变压器被定义为一种静态电机，即没有移动元件，由一个漆包铜线绕组组成，以交流电压供电（初级），由一个漆包铜线绕组在其上获取电压（次级），以及一个由重叠叠片和良好磁通导体组成的铁磁材料铁芯（铁芯），如图 1 所示。变压器的工作原理基于两个或多个相互耦合的电路之间的电磁感应。
其主要功能是通过改变输出电压和电流值将电能转换为交流电。其操作是可逆的，这意味着当将初级与次级反转时，其工作效果也一样好，因此其操作方式也发生了变化。如果将正弦交流电压施加到初级，则通过磁感应在铁芯中产生正弦磁通量。变压器不能使用直流电源，只能使用交流电。本质上，这种机器将电能转换为磁能，然后再转换为电能。因此，能量损失会很小。
输出电压与初级线圈和次级线圈的匝数比成正比，这是需要考虑的重要的设备规则之一。当然，在这种转换过程中，可能会发生少量的功率损耗。在理想的变压器中，初级和次级线圈的电阻为零，磁通量完全连接到两个线圈而没有分散。此外，没有由于磁滞引起的损耗，铁和寄生电容中的损耗也为零。
变压器的设计
作为静态电机，变压器实现了初级和次级之间电压和电流比的转换，试图保持功率不变。但实际上，功率部分被变压器本身耗散，作为铁芯和绕组中的损耗。如果初级和次级的匝数相同，则有隔离变压器，它将初级和次级电隔离开来，并保持电压和电流不变。初级和次级之间没有直接的电连接。
当变压器由交流电（即正弦电）供电时，磁芯中会产生磁通量，从而在绕组上产生电压。如果次级保持开路，则可以在其两端读取电压，但没有电流流通，变压器“无负载”工作。但是，如果次级连接有负载（例如电阻器），电流会在次级中流通，需要来自初级的额外功率。如果变压器在满载下工作，它将充分利用其设计功率。
一个非常有用的参数是电压下降率，它表示无负载时次级工作电压与有负载时次级工作电压的差异。计算如下：
在变压器中，可以识别出两个基本部件，即磁芯（可以由铁、铁氧体或其他材料制成）和绕组（通常由漆包铜、铝或银制成）。变压器的设计有很多方法，有些方法比其他方法更复杂，而且还需要使用许多数学方程。但是，也有许多应用程序和软件可以帮助设计人员构建变压器。
变压器的设计和定型需要对相关电气和物理复杂性有深入的了解，也需要在这方面有丰富的经验。要制造变压器，必须从计算一些关键数据开始。如上所述，有几种公式和方法可以确定设备的构造参数。然而，公式越多越复杂，终结果就越、越可靠。作为示例，我们将根据图 2 所示的图表设计具有以下铭牌数据的变压器：
初级绕组电源电压：230V（V1）
满载时次级绕组上读取的电压：48 V (V2)
次级功率：600 VA伏安（P2）
变压器工作频率：50Hz（f）
变压器所需磁感应强度：1 Wb/m 2 (B)
磁感应有专门的表格，但常见的值如下所示：
标准硅钢：1.10 Wb/m 2
中品质硅钢：1.15 Wb/m 2
优质硅钢：1.20 Wb/m 2
定向颗粒：1.25 Wb/m 2
图 2：单相变压器的尺寸
使用众多可用公式之一，可以粗略计算出要使用的金属板的总表面积：
电力电子课程：第 17 部分 — 变压器的设计
一旦获得了金属板面积的测量值，就可以查找图 3 所示表格中接近所进行的计算的行。根据找到的数据，可以读取与层压有关的所有其他尺寸。
图 3：标准单相 EI 型叠片表（来源：Giunchi Fabrizio）
单相用 EI 标准型铁心的所有尺寸均基于所有其他尺寸按照以下基本公式计算：
图 3：标准单相 EI 型层压板表（来源：Giunchi Fabrizio）。
根据上述公式和表中的数据，现在可以计算所有其他尺寸，为方便起见，如下所示：
面积（厘米2）：270
尺寸(毫米): 150
宽度（毫米）：180
厚度（毫米）：60
直径（毫米）：30
外径（毫米）：90
口径（毫米）：30
宽（毫米）：30
类型: EI180
此时，可以根据以下公式，使用尺寸系数 Kd 和二次功率轻松计算出铁磁芯的截面：
电力电子课程：第 17 部分 — 变压器的设计
如果使用壳板，则尺寸系数 Kd 可在 1 至 1.6 之间选择，如果使用双柱板，则可在 0.7 至 1.2 之间选择。此参数允许我们使用更多铜（Kd 值低）或更多铁（Kd 值高）。Kd 系数低时，可获得尺寸小、匝数多的变压器，而 Kd 系数高时，可获得尺寸大、匝数少的变压器。现在，根据铁磁芯的截面和金属板的“C”尺寸，可以根据以下公式计算出板组的厚度，同时考虑填充系数 Ks：
封装系数 Ks 可取 1.05 至 1.15 之间的值，具体取决于金属片的绝缘类型、厚度以及在卷轴中进行相关组装的谨慎程度，后者根据计算出的各个元件的尺寸进行选择。一个好的值是 Ks=1.11。已知单层片的厚度 sl=0.5mm 和层状封装的厚度 Sp，就可以通过以下公式轻松计算出层片的数量：
初级和次级匝数的计算考虑了“每匝电压”参数。计算公式如下：
初级绕组的匝数也可以通过以下公式轻松计算出来：
在次级处，总是会发生电压下降（百分比），具体取决于变压器的功率：
次级空载电压，即不接任何负载时的电压，按下式计算：
现在，考虑到刚刚计算出的空载次级电压，计算次级绕组的匝数非常简单，使用以下公式：
，通过以相当简单的方法计算电流的参数，就可以确定要使用的电线的直径。
结论
即使是的变压器也可能干扰附近的设备，因为总会有一小部分感应能量离开设备。因此，在将变压器放置在电子设备内时，必须始终格外小心，因为可变磁场可能会通过引入不必要的噪声来干扰附近的电路。变压器是效率的电机之一；由于它没有运动部件，的损耗位于铜和铁中。
对于电力变压器，必须使用更的公式，同时还要考虑其他参数。变压器的设计和构造是一门真正的艺术，但必须伴随着许多计算和数学公式。然而，网上的众多工具和软件可以极大地促进磁性设备的制造，限度地减少错误，同时限度地提高计算的准确性。
