原标题：变形金刚：如何将大电压转换为小电压（反之亦然）？

　　他强大的电力线纵横交错 我们的乡村或城市街道下看不见的摆动携带 电力 在极高的电压下 权力 植物 到我们的家。电源线被额定值并不罕见 在 300，000 到 750，000 伏特下，有些线路在更高的电压下工作。 [1] 但是我们家中的电器使用的电压要小数千倍，通常只有110到250伏。如果 您试图为 A 供电 多士炉 或 电视 从电塔设置，它会 瞬间爆炸!(甚至不要考虑尝试，因为 架空线路中的电力几乎肯定会杀死你。所以必须有 是将发电厂的高压电力减少到某种方式 工厂、办公室和家庭使用的低压电力。 这样做的设备，用电磁嗡嗡作响 能量，被称为 变压器. 让我们仔细看看它是如何工作的!

　　照片：过去的爆炸：田纳西州查塔努加附近的奇克莫加大坝上的奇形怪状的变压器。

　　我们为什么要使用高压?

　　你的第一个问题可能是：如果我们的家和办公室是 用 复印机, 计算机, 洗衣机和电动剃须刀 额定电压为 110-250 伏，为什么发电站不简单地传输 那个电压下的电?他们为什么使用这么高的电压?自 解释一下，我们需要了解一下电力是如何传播的。

　　如 电力 顺着金属流下 电线， 电子 携带其能量 在金属结构中摇晃，砰砰地砸来砰砰砰 一般浪费 能源 喜欢不守规矩 学童在走廊上奔跑。这就是为什么电线在以下情况下会变热的原因 电流流过它们(这在 电动烤面包机 和其他 使用的设备 加热元件).事实证明， 您使用的电压电越高，电流越低， 以这种方式浪费的能源越少。所以来的电 从发电厂以极高的电压沿着电线向下发送到 节约能源。

　　照片：下来：这个旧的变电站(降压式电力变压器)为我居住的英国小村庄供电。它高约1.5米(5英尺)，其工作是将几千伏的输入电力转换为我们在家中使用的数百伏特。

　　但还有另一个原因。工业厂房拥有庞大的工厂 比任何机器都大得多，更耗能 有在家。电器使用的能源直接相关(成比例) 到它使用的电压。因此，耗电的机器可能会使用 110-250 伏的电压，而不是在 110-250 伏特上运行 10，000–30，000 伏。小型工厂和机械车间可能需要 400伏左右的电源。换句话说，不同的电力 用户需要不同的电压。运输高压是有意义的 来自电站的电力，然后 变换 它到 当它到达各个目的地时电压较低。(即便如此，集中式电站 效率仍然很低。大约三分之二的能量到达发电厂， 以原燃料的形式，浪费在工厂本身和回家的路上。

　　照片：第二次世界大战期间在西屋工厂制造大型电力变压器。

　　变压器如何工作?

　　变压器基于一个非常简单的电事实：当 波动的电流流过导线，它产生 磁 田 (一种不可见的模式 磁性) 或“磁通量”全部 在它周围。磁性的强度(具有相当 的技术名称 磁通密度) 是 直接相关 电流的大小。所以电流越大， 更强的磁场。现在还有另一个有趣的事实 电也是。当磁场在一块周围波动时 电线，它在电线中产生电流。因此，如果我们放一个 第二线圈紧挨着第一线圈，并发送波动 电流进入第一个线圈，我们将产生一个电 第二根导线中的电流。 第一线圈中的电流通常是 称为 初级电流 和电流 在第二根电线中 是(惊喜，惊喜) 二次电流. 我们做了什么 这是从一个线圈通过空白空间的电流 电线到另一个。这称为 电磁 感应 因为电流在第一线圈 在第二个线圈中引起(或“感应”)电流。 我们可以使电能更有效地从一个线圈传递到 另一个通过将它们包裹在柔软的 铁 酒吧(有时称为 核心):

　　要制作线圈，我们只需将电线卷曲成环或 ("转弯“物理学家喜欢这样称呼他们)。如果 第二线圈 与第一个线圈的匝数相同，电流在 第二个线圈的尺寸几乎与第一个线圈中的线圈相同 线圈。但是(这是聪明的部分)如果我们转弯或多或少 在第二个线圈中，我们可以使次级电流和电压 大于或小于初级电流和电压。

　　需要注意的一件重要事情是，此技巧仅在 电流以某种方式波动。换句话说，你有 使用一种称为 交替 电流(交流) 带变压器。变压器不工作 直流电 (直流)，其中稳定的电流不断流淌在同一 方向。

　　降压变压器

　　如果第一个线圈的匝数比第二个线圈多，则次级线圈 电压为 较小 比 一次电压：

　　这称为 降压 变压器.如果第二个线圈有一半 与第一个线圈匝数一样多，次级电压将是 初级电压的大小;如果第二个线圈有十分之一 转，它有十分之一的电压。通常：

　　次级电压÷ 初级电压 = 次级÷的匝数 匝数 在小学

　　电流以相反的方式变换 - 尺寸增加 - 在 降压变压器：

　　次级电流÷初级电流 = 匝数 初级÷次级的圈数

　　因此，降压变压器在初级线圈中有 100 个线圈和 10 个线圈 次级线圈会将电压降低 10 倍，但 同时将电流乘以 10 倍。力量在 电流等于电流乘以电压(瓦特 = 伏特 x 安培是记住这一点的一种方式)，因此您可以看到功率 次级线圈理论上与 初级线圈。(实际上，在 初级和次级，因为一些“磁通量”泄漏出来 核心，一些能量会损失，因为核心会变热，依此类推。

　　升压变压器

　　扭转局面，我们可以做出一个 升级 变压器 提高 低电压变高：

　　这一次，我们在次级上有更多的转弯 线圈比初级线圈。这仍然是真的：

　　二次电压 ÷ 一次电压 = 匝数 二级÷ 初级中的圈数

　　和

　　次级电流÷初级电流 = 匝数 初级÷次级的圈数

　　在升压变压器中，我们在次级变压器中使用的匝数多于在次级变压器中使用的匝数。 初级获得较大的次级电压和较小的次级电压 当前。

　　考虑降压和升压变压器，您可以看到这是一个一般规则： 匝数最多的线圈电压最高，而匝数最少的线圈 具有最高的电流。

　　您家中的变压器

　　照片：典型的家用变压器。逆时针的 左上起：A 调制解调器 变压器，iPod中的白色变压器 充电器和手机充电器。

　　正如我们已经看到的，城镇里有很多巨大的变压器 以及来自输入电力线的高压电力的城市 转换为较低电压。但是有很多变压器在 你的家也是。大型电器，如 洗衣机 和 洗 碗 机 使用相对较高的电压 110-240 伏，但笔记本电脑等电子设备 计算机 和充电器 MP3播放器 和 手机 使用相对较小的 电压：笔记本电脑需要大约 15 伏，iPod 充电器需要 12 伏 伏特，手机通常需要不到 6 伏特，当您 充电其 电池.所以像这样的电子电器有小 内置于其中的变压器(通常安装在电源末端 铅)转换 110-240 伏家用电压 供应到他们可以使用的较小电压。如果你曾经想知道为什么 像手机这样的东西有那些又大又胖的电源线，这是因为 它们包含变压器!

　　照片：站在充电器上的电动牙刷。电刷中的电池通过感应充电：没有 直接电接触 在底座中的塑料刷和塑料充电器单元之间。感应充电器是一种特殊的变压器，分为两部分，一块在底座中，另一块在电刷中。一个看不见的磁场将变压器的两个部分连接在一起。

　　感应充电器

　　许多家用变压器(如iPod和 手机)旨在充电 可充电电池. 您可以确切地看到它们的工作原理：电流 从墙上的电源插座进入变压器，得到 转换为较低的电压，并流入电池中的电池 iPod 或手机。但是像这样的东西会发生什么 电动牙刷，它没有 电源引线?它用一种略有不同的类型 变压器，其其中一个线圈位于电刷的底部，并且 另一个在刷子站立的充电器中。你可以找到答案 像这样的变压器如何在我们的文章中工作 感应充电器.

　　变压器实践

　　如果您家里有一些这样的变压器充电器(普通充电器或感应充电器)，您会注意到它们在打开一段时间后会变热。因为所有的变压器都会产生一些废热，所以它们都不是完全有效的：次级线圈产生的电能比我们馈入初级线圈的电能少，废热占了大部分差异。 在小型家用手机充电器上，热损失相当小(小于老式， 白炽灯 灯泡)，通常不需要担心。 但是变压器越大，它承载的电流就越大，产生的热量就越多。对于像我们上面照片中的变电站变压器，它大约和一辆小型汽车一样宽，废热可能非常显着：它会损坏变压器的绝缘，严重缩短其使用寿命，并使其可靠性大大降低(我们不要忘记数百甚至数千人可以依赖单个变压器的电力， 它不仅需要每天可靠运行，而且需要年复一年地可靠运行)。 这就是为什么变压器在运行期间可能出现的温升是其设计中非常重要的因素。典型的“负载”(使用量)，室外(环境)温度的季节性范围， 甚至高度(降低空气密度，从而降低冷却某些东西的效率)都需要考虑在内，以确定室外变压器的运行效率。

　　实际上，大多数大型变压器都有内置的冷却系统，使用空气、液体(油或水)或两者来去除任何废热。通常，变压器的主要部分(铁芯以及初级和次级绕组)浸入带有 热交换器, 泵，并附有散热片。热油从变压器顶部通过热交换器(冷却)泵回底部，准备重复循环。有时油在冷却回路周围移动 对流 单独使用，无需使用单独的泵。一些变压器有电风扇，将空气吹过热交换器的散热片，以更有效地散热。

　　图稿：大型变压器内置冷却系统。在这种情况下，变压器铁芯和线圈(红色)位于一个大油箱(灰色)内。从油箱顶部取出的热油通过一个或多个热交换器循环，这些热交换器使用散热片(绿色)散发废热，然后将油返回到底部的同一油箱。艺术品来自 美国专利4，413，674：变压器冷却结构 由Randall N. Avery等人，西屋电气公司提供，由美国专利商标局提供。

　　什么是固态变压器?

　　通过阅读上述内容，您将了解到变压器可能非常大，非常笨拙，有时效率非常低。 自20世纪中叶以来，过去由大型(有时是机械)执行的各种整齐的电动技巧 组件是使用所谓的“固态”技术以电子方式完成的。 因此，例如，开关和放大 继 电器 已交换 为 晶体管, 而磁性 硬盘 越来越多地被取代 闪存 (在固态驱动器、SSD 和 USB 记忆棒等中)。

　　在过去的几十年里，电子工程师一直致力于开发所谓的固态变压器(SST)。 这些本质上是紧凑、高功率、高频的半导体电路，可以增加或降低电压，具有更好的可靠性和 效率高于传统变压器;它们也更容易控制，所以更多 响应供需变化。“智能电网”(未来的输电系统，由间歇性来源提供 可再生能源，如风力涡轮机和太阳能发电场)， 因此，将成为一个主要应用。尽管兴趣巨大，SST 到目前为止，技术仍然很少使用，但它很可能是 未来变压器设计中最令人兴奋的领域。