变压器是一种利用电磁感应原理，在交流电路中实现电能传递和电压变换的静止电气设备。它的核心功能是将某一等级的交流电压转换成同频率的另一等级（更高或更低）的交流电压，同时实现输入（原边）和输出（副边）电路之间的电气隔离。

以下是不同类型的变压器及其主要作用：

一、按主要功能和应用场景分类

1. 电力变压器（主变压器）：核心作用在于提升输电效率，避免电力浪费：

   • 升压变压器：安装在发电厂或变电站，将发电机发出的较低电压（如10-35kV）升高到很高的电压（如110kV、220kV、500kV、甚至1000kV及以上）进行远距离传输。高压输电可以大大减少线路上的电流，从而显著降低输电损耗（导线的发热损耗与电流的平方成正比）。
   • 降压变压器：安装在各级变电站（枢纽站、区域站、用户站），将高压输电线上的电压逐级降低（如从500kV降到220kV，再降到110kV、10kV）到适合配电和用户使用的电压等级。

2. 配电变压器：

   • 作用：将输配电系统末端的电压（通常为6kV、10kV、35kV）进一步降低到用户可以直接使用的低电压（如中国大陆地区为400V/230V，北美为120V/240V等），直接为家庭、商业建筑、小型工厂等用户终端供电。
   • 常见类型：柱上变压器（安装在电线杆上）、箱式变压器（欧式变、美式变）、室内配电变压器等。

3. 特种变压器（设计独特，应对特殊需求）：

   • 整流变压器：为大型直流电源（如电解、电镀、直流输电）提供合适的交流电压输入给整流器。
   • 电炉变压器：为电弧炉、电阻炉等提供低压、大电流电源，需要较大的过载能力和能承受频繁短路冲击。
   • 矿用变压器：用于矿井下，具有极强的防爆和防潮性能，保障安全。
   • 牵引变压器：为电气化铁道（高铁、地铁、电车）的接触网提供专用单相或特殊三相电源。
   • 试验变压器：产生极高的电压（远高于系统电压）用于电气设备的绝缘性能测试（耐压试验）。
   • 调压变压器：可以平滑调节输出电压以满足特定负载需求或实验要求，包括自耦调压器和感应调压器。

二、按结构和工作原理分类（也体现特定作用）

1. 隔离变压器：

   • 核心作用：主要提供电气隔离。
   • 应用：
     • 安全防护：将用电设备与电网隔离，防止人员因同时接触火线和接地设备外壳而触电（在潮湿或特殊环境中尤其重要）。
     • 设备保护：隔离电源扰动（如浪涌、谐波、地线环路噪声）对敏感设备的干扰。
     • 匹配需要：满足某些设备需要浮地运行的电气要求。
   • 特点：原边（输入线圈）和副边（输出线圈）在电气上完全断开，绕组匝数比通常为1:1（输入输出电压相同），但关键在于隔离本身，电压变化并非必需。

2. 自耦变压器：

   • 核心作用：实现电压变换（升高或降低）或小范围调压，成本低、效率高（体积小）。
   • 原理与特点：原边线圈和副边线圈共用一部分绕组，在电气上是连通的（非完全隔离），因此其传递的功率只有一部分是通过电磁感应（即传统变压）传递的，另一部分是通过直接电连接传递的。常用于需要小范围电压调整（如实验设备启动补偿）或电压相近的场合。
   • 应用：电压补偿器、电机启动器、小范围调压电源、电力系统中的联络变压器等。注意：不提供原副边之间的电气隔离。

三、电子领域常用的小型变压器

1. 电源适配器/开关电源变压器（核心器件）：

   • 作用：将较高的交流市电（如220V） 变换成设备所需的较低直流电压（如5V, 12V, 24V等）。它结合了降压变压器（有时工作频率很高，所以体积可以做很小）、整流和滤波电路。
   • 特点：现代开关电源中的变压器工作在高频（kHz至MHz），而非电网频率（50/60Hz），因此体积和重量可以显著减小。提供电压变换（通常降压）和电气隔离。

2. 音频变压器：

   • 作用：主要用于阻抗匹配（使前后级设备的输入/输出阻抗达到最佳状态，实现最大功率传输或最小信号失真）、信号耦合（传递音频信号同时隔离直流成分）和平衡/不平衡转换（如将平衡麦克风信号转为非平衡输入）。
   • 应用：麦克风输入、电子管放大器级间耦合、老式音频设备输入/输出。

3. 脉冲变压器：

   • 作用：传递脉冲信号，同时实现信号整形、电压变换和电气隔离。
   • 应用：驱动电力电子开关器件（如MOSFET, IGBT的栅极驱动），触发可控硅，在数字电路间传递高速脉冲信号等。

核心工作原理简述（支撑上述所有作用）

变压器由绕在同一个铁心（磁路）上的至少两个线圈（绕组）组成。当原边绕组接入交流电源时，交流电在其周围产生交变磁场。这个交变磁场穿过铁心，并在副边绕组中感应出交变电动势。根据电磁感应定律（法拉第定律），感应电动势的大小取决于磁通的变化率和绕组的匝数。因此，通过设定原边匝数（N1） 和副边匝数（N2） 的不同比例，就可以在副边得到所需的不同电压，遵循公式：

副边电压 (U2) / 原边电压 (U1) ≈ 副边匝数 (N2) / 原边匝数 (N1)

• N2 > N1 -> 升压变压器 (U2 > U1)
• N2 < N1 -> 降压变压器 (U2 < U1)
• N2 = N1 -> 隔离变压器（电压不变）

总结关键作用

变压器在不同领域扮演着至关重要的角色，其核心作用可归纳为：

1. 电压变换：高效地将交流电从一个电压等级转换到另一个电压等级（升压、降压）。
2. 电气隔离：在原边和副边电路之间建立安全的电气屏障（完全隔离变压器）。
3. 功率传输：实现电能在交流电路中的高效传递。
4. 阻抗匹配：优化前后级设备之间的功率传输效率（尤其在信号处理领域）。
5. 提供特定电源：满足工业设备（如电炉）、交通系统（如铁道）、测试仪器等对特殊电压/电流特性的需求。
6. 信号耦合：传递信号同时隔离直流成分。

无论是点亮家中的电灯、驱动高速行驶的高铁，还是为智能手机充电，背后都离不开变压器这种基础而又强大的电磁转换设备。使用时务必遵守安全规范，尤其是在高压设备附近！