕组开路时，称为空载运行。此时，原绕组中的电流称为空载电流，其主要作用是建立铁芯中的磁场。空载电流一般较小，约为额定电流的 2% - 10%。空载时，变压器的输入功率主要用于克服铁芯损耗，包括磁滞损耗和涡流损耗。
负载运行
当副绕组接上负载后，变压器进入负载运行状态。随着负载电流的增加，原绕组电流也会相应增加，以满足能量守恒定律。此时，变压器的输出电压会随着负载电流的变化而变化，这种变化关系用电压调整率来表示。电压调整率反映了变压器带负载运行时输出电压的稳定性，是衡量变压器性能的一个重要指标。
综上所述，变压器通过电磁感应原理实现电压变换等功能，其结构设计科学合理，各部件协同工作。深入理解变压器的工作原理、结构和运行特性，对于正确选择、安装、维护和运行变压器具有重要意义，能够确保电力系统的安全、稳定和高效运行。
