升压与降压变压器详解：电压、电流与功率分配

前文仿真中初、次级电感相等，导致两侧电压电流大致相等。当电感不同时，变压器表现不同。

transformer
v1 1 0 ac 10 sin
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 ac 0
rload 4 5 1k
.ac lin 1 60 60
.print ac v(2,0) i(v1)
.print ac v(3,5) i(vi1)
.end

freq v(2) i(v1)
6.000E+01 1.000E+01 9.975E-05 Primary winding
freq v(3,5) i(vi1)
6.000E+01 9.962E-01 9.962E-04 Secondary winding

注意次级电压比初级电压低约十倍（0.9962 V 对 10 V），而次级电流约高十倍（0.9962 mA 对 0.09975 mA）。

这是经典的降压变压器：电压降低十倍，电流增加十倍。

10:1 匝数比产生 10:1 初次级电压比和 1:10 电流比。

什么是升压与降压变压器？

变压器是现代电力系统不可或缺的。通过升高电压、降低电流，它们实现高效远距离输电，最小化线路损耗，使高压、小电流电力能跨越广阔网络。

在发电厂和用户端，专用变压器将电压降至更安全、更经济的水平。

将电压从初级升至次级（次级匝数多于初级）的称为升压变压器；相反、降低电压的称为降压变压器。

变压器横截面：初级（多匝）与次级（少匝）绕组。

在降压装置中，次级承载较大电流，故用较粗导线；初级可用较细导线。

变压器运行的可逆性

原则上变压器可反向运行——向次级施加交流、从初级取电。这可将升压变为降压，反之亦然，前提是绕组电压电流保持在原设计范围内，避免效率低下或损坏。

变压器结构标识

行业惯例常标记绕组以避免混淆。高压绕组标“H”（H1, H2…），低压绕组标“X”（X1, X2…）。这些规范帮助技术人员识别初次级引线，尤其在复杂安装中。

升降压变压器的实际意义

变压器仅重新分配现有功率，不创造功率。电压电流乘积（功率）保持恒定——扣除铁芯和铜损的几个百分点——遵循能量守恒定律。

高效变压器出现前，电动机-发电机组执行电压转换。虽高效，但涉及两级转换，总效率约 90% 或更低，且引入机械磨损。

相比之下，变压器无运动部件，效率高（常 >98%），是可靠、经济配电的关键。

但变压器不能改变交流频率或在交直流间转换。此类任务需电动机-发电机组或功率电子。

电动机-发电机组还提供动能存储：若主电源中断，旋转质量可短暂驱动发电机，平滑瞬态故障。

升降压变压器运行分析

SPICE 结果表明绕组电感比决定电压电流比。例中初级电感（l1）10,000 H 对次级 100 H，电感比 100:1。

因电感与匝数平方成正比（L ∝ N²），100:1 电感比对应 10:1 匝比。因此电压比和电流比也为 10:1。

电感 ∝ N²。

因此变压器变比即初次级匝数比。

降压变压器：初级多匝，次级少匝。

如齿轮系交换速度与扭矩，变压器匝比交换电压与电流（或反之）。

齿轮类比：减小扭矩同时增加速度。

大型配电变压器可大如房屋。下图显示一台约十二英尺高的变电站变压器。

变电站变压器。

回顾

• 变压器按初次级匝数比改变电压。
• 升压变压器升高电压；降压变压器降低电压。
• 变换比等于初次级电感比的平方根。

参见 升压、降压与隔离变压器工作表 练习题。