变压器在电力系统、电子设备和工业应用中都有着至关重要的作用。变压器能够利用电磁感应原理,在不直接接触的情况下,将电能从一个电路传输到另一个电路,并实现电压的升高或降低,为不同电压等级的设备提供合适的电源;变压器的铁芯和绕组结构还可以提供电气隔离,将一次侧和二次侧的电路隔开,有助于保护设备和人员免受电击危险,并防止电源干扰和噪声传递。但美中不足的是,变压器只能使交流电变压而不能使直流电变压。要想搞明白为什么变压器不能使直流电变压,首先要搞明白变压器的工作原理。

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变压器是根据电磁感应原理工作的。以单相变压器为例,如上图所示,变压器铁芯由高导磁材料制成,如硅钢片。铁芯提供了一个低磁阻的路径,使得磁场能够有效地在铁芯中传播。在闭合的铁芯上绕有两个互相绝缘的绕组,接入电源的一侧叫一次绕组,输出电能的一侧叫二次绕组。当交流电源电压U1加到一次侧绕组后,就有交流电流I1流过该绕组,在铁芯中产生交变磁通Φ。这个交变磁通不仅穿过一次侧绕组,同时也穿过二次侧绕组,两个绕组中分别产生感应电动势E1和E2,二次侧绕组与外电路的负载接通时,有电流I2流过负载,即二次侧绕组有电能输出。变压器一、二次侧感应电动势之比等于一、二次侧绕组匝数之比,由于变压器一、二次侧的漏电抗和电阻都比较小,可以忽略不计。变压器一、二次侧绕组匝数不同,导致一、二次侧绕组的电压高低不等,匝数多的一侧电压高,匝数少的一侧电压低,这就是变压器改变电压的基本原理。

其次要知道直流电流的方向是恒定的,不随时间而变化,而且多为大小和方向均不随时间变化的恒流电,只有很少大小随时间变化而方向不变的脉动直流电。

由上述可知,变压器能够改变电压的条件是在一次绕组施以交流电势,产生交变磁通,交变磁通在二次绕组中产生感应电势,感应电势的大小与磁通的变化率成正比。交流电是交替变化的,当一次绕组通入交流电时,铁芯内产生的磁通也随之变化,于是二次绕组匝数大于一次时,就能升高电压;反之,二次绕组匝数小于一次时就能降低电压。而直流电不具备交变的特性,电流方向不随时间变化,所以直流电通入一次绕组,其铁芯内无法产生交变的磁通,也就不能在二次绕组内感应出电势,所以变压器不能使直流电变压。

如果需要改变直流电的电压,通常需要使用其它类型的电子元件或电路,例如直流-直流变换器(DC-DC converter)。DC-DC变换器可以通过不同的电路拓扑结构和控制方式,实现将直流电从一个电压级别转换到另一个电压级别的功能。