变压器

它是一种利用电磁感应原理改变交流电压的装置。主要部件有初级线圈、次级线圈和铁芯（磁芯）。

简介

变压器的主要功能包括：电压转换；电流变换、阻抗变换；隔离对于电压稳定（磁饱和变压器），变压器常用的铁芯形状包括E型和C型铁芯、XED型、ED型和CD型。

变压器按用途可分为配电变压器、电力变压器、全密封变压器、组合变压器、干式变压器、油浸式变压器、单相变压器、电炉变压器、整流变压器、电抗器、抗干扰变压器、防雷变压器、箱式变压器试验变压器、转角变压器、大电流变压器和励磁变压器。

变压器最基本的形式包括两组用电线缠绕的线圈，这两组线圈以电感的方式称为一起。当交流电流（具有已知频率）流过其中一个线圈时，具有相同频率的交流电压将在另一个线圈中感应，并且感应电压的大小取决于两个线圈之间的耦合程度和磁通量链接。

通常，连接到交流电源的线圈被称为“初级线圈”；该线圈两端的电压称为初级电压。次级线圈中的感应电压可以大于或小于初级电压，初级电压由初级线圈和次级线圈之间的匝数比决定。因此，变压器分为两种类型：升压变压器和降压变压器。

大多数变压器都有固定铁芯，一次线圈和二次线圈缠绕在铁芯上。基于铁材料的高磁导率，大部分磁通量仅限于铁芯。因此，两组线圈可以通过此实现相当程度的磁耦合。在一些变压器中，线圈和铁芯紧密结合，一次电压与二次电压的比值几乎与两个线圈的匝数之比相同。因此，变压器的匝数比通常可以用作变压器升压或降压的参考指标。变压器由于具有升压和降压的功能，已成为现代电力系统的重要附件。提高输电电压使远距离输电更加经济。至于降压变压器，它们使电力应用更加多样化。可以说，没有变压器，现代工业就无法达到现在的发展地位。

电力变压器和电子变压器之间没有明确的界限，除了它们的体积很小。提供50Hz电网的电源通常非常大，其容量可能高达半个大陆。电子设备的功率限制通常受到整流、放大和系统其他组件的能力的限制，其中一些组件属于功率放大类别。然而，与电力系统的发电能力相比，它仍然属于小功率的范围。变压器中通常使用各种电子设备，因为它们提供各种电压电平以确保系统正常运行；为在不同电位下运行的系统部件提供电气隔离；为交流电流提供高阻抗，但为直流电流提供低阻抗；

在不同电位下维持或修改波形和频率响应。阻抗是电子特性之一，它的一个重要概念是预设一个设备，即当电路元件的阻抗系统从一个级别变为另一个级别时，在两者之间使用设备变压器。

变压器也用于测试，称为测试变压器。它们可分为充气式、油浸式、干式等试验变压器。它们是发电厂、供电局和科研单位进行交流耐压试验的基本试验设备。它们通过了国家质量监督局的标准，用于在规定电压下对各种电气产品、电气元件、绝缘材料等进行绝缘强度测试。

类型

变压器的部件包括变压器本体（铁芯、绕组、绝缘、引线）、变压器油和油箱

以及冷却装置、压力调节装置、保护装置（吸湿器、安全气道、气体继电器、储油罐、温度测量装置等）和出口套管。

1.铁芯

铁芯是变压器的主要磁路部件。通常，它的硅含量高，厚度分别为0.35毫米 0.3毫米 0.27毫米，

表面涂有绝缘漆的热轧或冷轧硅钢片堆叠在一起

铁芯分为两部分：铁芯柱和水平板，铁芯柱上覆盖有绕组；水平板用于闭合磁路。

铁芯结构有两种基本形式：芯型和壳型

2.绕组

绕组是变压器的电路部分，用双线绝缘扁线或漆包圆线缠绕。变压器的基本原理是电磁感应原理。以单相双绕组变压器为例，说明了其基本工作原理：当电压U1施加到初级绕组时，电流I1流过，在铁芯中产生交变磁通O1。这些磁通量称为主磁通量。在其作用下，两侧的两个绕组分别感应出电动势E1和E2，感应出的电动势公式为：E=4.44fNæM

式中：E——感应电动势的有效值

F---频率

N--匝数

Øm---主磁通量的最大值

由于次级绕组和初级绕组之间的匝数不同，感应电动势E1和E2也不同。当省略内阻电压降时，电压U1和U2也不同。

当变压器的二次侧空载时，仅流过一次侧主磁通量的电流（I0）称为励磁电流。当在次级侧施加负载以流过负载电流I2时，在铁芯中也产生磁通量，试图改变主磁通量。然而，当初级电压保持恒定时，主磁通量保持不变。一次侧需要流过两部分电流，一部分是励磁电流I0，另一部分用于平衡I2。因此，这部分电流随着I2的变化而变化。当电流乘以匝数时，它就是磁势。

上述平衡效应本质上是磁势平衡效应，变压器通过磁势平衡作用实现一次侧和二次侧的能量传递。

工作原理

变压器是一种转换交流电压、交流电流和阻抗的设备。当初级线圈中有交流电流时，铁芯（或磁芯）中产生交流磁通量，导致次级线圈中感应出电压（或电流）。

变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或多个绕组。连接到电源的绕组称为初级线圈，其余绕组称为次级线圈。

技术参数

不同类型的变压器有相应的技术要求，可以用相应的技术参数来表示。电力变压器的主要技术参数包括：额定功率、额定电压和电压比、额定频率、工作温度水平、温升、电压调节率、绝缘性能和防潮性能。一般低频变压器的主要技术参数有：变比、频率特性、非线性失真、磁屏蔽、静电屏蔽、效率等。

电压比

两组变压器中的线圈数量为N1和N2，其中N1为初级，N2为次级。当AC电压施加到初级线圈时，在次级线圈的两端产生感应电动势。当N2＞N1时，感应电动势高于施加到初级线圈的电压。这种类型的变压器被称为升压变压器。当N2＜N1时，感应电动势低于初级电压，这种类型的变压器被称为降压变压器。初级-次级电压与线圈匝数之间的关系如下：

U1/U2=N1/N2

在公式中，n被称为电压比（匝数比）。当n<1，N1>N2，U1>U2时，该变压器为降压变压器。相反，它是一个升压变压器

还有电流比I1/I2＝N2/N1

电力P1=P2

注：只有当理想变压器只有一个次级线圈时，上述方程才成立。当有两个次级线圈时，P1=P2+P3，U1/N1=U2/N2=U3/N3，电流必须使用电功率之间的关系来计算，当有多个时，以此类推。

变压器的效率

在额定功率下，变压器的输出功率与输入功率的比值称为变压器的效率，即：

η=（P2÷P1）x100%

在公式中，η可以提高变压器的效率；

P1是输入功率，P2是输出功率。

当变压器的输出功率P2等于输入功率P1，效率η等于100%时，变压器不会产生任何损耗。但实际上，这种类型的变压器是不可用的。变压器在传输电能时总是会产生损耗，主要包括铜和铁的损耗。

铜损耗是指由变压器线圈的电阻引起的损耗。当电流通过线圈电阻并产生热量时，一部分电能转化为热能，导致损耗。由于线圈通常用绝缘铜线缠绕，因此称为铜损耗。

变压器的铁损包括两个方面：一是磁滞损耗。当交流电流通过变压器时，穿过变压器硅钢片的磁力线的方向和大小相应地发生变化，导致硅钢片内部的分子相互摩擦，释放热能，从而损失一些电能，这就是磁滞损耗。另一种类型是涡流损耗。当变压器运行时，磁力线穿过铁芯，在垂直于磁力线的平面内产生感应电流。由于这种电流形成一个闭环并以涡流的形式循环，因此被称为涡流。涡流的存在会导致铁芯发热并消耗能量，这种损失被称为涡流损失。

变压器的效率与其功率水平密切相关。通常，功率越高，损耗和输出功率越小，效率越高。相反，功率越小，效率越低。

变压器功率

变压器铁芯的磁通量与施加的电压有关。电流中的励磁电流不会随着负载的增加而增加。虽然增加铁芯上的负载不会饱和，但会增加线圈的电阻损耗。如果线圈产生的热量不能超过额定容量及时消散，线圈就会损坏。如果使用超导材料制成的线圈，增加电流不会引起发热，但变压器内部仍存在由漏磁引起的阻抗。然而，随着电流的增加，输出电压将降低。电流越大，输出电压越低，所以变压器的输出功率不可能是无限的。如果你再说一遍变压器没有阻抗，那么当电流流过变压器时，它会产生特别强的电力，很容易损坏变压器线圈。虽然你有一个无限大的电力变压器，但它不能使用。只能说，随着超导材料和铁芯材料的发展，相同体积或重量的变压器的输出功率会增加，但不会无限增加！

道德原则

图1是变压器原理的简化示意图。当正弦交流电压U1施加到初级线圈的两端时，导线中存在交流电流I1，其产生交流磁通ф1。它沿着铁芯穿过初级线圈和次级线圈，形成一个闭合的磁路。在次级线圈中感应互感电势U2，而ф1也会在初级线圈上感应自感电势E1，其方向与施加的电压U1相反，但幅度相似，从而限制I1的大小。保持磁通ф1的存在需要一定的电能消耗，变压器本身也有一定的损耗。虽然此时次级未连接到负载，但初级线圈中仍有一定的电流，我们称之为“空载电流”。

如果次级连接到负载，次级线圈产生电流I2，电流I2又产生磁通量ф2，ф2的方向与ф有关。相反，它相互抵消，降低了铁芯中的总磁通量，导致初级自感电压E1降低，I1增加，指示初级电流和次级负载之间的密切关系。当二次负载电流增加时，I1增加，ф1也增加，而ф部分1的增加完美地补充了ф提供的信息。磁通量偏移2的部分用于保持铁芯中的总磁通量不变。如果不考虑变压器的损耗，可以认为理想变压器的二次负载消耗的功率是从一次电源获得的电功率。变压器可以根据需要通过改变次级线圈的匝数来改变次级电压，但不能改变负载的允许功耗。

侦查

1、 检测中周期变压器。

2、 电力变压器的检测。

绝缘水平

变压器的绝缘水平不是绝缘强度的概念，而是允许温升的标准。也就是说，绝缘等级是指所用绝缘材料的耐热等级，分为A、E、B、F和H。绝缘的温度等级分为A级、E级、B级、F级和H级。各绝缘等级的具体允许温升标准如下：

最高允许温度（℃）105 120 130 155 180

绕组温升极限（K）60 75 80 100 125

性能参考温度（℃）80 95 100 120 145

变压器的容量等级为：30、50、63、80、100、125.160、200、250、315、400、500、630、800、1000、1250、1600、2000、2500、3150、4000、5000、6300、8000、10000、12500、16000、20000、25000、31500、40000、50000、63000、90000、120000、150000、180000、260000、360000、400000 kVA。通常，容量为630KVA或以下的变压器统称为小型变压器；800至6300KVA的变压器称为中型变压器；8000至63000KVA的变压器称为大型变压器；9万千瓦以上的变压器称为超大型变压器。

变压器损耗

当变压器的初级绕组通电时，线圈产生的磁通量流过铁芯。由于铁芯本身是导体，因此在垂直于磁力线的平面内感应出电动势。这种电动势在铁芯的横截面上形成闭环并产生电流，就像涡流一样，因此被称为“涡流”。当铁芯发热时，这种“涡流”会增加变压器的损耗，并增加变压器的温升。涡流引起的损耗称为“铁损耗”。此外，绕组变压器需要大量的铜线，铜线具有电阻。当电流流过这些铜线时，电阻会消耗一定的功率，而这种损耗通常会转化为热量并消耗掉。我们将这种损失称为“铜损失”。所以变压器的温升主要是由铁损和铜损引起的。

由于变压器中存在铁和铜损耗，其输出功率总是低于输入功率。因此，我们引入了一个效率参数来描述这一点，η=输出功率/输入功率。

绕组材料

要生产变压器，我们必须对与变压器相关的材料有一定的了解。因此，我将在这里介绍这些知识。

1.铁芯材料

变压器中使用的铁芯材料是在铁板中添加硅，这可以降低钢板的导电性，增加电阻率，减少涡流，并减少其损耗。我们通常将添加了硅的钢板称为硅钢片。变压器中使用的硅钢片质量密切相关，硅钢片的质量通常用磁通密度B表示。通常，黑铁片的B值为6000-8000，低硅钢片为9000-11000，高硅钢片为12000-16000，

2.绕组变压器常用材料

漆包线、纱包线、丝包线、纸包线，是最常用的漆包线。对电线的要求是导电性好，绝缘漆层具有足够的耐热性，并具有一定的耐腐蚀性。一般情况下，最好使用QZ型号的高强度聚酯漆包线。

3.绝缘材料

在绕组变压器中，必须使用绝缘材料来隔离线圈框架层和绕组电阻。通常，变压器框架材料可以由酚醛纸板、环氧树脂板或硬纸板制成。夹层可采用聚酯薄膜、电话纸、6520复合纸等隔离，绕组电阻可采用黄色蜡布或亚胺薄膜隔离。

4.浸渍材料

变压器缠绕后，最后的工序是浸渍绝缘漆，这样可以增强变压器的机械强度，提高绝缘性能，延长其使用寿命。通常，甲酚清漆可以用作浸渍材料或1032绝缘漆、树脂漆。

分类

常用变压器的分类可概括如下：

（1） 除以相数：

（1） 单相变压器：用于单相负载和三相变压器组。

（2） 三相变压器：用于三相系统中的电压上升和下降。

（2） 按冷却方式分类：

（1） 干式变压器：它依靠空气对流进行冷却，通常用于小容量变压器，如局部照明和电子电路。

（2） 油浸式变压器：以油为冷却介质，如油浸自冷、油浸风冷、油浸水冷、强迫油循环等。

（3） 按用途分类：

（1） 电力变压器：用于输电和配电系统中的电压上升和下降。

（2） 互感器：如电压互感器、电流互感器、测量仪表、继电保护装置等。

（3） 试验变压器：能产生高压并对电气设备进行高压试验。

（4） 特种变压器：如电炉变压器、整流变压器、调节变压器、电容变压器、移相变压器等。

（4） 按绕组形式分类：

（1） 双绕组变压器：用于连接电力系统中的两个电压等级。

（2） 三绕组变压器：一般用于电力系统区域变电站，连接三个电压等级。

（3） 自耦变压器：用于连接不同电压的电力系统。它也可以用作常规的升压或降压变压器。

（5） 按铁芯形式分类：

（1） 铁心式变压器：用于高压电力变压器。

（2） 非晶合金变压器：非晶合金铁芯变压器是一种新型磁性材料，可将空载电流降低约80%。它是目前理想的节能型配电变压器，特别适用于农村电网和低负荷发展地区。

（3） 外壳式变压器：用于大电流的特殊变压器，如电炉变压器、焊接变压器；或者用作电子仪器、电视、收音机等的电源变压器。