变压器通电时的工作原理基于电磁感应定律（法拉第定律），通过交变磁场实现能量的传递和电压的变换。具体过程如下：

核心原理：电磁感应

1. 一次侧通电（输入）

   • 当交流电通过一次绕组（原边）时，交变电流在铁芯中产生交变磁通（Φ）。
   • 磁通的方向和大小随电流周期性变化（频率与输入交流电相同）。

2. 磁场传递

   • 交变磁通通过闭合铁芯（磁路）贯穿一次绕组和二次绕组（副边），形成磁耦合（漏磁忽略不计时，两绕组共享同一磁通）。

3. 二次侧感应（输出）

   • 变化的磁通在二次绕组中感应出电动势（电压），符合法拉第定律：
     ( e = -N \frac{dΦ}{dt} )
     （( N )：绕组匝数，( \frac{dΦ}{dt} )：磁通变化率）

电压变换的关键：匝数比

• 感应电压与绕组匝数成正比，满足：
  ( \frac{U_1}{U_2} = \frac{N_1}{N_2} )
  • ( U_1, U_2 )：一次侧和二次侧电压（有效值）
  • ( N_1, N_2 )：一、二次绕组匝数
• 升压变压器：( N_2 > N_1 ) → ( U_2 > U_1 )
• 降压变压器：( N_2 < N_1 ) → ( U_2 < U_1 )

示例：
输入电压 ( U_1 = 220V )，匝数比 ( N_1:N_2 = 10:1 ) → 输出电压 ( U_2 = 22V )。

能量传递：磁场→电流

• 空载时：二次侧开路，一次侧电流极小（空载电流仅建立磁场）。
• 带负载时：
  1. 二次绕组接通负载 → 产生输出电流 ( I_2 )；
  2. ( I_2 ) 在铁芯中产生反向磁通，削弱原有磁通；
  3. 一次侧电流 ( I_1 ) 自动增大（遵循 ( I_1 N_1 \approx I_2 N_2 )），以抵消磁通变化，维持能量平衡。

损耗分析

• 铁损（铁芯）：
  • 涡流损耗：交变磁场在铁芯中感应出涡流 → 通过硅钢片叠压减小；
  • 磁滞损耗：铁芯反复磁化消耗能量 → 采用软磁材料降低损耗。
• 铜损（绕组）：电流流过线圈电阻产生的热损耗（( I^2 R )）。

总结流程

graph LR
A[一次侧输入交流电] --> B[一次电流 I₁ 产生交变磁通 Φ]
B --> C[磁通 Φ 贯穿铁芯耦合二次绕组]
C --> D[二次侧感应电动势 E₂]
D --> E{负载状态}
E -- 空载 --> F[二次电压 U₂ = E₂]
E -- 带负载 --> G[二次电流 I₂ 输出能量]
G --> H[一次电流 I₁ 自动增大以补偿磁通]
H --> I[能量从一次侧传递至二次侧]

关键点

1. 必须输入交流电：直流电无法产生变化的磁通 → 无法感应电压。
2. 磁路必须闭合：铁芯提供低磁阻路径，增强耦合效率（空气磁导率低，不适用）。
3. 无电气直接连接：能量通过磁场传递，一、二次绕组电路隔离（安全性优势）。

变压器通过磁场的“中介作用”，实现了高效、隔离的电能转换，成为现代电力系统和电子设备的核心元件。