变压器原理与结构图

变压器是用来变换交流电压、电流而传输交流电能的一种静止的电器设备。它是根据电磁感应的原理实现电能传递的。

变压器按用途分可分为升压和降压两类；

按相数分可分为单相变压器、三相变压器；

按绕组形式可分为双绕组变压器、三绕组变压器和自耦变压器；

按冷却方式分可分为油津变压器和干式变压器。

一、单相变压器

单项变压器即一次绕组和二次绕组均为单相绕组的变压器。它具有结构简单、体积小、损耗低，主要是铁损小，适宜在负荷密度较小的低压配电网中应用和推广。

1.变压器的结构

变压器的基本机构如图所示：铁芯和绕组（线圈）。铁芯构成变压器的磁路系统，并作为变压器的机器骨架。变压器的线圈通常称为绕组，它是变压器中的电路部分，小型变压器一般用具有绝缘的漆包圆铜线绕制而成，对容量稍大的变压器则用扁铜线或扁铝线绕制。

2.变压器的工作过程

（1）变压

变压器改变电压有一个专门的参数：变压比。从变压比可以看出一个变压器是升压变压器还是降压变压器，也或者是1：1的变压器。

变压比=一次绕组匝数／二次绕组匝数。

变压比小于1，表明一次绕组匝数小于二次绕组匝数，是升压变压器。变压比大于1，表明一次绕组匝数大于二次绕组匝数，是降压变压器。

（2）变电流

变压器在不考虑线损铜损以及功率不变的前提下，匝数越少输出电流越大，变压器输出容量跟二次绕组的线径有直接关系，只有足够的线径，才会达到足够的电流。所以变压器是通过合理设置匝数跟线径粗细来调整输出电流的装置。

3.变压器损耗与效率

（1）变压器的损耗

变压器的损耗可以分为两大类：铁损耗和铜损耗(铝线变压器称之为铝损耗)。

当变压器铁芯中的磁通交变时，在铁芯中要产生磁滞损耗和涡流损耗，这两项统称为铁损耗。变压器的空载损耗基本上等于铁损耗，铁损耗又称为不变损耗，与负载电流的大小和性质无关。稳态短路负载损耗主要为铜耗。

变压器的一次、二次绕组中都有一定的电阻，当电流流过绕组时，就要产生损耗，消耗电能，这就是铜损耗。变压器的铜损耗取决于负载电流的大小和绕组的电阻值，故也称可变损耗。

（2）变压器的效率

在额定负载下，变压器的输出功率与输入功率的比值定义为变压器的效率，用符号η表示。

输入功率：P1=mU1I1cosφ1

输出功率：P2=m U2I2cosφ2

两者之差为变压器的损耗△P，它包括铜损耗PCu和铁损耗PFe两部分，即

△P=PCu+PFe

则 η= P2／P1×100%= P2／（P2+△P）×100%= P2／（P2+PCu+ PFe）×100%

变压器的效率一般都比较高，中小型电力变压器效率在95%以上，大型电力变压器效率可达99%以上。

二、三相变压器

1.结构组成

在三相变压器中，目前使用最广的是油浸式变压器，其外形如图所示，它主要由铁芯、绕组、油箱和冷却装置、保护装置等部件组成。

铁芯：是三相变压器的磁路部分，通常由含硅量较高。铁芯分为铁芯柱和横片俩部分，铁芯柱套有绕组，铁芯结构的基本形式有心式和壳式两种。

绕组：是变压器的电路部分，它是由双丝包绝缘扁线或漆包圆线绕成。

油箱和冷却装置：由于三相变压器主要用于电力系统进行电压等级的变换，因此其容量都比较大，电压也比较高。为了铁心和绕组的散热和绝缘，均将其置于绝缘的变压器油内，而油则盛放在油箱内。为了增加散热面积，一般在油箱四周加装散热装置，老型号电力变压器采用在油箱四周加焊扁形散热油管，新型电力变压器以采用片式散热器散热为多。容量大于10 000 kV·A的电力变压器，采用风吹冷却或强迫油循环冷却装置。

保护装置

（1）气体继电器。在油箱和储油柜之间的连接管中装有气体继电器，当变压器发生故障时，内部绝缘物汽化，使气体继电器动作，发出信号或使开关跳闸。

（2）防爆管（安全气道）。装在油箱顶部，它是一个长的圆形钢筒，上端用酚醛纸板密封，下端与油箱连通。若变压器发生故障，使油箱内压力骤增时，油流冲破酚醛纸板，以免造成变压器箱体爆裂。近年来，国产电力变压器已广泛采用压力释放阀来取代防爆管，其优点是动作精度高，延时时间短，能自动开启及自动关闭，克服了停电更换防爆管的缺点。

2.型号含义及额定值

（1）产品型号及含义说明如图

（2）额定容量

额定容量是指变压器在额定工作状态下，二次绕组的视在功率，其单位为kVA。

对于单相变压器而言，即变压器二次绕组的额定电压U2N与额定电流I2N的乘积。

三相变压器的额定容量为：

（3）额定电压U1N 和U2N

额定电压U1N是指变压器在额定运行情况下，根据变压器绝缘等级和允许温升等条件规定的一次绕组上的线电压。额定电压U2N是指在一次绕组上加额定电压后，二次绕组空载时的线电压。

（4）额定电流I1N和I2N

额定电流是指变压器在额定运行的条件下，一次绕组、二次绕组长时间工作允许的线电流。

（5）连接组标号

连接组标号是指三相变压器一次绕组、二次绕组的连接方式。 Y指高压绕组作星形连接，y指低压绕组作星形连接，D指高压绕组作三角形连接，d指低压绕组作三角形连接，N指高压绕组作星形连接时的中性线，n指低压绕组作星形连接时的中性线。