一、變壓器鐵心的作用
實際的變壓器總是在交流電（AC）條件下運作。功率損耗不僅發生在繞組的電阻中，而且由於交流磁化而發生在鐵芯中。磁芯內的功率損耗通常稱為「鐵損」（或磁芯損耗），它是由兩個主要因素引起的：「磁滯損耗」和「渦流損耗」。磁滯損耗是磁化過程中因磁滯現象而耗散的能量。這種損耗的大小與材料磁滯迴線所包圍的面積成正比。由於矽鋼具有較窄的磁滯迴線，因此使用它作為磁芯材料可顯著降低磁滯損耗並大大減少熱量的產生。
既然矽鋼有這些優點，為什麼鐵芯不是用整塊矽鋼製成，而是加工成薄片呢？這是因為疊片鐵芯減少了另一種鐵損——渦流損耗。在運作期間，繞組中的交變電流產生交變磁通量。這種變化的磁通量在鐵芯內感應出電流。這些感應電流在垂直於磁通量方向的平面中循環，因此稱為渦流。渦流損耗也會導致磁芯發熱。為了最大限度地減少這種損耗，變壓器鐵芯是透過堆疊彼此絕緣的矽鋼片來構造的。這迫使渦流流經具有較小橫截面積的狹窄環路，從而增加了渦流路徑的電阻。此外，鋼中的矽增加了材料的電阻率，這進一步有助於減少渦流。變壓器鐵芯一般選用0.35毫米厚的冷軋矽鋼片。它們根據所需的芯尺寸被切成矩形條，然後堆疊形成“八字形”或矩形框架形狀。理論上，矽鋼片越薄、帶材越窄，減少渦流的效果越好。這不僅減少了渦流損耗，降低了溫升，而且還節省了材料。然而，在實際製造中，這些有利因素並不是唯一的考慮因素。使板材太薄和太窄會顯著增加勞動時間並減少芯的有效橫截面積。因此，在製作矽鋼鐵心時，必須根據具體情況權衡利弊，選擇最佳尺寸。
變壓器是根據電磁感應原理製造的。兩個繞組纏繞在閉合磁芯柱上：初級繞組和次級繞組。當交流電壓施加到初級繞組時，交流電流流過初級繞組，從而建立磁動勢（MMF）。在此磁動勢的影響下，鐵芯中產生交變主磁通。此主磁通量穿過並連結初級繞組和次級繞組。由於電磁感應，兩個繞組中都會產生電動勢 (EMF)。它之所以能夠升壓或降壓，是用楞次定律來解釋的：感應電流產生的磁通量總是與原始磁通量的變化相反。當原始磁通量增加時，感應電流產生的磁通量與之相反。換句話說，次級繞組中的感應磁通量與初級繞組產生的主磁通量相反，導致次級繞組兩端的交流電壓較低。因此，鐵芯充當變壓器的磁路，而繞組則構成其電路。
2.變壓器鐵心結構分類
殼型和芯型磁芯
鐵芯中纏繞有繞組的部分稱為“鐵芯柱”，而沒有繞組但僅充當磁路的部分稱為“磁軛”。當鐵芯圍繞著繞組時，鐵芯被稱為“殼型”；當繞組圍繞鐵芯柱時，鐵芯被稱為“鐵芯型”。殼式和芯式配置各有其獨特的特點，但它們所規定的製造流程卻顯著不同。一旦選擇了特定的結構，就很難切換到另一種結構。在中國，大多數變壓器鐵芯採用疊鐵芯式設計。
矽鋼片用於低頻變壓器，有多種類型。依製造流程可分為：
A：退火（黑板）
N：非退火（白板）
依形狀可分為：EI型、UI型、C型、方（口）型。
方形矽鋼片常用於高功率變壓器。它們具有出色的絕緣性能、易於散熱和短磁路。主要用於額定功率500-1000W以上的變壓器及高功率變壓器。由兩片C型片組成的一組矽鋼片稱為CD型鐵芯。對於使用CD型板材製成的電力變壓器，在相同截面積下，視窗越高，變壓器的功率容量越大。由於線圈可以分別安裝在磁芯的兩側，因此線圈匝數可以分佈在兩個骨架上，從而縮短每個骨架的平均匝長並減少銅損。此外，如果兩個對稱的線圈纏繞在單獨的線軸上，則可以實現完美的對稱。
由四片C型片組成的一組矽鋼片稱為ED型鐵芯。採用 ED 型磁芯製成的變壓器具有扁平、寬的輪廓。在相同功率等級下，ED型變壓器比CD型變壓器更短、更寬。由於線圈安裝在矽鋼片的中心並具有外部磁路，因此它們具有低漏磁通和對周圍組件的最小幹擾。然而，所有線圈都纏繞在單一厚線軸上，導致平均匝長更長和銅損更高。
C 型磁芯具有卓越的性能，使變壓器結構緊湊、重量輕且高效。從組裝角度來看，C型磁芯所需零件少，通用性強，生產效率高。但C型矽鋼片加工流程複雜，需專用設備，目前成本較高。
E型矽鋼片，也稱為殼型或八字形矽鋼片，其主要優點是初級和次級繞組共用一個骨架，從而產生高窗口空間係數（空間係數Km：銅線的淨橫截面積與窗口面積的比率）。矽鋼片在繞組周圍形成保護殼，防止機械損壞。它們還提供較大的散熱面積並最大限度地減少磁場分散。然而，它們在初級和次級繞組之間表現出更高的漏感，並且更容易受到外部磁幹擾。此外，由於繞組的平均週長較長，E 型變壓器在相同的匝數和鐵芯橫截面積下需要更多的銅線。
矽鋼片的常見厚度為0.35毫米和0.5毫米。矽鋼片的組裝方法有兩種：交錯式和對接式。交錯方法將紙張的開口端交替放置在相對的兩側。這種方法較繁瑣，但氣隙較小，磁阻較低，有利於增加磁通量；因此在電力變壓器中廣泛應用。對接堆疊方法通常用於直流 (DC) 應用。為了防止直流電流造成飽和，矽鋼片之間必須留有氣隙。在這種方法中，E-片和I-片被放置在相對的兩側，並且它們之間的氣隙可以使用紙墊片來調節。
3. 線圈鐵芯類型
分為三種：
A.環形鐵心：由O型疊片堆疊或矽鋼片纏繞而成。在這種類型的鐵芯上纏繞導線非常困難。
B. ROD CORE：棒狀鐵心。
C. 鼓芯：鼓形鐵芯。
4.變壓器鐵芯材料的分類
1.高頻類別：鐵氧體磁芯
鐵氧體磁芯用於高頻變壓器。它們是具有尖晶石晶體結構的陶瓷磁體，由氧化鐵和其他二價金屬化合物組成，例如 kFe2O4（其中 k 代表其他金屬）。目前常用的金屬包括錳（Mn）、鋅（Zn）、鎳（Ni）、鎂（Mg）和銅（Cu）。常見的組合包括錳鋅 (MnZn) 系列、鎳鋅 (NiZn) 系列和鎂鋅 (MgZn) 系列。這些材料具有高磁導率和阻抗特性，工作頻率範圍從 1 kHz 到 200 kHz 以上。
鐵氧體磁芯頻率範圍：18 kHz 至 1 MHz 以上。
2.低頻類別：矽鋼片及非晶合金
矽鋼芯頻率範圍：5Hz至1kHz。
使用矽鋼的變壓器通常在 50 Hz 下運作。然而，就效率而言，稍高的頻率可能會產生更好的結果，這取決於矽鋼片的高斯等級。雖然音頻頻率可以達到 20 kHz 以上，但這並不實用。儘管它們可以在 50-200 Hz 的頻率範圍內正常工作，但建議在 50-60 Hz 下運行。
非晶磁芯頻率範圍：2 kHz 至 13 kHz。
