低频变压器是什么？主要应用在哪些范围？

低频变压器用来传播信号电压和信号功率，还可实现电路之间的阻抗匹配，对直流电具有隔离作用。高频变压器与低频变压器原理上没区别。

低频变压器，顾名思义，是一种设计用于工作在其频率范围内的交流电信号中的变压器。这里的“低频”是相对于开关电源中常用的高频变压器（工作在数十kHz到MHz范围）而言的。

核心特点和工作原理

工作频率范围： 主要针对工频及其附近较低的频率，最典型的是50Hz（中国、欧洲等）和60Hz（北美、日本等），也可能用于400Hz或稍高的音频频率（几十到几百Hz）。
电磁感应原理： 基于法拉第电磁感应定律工作。变化的电流（交流电）通过初级线圈（绕组）产生变化的磁场，该磁场又在铁芯（通常是硅钢片）中传导，并切割次级线圈（绕组），从而在次级线圈中感应出电动势（电压）。
结构材料：
- 磁芯： 通常是高导磁率的硅钢片（电工钢）叠压而成。这是为了抑制涡流损耗（铁损的主要来源之一）。硅钢片表面通常带有绝缘层。
- 绕组： 使用绝缘铜导线或铜箔在骨架上分层绕制而成，用于进行初级和次级的电磁转换。绕组损耗称为铜损。
- 绝缘材料： 绕组层间、绕组与铁芯间、绕组与外壳间都使用绝缘材料（如绝缘纸、聚酯薄膜、漆、树脂等）以保证电气安全和可靠工作。
- 外壳： 通常提供机械保护、电磁屏蔽和环境防护（防潮、防尘）。常见材料有金属壳、工程塑料等。
核心功能：
- 电压变换： 这是最基本的功能。通过改变初级和次级绕组的匝数比，实现升压或降压。例如，将发电厂的高压电（如10kV、35kV）降为居民用电的220V/380V。
- 电流变换： 根据能量守恒定律（忽略损耗），变压器也间接地变换了电流（电压升高则电流减小，反之亦然）。
- 阻抗变换： 改变不同电路之间的阻抗，以实现最大功率传输（尤其在音频领域重要）。
- 电气隔离： 初级电路和次级电路之间通过磁场耦合，没有直接的电气连接，这提供了安全保障（防止触电），也隔离了地电位（避免不同设备地线间形成干扰环路）。

主要应用范围

低频变压器的应用极其广泛，主要集中在需要高功率、高可靠性、强电气隔离的场合，或者对尺寸重量不特别敏感的地方：

电力系统（发电、输电、配电）：
- 发电厂： 升压变压器将发电机发出的较低电压（如10-20kV）升高到超高压或特高压（如220kV、500kV、750kV、1000kV）进行远距离传输，减少线路损耗。
- 变电站： 降压变压器将高压电逐步降低到适合配电的电压等级（如10kV、35kV）。
- 配电系统： 配电网变压器（如柱上变压器、箱式变压器）将中压（如10kV）最终降为用户可直接使用的低压（如220V/380V）。
- 测量和保护： 电压互感器和电流互感器是特殊类型的变压器，用于高电压大电流系统的测量、计量和继电保护，为仪表和继保装置提供安全的电气隔离和标准化的信号。
工业和楼宇电气：
- 电机驱动： 为大型工业电机（如水泵、风机、压缩机）提供合适的电源电压。
- 电源隔离和控制： 为工业控制系统（PLC、变频器、工控机等）、照明系统提供隔离电源。
- 电焊： 大电流的电焊变压器。
- 楼宇自控和电梯： 提供安全隔离的电源。
- 整流电源前级： 在需要直流大功率输出的场合（如电解、电镀），先将交流市电降压或升压后再进行整流滤波。
家用电器和消费电子产品（尤其是传统型和高功率电器）：
- 微波炉： 高压变压器为磁控管提供数千伏的高压。
- 空调器： 为压缩机和控制电路供电。
- 音响设备（尤其是电子管放大器）： 电源变压器提供不同的工作电压（B+高压、灯丝电压等），输出变压器用于阻抗匹配和信号隔离。
- 较老式或功率较大的充电器、适配器（已被开关电源大量取代，但在某些场合仍有应用）： 提供安全隔离和电压变换。
- 吸尘器、电烤箱等功率较大的电器： 直接提供驱动或控制电压。
医疗设备：
- 医疗安全至关重要： 对电源变压器有极其严格的要求（医用隔离变压器），提供强大的电气隔离和泄漏电流限制（例如符合IEC 60601标准），确保医护人员和病人安全，防止微电击。
- X光机、CT、核磁共振等设备： 需要不同电压等级（包括高压）的大功率变压器。
音频领域：
- 电子管（胆机）功放： 如前所述，电源变压器提供高压，输出变压器用于音频信号的阻抗匹配和驱动扬声器（很多现代晶体管放大器已不常用输出变压器）。
- 线路隔离： 用于消除不同音频设备地线间的哼声干扰。
测试设备：
- 交流电源供应器： 为被测设备提供可调电压或隔离电源。
不间断电源和备用电源：
- 在线式UPS： 逆变器输出（通常是模拟正弦波）需要通过工频变压器进行电压变换和最终输出隔离。
- 逆变器（传统工频设计）： 将直流电（如电池）逆变成交流电时，通过工频变压器升压和滤波。

总结

低频变压器是电力传输、分配和安全用电的基石。它在需要可靠、大功率、强电气隔离以及对电磁干扰不太敏感的应用中扮演着核心角色。虽然在追求小体积、轻量化的现代消费电子领域，高频开关电源已占据了主导地位，但低频变压器凭借其在高压大功率转换、高效率和卓越可靠性方面的独特优势，在电力系统、工业设备、医疗、安全关键应用和音频发烧设备等众多领域依然是不可或缺的关键元器件。