变压器是一种静止设备，通过电磁感应在电路之间传递电能。其主要功能是升高或降低电压，同时使电流发生相应变化；此外，变压器还可用于电气隔离和阻抗匹配。变压器通常由相互耦合的导线绕组和磁芯组成，是电网及许多电子系统的基础部件。(siemens-energy.com)
工作原理
变压器的输入绕组称为一次绕组，输出绕组称为二次绕组。施加在一次绕组上的交变电压会建立变化的磁场，由此产生的磁通量与两个绕组交链，并在二次绕组中感应出电动势。接入负载后，便有电流流过。因此，普通变压器使用交流电工作，而不能依靠恒定的电输入持续工作。(energy.gov)
根据法拉第电磁感应定律，绕组中的感应电压取决于绕组匝数和磁通量的变化率：
[ e=-N\frac{d\Phi}{dt}, ]
其中，(N) 为匝数，(\Phi) 为穿过每一匝的磁通量。负号表示感应电动势的作用方向与磁通量的变化相对抗。在理想变压器中，两个绕组与同一磁通交链，因此有
[ \frac{V_s}{V_p}=\frac{N_s}{N_p}. ]
下标 (p) 和 (s) 分别表示一次侧和二次侧的量。这一电压比关系既适用于瞬时值，也适用于均方根值。(openstax.org)
升压变压器的二次绕组匝数多于一次绕组；降压变压器则相反。对于向电阻性负载供电的理想变压器，输入功率与输出功率相等：
[ V_pI_p=V_sI_s,\qquad \frac{I_s}{I_p}=\frac{N_p}{N_s}. ]
因此，电压升高时，电流会按相应比例减小；变压器并不产生能量。实际输出的电流取决于所接负载，而不只是匝数比。(openstax.org)
恒定的直流电不会使磁通量持续变化，因此无法使变压器持续输出。不过，电子变换器可以通过开关切换直流电源，产生随时间变化的波形，从而让变压器使用直流电源工作。(openstax.org)
结构与材料
变压器的基本结构是在同一个磁芯上绕制绝缘绕组。磁芯为连接两个绕组的磁通提供通路，而绕组的绝缘则防止不应发生的电接触。紧密的磁耦合十分重要：只与一个绕组交链、而不与两个绕组共同交链的磁通称为漏磁通。(energy.gov)
磁芯的设计取决于工作频率和用途。早在19世纪，商用变压器就已采用叠片式铁芯结构。高频电子变压器通常使用铁氧体磁芯，制造商提供的不同材料具有不同的磁性能和损耗特性。(nationalmaglab.org)
电力变压器和配电变压器有液浸式和干式两种形式。液浸式设计可使用矿物油、天然酯或合成酯绝缘液。干式设计包括敞开绕组式和真空浇注树脂式。这些选择会影响绝缘、冷却和安装的安排。(hitachienergy.com)
损耗与实际性能
实际变压器的绕组和磁芯会耗散能量，因此其性能与理想模型存在差异。绕组电阻会产生热，而涡流和磁滞则会造成磁芯损耗。涡流是在导电磁芯材料内部感应产生的电流；磁滞损耗则伴随磁化状态的反复变化而产生。(openstax.org)
损耗通常分为空载损耗和负载损耗：前者发生在变压器已通电但未向负载供电时，后者与供给电流有关。空载损耗主要产生于磁芯。因此，效率不仅取决于结构，也取决于负载大小：在轻载时，固定的磁芯损耗占有效输出的比例更大。磁芯和绕组的尺寸以及材料选择，会影响制造成本与运行损耗之间的权衡。(energy.gov)
变压器还可以改变电源所见的电阻抗。在理想模型中，二次侧负载阻抗 (Z_s) 折算到一次侧后为
[ Z_{\mathrm{in}}=\left(\frac{N_p}{N_s}\right)^2Z_s. ]
利用这一关系，可以在适宜电压和电流不同的电路之间实现阻抗匹配。(energy.gov)
类型与应用
在电力系统中，变压器将发电机的输出电压升高以便输电，再将电压降低以便配电和用电。在输送功率一定的情况下，电压越高，所需电流就越小。由于线路电阻损耗与电流的平方成正比，提高电压可以减少输电导线中耗散的能量。因此，变压器能够将同一电力网络中工作电压不同的设备连接起来。(openstax.org)
大型电力变压器可能配有分接开关，通过选择不同的绕组连接位置来调整有效匝数比。有载分接开关允许在运行过程中调节电压，有助于在工况变化时维持适宜的电网电压。(siemens-energy.com)
电子领域的应用包括开关电源、电流检测装置和信号电路中的变压器。脉冲变压器用于通信电路和半导体栅极驱动电路，其技术参数包括匝数比、电感、电阻、电容和隔离试验电压。这类器件的工作频率可能远高于公用电力系统的频率。(tdk.com)
历史发展
1831年8月29日，迈克尔·法拉第演示了绕在铁环上的线圈之间的感应现象。将电池接到一个线圈上时，另一个线圈中会产生瞬态电流，由此确立了变压器工作的基本原理。(aps.org)
数十年后，变压器开始走向商业应用。吕西安·戈拉尔和约翰·迪克森·吉布斯演示了早期的变压器系统，随后威廉·斯坦利为乔治·威斯汀豪斯开发了改进设计。1886年3月20日，斯坦利在马萨诸塞州的大巴灵顿演示了一套采用并联连接的交流照明系统。他的变压器使用由E形铁片组装而成的铁芯，这次演示推动了美国以变压器为基础的实用配电系统的建立。(nationalmaglab.org)