變壓器結構圖解

　　變壓器的基本結構部件是鐵心和繞組，由它們組成變壓器的器身。為了改善散熱條件，大、中容量變壓器的器身浸入盛滿變壓器油的封閉油箱中，各繞組與外電路的連接則經絕緣套管引出。為了使變壓器安全可靠地運行，還設有儲油柜、氣體繼電器和安全氣道等附件。

　　（一）鐵心

　　鐵心既作為變壓器的磁路;又作為變壓器的機械骨架。為了提高導磁性能、減少交變磁通在鐵心中引起的損耗，變壓器的鐵心都采用厚度為0.35-0.5mm的電工鋼片疊裝而成。電工鋼片的兩面涂有絕緣層，起絕緣作用。大容量變壓器多采用高磁導率、低損耗的冷軋電工鋼片。電力變壓器的鐵心一般都采用心式結構，其鐵心可分為鐵心柱（有繞組的部分）和鐵軛（聯接兩個鐵心柱的部分）兩部分。繞組套裝在鐵心柱上，鐵軛使鐵心柱之間的磁路閉合。在鐵心柱與鐵軛組合成整個鐵心時，多采用交疊式裝配，使各層的接縫不在同一地點，這樣能減少勵磁電流，但缺點是裝配復雜，費工費時。在一般變壓器中，鐵心柱截面采用外接圓的階梯形。只有當變壓器容量很小時才采用方形。交流磁通在鐵心中會引起渦流損耗和磁滯損耗，使鐵心發熱。在大容量變壓器的鐵心中，往往設置油道。鐵心浸在變壓器油中，當油從油道中流過時，可將鐵心中的熱量帶走。

　　（二）繞組

　　繞組是變壓器的電路部分，用來傳輸電能，一般分為高壓繞組和低壓繞組。接在較高電壓上的繞組稱為高壓繞組;接在較低電壓上的繞組稱為低壓繞組。從能量的變換傳遞來說，接在電源上，從電源吸收電能的繞組稱為原邊繞組（又稱一次繞組或初級繞組）;與負載連接，給負載輸送電能的繞組稱副邊繞組（又稱二次繞組或次級繞組）。繞組一般是用絕緣的銅線繞制而成。高壓繞組的匝數多、導線橫截面小;低壓繞組的匝數少、導線橫截面大。為了保證變壓器能夠安全可靠的運行以及有足夠的使用壽命，對繞組的電氣性能、耐熱性能和機械強度都有一定的要求。繞組是按照一定規律連接起來的若干個線圈的組合。根據高壓繞組和低壓繞組相互位置的不同，繞組結構型式可分為同心式和交疊式兩種。同心式繞組是將高壓繞組和低壓繞組同心地套裝在鐵心柱上。為了絕緣方便，低壓繞組緊靠著鐵心，高壓繞組則套裝在低壓繞組的外面，兩個繞組之間留有油道。油道一是作為繞組間的絕緣間隙;二是作為散熱通道，使油從油道中流過冷卻繞組。在單相變壓器中，高、低壓繞組均分為兩部分，分別套裝在兩鐵心柱上，這兩部分可以串聯或并聯;在三相變壓器中屬于同一相的高、低壓繞組全部套裝在同一鐵心柱上。同心式繞組的結構簡單、制造方便，心式變壓器一般都采用這種結構。交疊式繞組是將高壓繞組和低壓繞組分成若干線餅，沿著鐵心柱交替排列而構成。為了便于絕緣和散熱，高壓繞組與低壓繞組之間留有油道并且在最上層和最下層靠近鐵軛處安放低壓繞組。交疊式繞組的機械強度高，引線方便，殼式變壓器一般采用這種結構。

　　（三）油箱及附件

　　1、油箱：油箱就是油浸式變壓器的外殼。變壓器在運行中繞組和鐵心會產生熱量，為了迅速將熱量散發到周圍空氣中去，可采用增加散熱面積的方法。變壓器油箱的結構型式主要有平板式、管式等。對容量較大的變壓器，采用在油箱壁的外側裝有散熱管的管式油箱來增加散熱面積，當油受熱膨脹時，箱內的熱油上升到油箱的上部，經散熱管冷卻后的油下降到油箱的底部，形成自然循環，把熱量散發到周圍空氣中。對大容量變壓器，還可采用強迫冷卻的方法，如用風扇吹冷變壓器等以提高散熱效果。變壓器油由高、低壓繞組套裝在鐵心上總稱為器身，器身放在油箱中，油箱中充以變壓器油。

　　2、變壓器油：變壓器油是一種礦物油，具有很好的絕緣性能。變壓器油起兩個作用：①在變壓器繞組與繞組、繞組與鐵心及油箱之間起絕緣作用，提高繞組的絕緣強度。因為油的絕緣性能比空氣好。②變壓器油受熱后產生對流，對變壓器鐵心和繞組起散熱作用，因為通過油受熱后的對流作用，可以將繞組及鐵心的熱量帶到油箱壁，再由油箱壁散發到空氣中去。對變壓器油的要求是：介質強度高;著火點高;粘度小;水分和雜質含量盡可能少。

　　3、儲油柜：變壓器油受熱后要膨脹，因此油箱不能密封。為了減小油與空氣的接觸面積，變壓器安裝有儲油柜。儲油柜固定在油箱頂上并用管子與油箱直接連通，儲油柜的上部有加油栓，可以向變壓器內補油，油箱的下部有放油活門，可以排放變壓器油。儲油柜使油箱內部與外界空氣隔絕，減少了油氧化及吸收水分的面積。儲油柜內的油面高度被控制在一定范圍內，當油受熱膨脹時，一部分油被擠入儲油柜中使油面升高，而油遇冷收縮時，這部分油再流回油箱使油面降低。儲油柜的大小應能滿足變壓器在各種可能的運行溫度下，油面的升降總是能保持在儲油柜的范圍內。儲油柜的一側有油位計，可查看油面高度的變化。另外，儲油柜上還裝有吸濕器，它是一種空氣過濾裝置，外部空氣經過吸濕器干燥后才能進人儲油柜，從而使油箱中的油不易變質損壞。

　　4、氣體繼電器（瓦斯繼電器）：裝在變壓器的油箱和儲油柜間的管道中，主要保護裝置。內部有一個帶有水銀開關的浮筒和一塊能帶動水銀開關的擋板。當變壓器發生故障，產生的氣體聚集在氣體繼電器上部，油面下降，浮筒下沉，接通水銀開關而發出信號;當變壓器發生嚴重故障，油流沖破擋板，擋板偏轉時帶動一套機構使另一水銀開關接通，發出信號并跳閘，切除變壓器的電源。

　　5、安全氣道（防爆管）：大容量變壓器的油箱蓋上還裝有安全氣道，它是一個長的鋼筒，下面與油箱相通，上端裝有防爆膜。當變壓器內部發生嚴重故障產生大量氣體時，油箱內部壓力迅速升高而沖破安全氣道上的防爆膜，噴出氣體，消除壓力，以免產生重大事故。

　　6、分接開關：在電力系統，為了使變壓器的輸出電壓控制在允許變化的范圍內，變壓器的原邊繞組匝數要求在一定范圍內調節，因而原繞組一般備有抽頭，稱為分接頭。利用開關與不同接頭連接，可改變原繞組的匝數，達到調節電壓的目的。分接開關分為有載調壓分接開關和無載調壓分接開關。

　　7、絕緣套管：裝在變壓器的油箱蓋上作用是把線圈引線端頭從油箱中引出，并使引線與油箱絕緣。電壓低于1KV采用瓷質絕緣套管，電壓在10-35KV采用充氣或充油套管，電壓高于110KV采用電容式套管。

　　8、測溫裝置：監測變壓器的油面溫度。小型的油浸式變壓器用水銀溫度計，較大的變壓器用壓力式溫度計。

　　變壓器的分類

　　1.按功能分類。變壓器按功能可分為普通電力變壓器（如配電變壓器、輸電變壓器等）和特種變壓器（如試驗變壓器、電爐變壓器、整流變壓器、電焊變壓器、各類調壓器等）。

　　2.按相數分類。變壓器按相數可分為單相變壓器、三相變壓器和多相變壓器（如六相整流用變壓器）。我國電力系統中用的電力變壓器大多為三相變壓器。若三相變壓器容量超大，太過笨重，從制造廠到安裝地點的運輸過程中，受運輸條件限制，需降低變壓器的尺寸及質量時，則可以考慮將三個完全相同的單相變壓器的繞組按一定的方式作三相連接組成三相變壓器組，如500kV電壓等級的變壓器大都采用三相變壓器組，其三相磁路是獨立的，各相主磁通以各自鐵芯作為磁路。三相變壓器較之于同容量的三相變壓器組，其鐵磁材料消耗少，運行電能損耗少，且占地面積小，因此在條件允許的情況下應優先采用三相變壓器。

　　3.按調壓方式分類。變壓器按調壓方式可分為無載調壓變壓器和有載調壓變壓器。無載調壓變壓器必須在停電的情況下才能進行分接頭的切換，其調壓裝置結構較為簡單。有載調壓變壓器則可以在不停電的情況下實現分接頭的切換，其調壓裝置結構相對復雜，造價高，對檢修維護的要求也較高。

　　4.按繞組個數分類。變壓器按繞組的個數可分為雙繞組變壓器、三繞組變壓器、自耦變壓器和多繞組變壓器。近年來三繞組變壓器在電力系統中應用越來越多，大多用于需要三種不同電壓等級的場合。采用一臺三繞組變壓器比采用兩臺雙繞組變壓器，可以節省材料和占地面積，減少附屬設備，提高運行效率，維修也方便。只有當某電壓等級傳輸容量很小，三個電壓等級之間分別使用多臺小容量的雙繞組變壓器可以使總容量顯著減少時，才考慮使用雙繞組變壓器。三繞組變壓器的高壓、中壓和低壓三個繞組，通常套在一個鐵芯柱上。由于絕緣結構的要求，高壓繞組常套在最外面。由于升壓變壓器的功率主要由低壓側向高壓側和中壓側傳遞，所以其低壓繞組常套在高、中壓繞組之間。這樣一來，升壓變壓器的高壓繞組在最外面，低壓繞組居中，中壓繞組最靠近鐵芯。對于降壓變壓器，繞組排列則采用高壓繞組在最外面、中壓繞組居中、低壓繞組最靠近鐵芯的方式，以降低絕緣費用。

　　5.按絕緣及冷卻方式分類。變壓器按絕緣及冷卻方式可分為油浸式、干式和氣體絕緣式等。其中油浸式變壓器，又有油浸自冷式、油浸風冷式、油浸水冷式和強迫油循環冷卻式等。由于油浸式電力變壓器具有散熱好、損耗低、容量大、價格低等優點，所以獲得了廣泛應用。

　　6.按鐵芯結構分類。變壓器按鐵芯結構可分為芯式變壓器和殼式變壓器。

　　7.按容量大小分類。變壓器按容量大小可分為小型變壓器（10～630kVA）、中型變壓器（800～6300kVA）、大型變壓器（8000～63000kVA）、特大型變壓器（90000kVA以上）。

　　8.按中性點絕緣方式分類。變壓器按中性點絕緣方式可分為全絕緣變壓器和分級絕緣變壓器。所謂全絕緣是指星形接線變壓器中性點的絕緣水平與三相出線的絕緣水平相同，例如60kV及以下電壓等級的變壓器中性點絕緣即采用這種方式。所謂分級絕緣是指中性點的絕緣水平低于三相出線的絕緣水平，例如110kV電壓等級的變壓器中性點采用35kV的絕緣水平，220kV電壓等級的變壓器中性點采用110kV的絕緣水平。采用分級絕緣后，因變壓器內絕緣的尺寸縮小，變壓器的尺寸可以相應地縮小，造價也降低很多。

　　變壓器特征參數

　　工作頻率

　　變壓器鐵芯損耗與頻率關系很大，故應根據使用頻率來設計和使用，這種頻率稱工作頻率。

　　額定功率

　　在規定的頻率和電壓下，變壓器能長期工作而不超過規定溫升的輸出功率。

　　額定電壓

　　指在變壓器的線圈上所允許施加的電壓，工作時不得大于規定值。

　　電壓比

　　指變壓器初級電壓和次級電壓的比值，有空載電壓比和負載電壓比的區別。

　　空載電流

　　變壓器次級開路時，初級仍有一定的電流，這部分電流稱為空載電流?？蛰d電流由磁化電流（產生磁通）和鐵損電流（由鐵芯損耗引起）組成。對于50Hz電源變壓器而言，空載電流基本上等于磁化電流。

　　空載損耗

　　指變壓器次級開路時，在初級測得功率損耗。主要損耗是鐵芯損耗，其次是空載電流在初級線圈銅阻上產生的損耗（銅損），這部分損耗很小。

　　效率

　　指次級功率P2與初級功率P1比值的百分比。通常變壓器的額定功率愈大，效率就愈高。

　　絕緣電阻

　　表示變壓器各線圈之間、各線圈與鐵芯之間的絕緣性能。絕緣電阻的高低與所使用的絕緣材料的性能、溫度高低和潮濕程度有關.

　　變壓器工作原理

　　單相變壓器有兩個線圈共同繞在一個閉合鐵芯上，如右圖所示，其中與電源相連的線圈稱為原邊線圈，與原邊線圈相關的各量的標示符號均在右下角標注以角碼1，如U1、I1等，與負載項鏈的線圈稱為副邊線圈，相關度額各量的標示符號均在右下角標注角碼2，如U2、I2等。

　　此變壓器工作原理為：當變壓器的原繞組施以交變電壓u1時，便在原繞組中產生一個交變電流i1，這個電流在鐵芯中產生交變磁通Φ，因為原、副繞組在同一個鐵芯上，所以當磁通Φ穿過副繞組時，便在變壓器副邊產生感應電動勢e2（即變壓電壓）。變壓器中感應電動勢的大小是和線圈的匝數、磁通的大小及電源的頻率成正比。

　　變壓器變壓比

　　在一般的電力變壓器中，繞組電阻壓降很小，可以忽略不計，因此在原邊繞組中可以認為電壓U1=E1。由于副邊繞組開路，電流I2=0，它的端電壓U2與感應電動勢E2相等，即U2=E2。所以由上面的原、副邊感應電動勢公式得：

　　公式中K為原邊電壓U1和副邊電壓U2之比，這個K的數值稱為變壓器的變壓比。

　　由上是表明，變壓器原、副邊繞組的電壓比等于原、副繞組的匝數比，因此如果要原、副邊繞組有不同的電壓，只要改變他們的匝數即可。當N1＞N2時，K＞1，變壓器降壓；當N1＜N2時，K＜1，變壓器升壓。

　　對于已經支撐的變壓器而言，其K為定值，故副邊電壓和原邊電壓成正比，也就是說副邊電壓隨著原邊電壓的升高而升高，降低而降低。但加載原邊繞組兩端的電壓必須為額定值。因為，當外加電壓比額定電壓略有超過時，原邊繞組中通過的電流將大大增加，如果把額定電壓為220V的變壓器錯誤的接到380V的線路上，則原繞組的電流將急劇增大，致使變壓器燒毀。

　　把變壓器的副邊繞組負載接通后，在副邊電路中有電流I2通過，此時，稱變壓器負載運行。由于副邊繞組中電流I2也將在鐵芯中產生磁通（即自感應現象），這種磁通對于原邊電流所產生的磁通而言，是起去磁作用的，即鐵芯中的磁通應為原邊、副邊繞組中電流產生的磁通的合成。但在外加電壓U1和電源頻率f不變的條件下，由近似公式：

　　上式中可以看出，合成磁通Φ應基本保持不變。因此，隨著I2出現，原邊繞組中通過的電流I1將增加，這樣才能使得原繞組中的磁通以免體校副繞組的磁通，另一面維持鐵芯中的合成磁通保持不變。由此可知，變壓器原邊電流I1的大小是由副邊電流I2的大小來決定的。

　　從能量觀點來看，變壓器原邊線圈從電源吸取的功率P1應等于副邊線圈的輸出功率P2（忽略變壓器的線圈電阻和磁通的傳遞損耗），即：

　　P1=P2或I1U1=I2U2

　　所以變壓比：

　　由此可見，變壓器原邊、副邊的電流比與他們的匝數比或電壓比成反比。例如一臺變壓器的匝數N1＜N2，是升壓變壓器，則電流I1＞I2；如果繞組匝數N1＞N2為降壓變壓器，則電流I2＞I1。也就是說，電壓高的一邊電流小，而電壓低的一邊電流大。

　　生活中常見變壓器及其應用

　　生活中我們常常會用到變壓器，電視機里，收錄機里，空調里等電器里都會見到變壓器。那么生活中常見的變壓器有哪些，又是怎么用到的呢？看了這篇文章，我們多多少少有了一些了解。以下是對一些常用電壓器的詳細介紹：

　　1、中頻變壓器

　　打開收錄機后蓋，在線路板上就能看見幾只銀白色的正方體金屬殼上邊有個“一”字槽口，可用無感螺絲刀輕輕旋動，有紅、白、綠等顏色，這就是中頻變壓器。晶體管收音機中采用的中頻變壓器有單調諧回路和雙調諧回路兩種。其外形和電路符號如圖1所示。

　　中頻變壓器主要在收音機作選頻、級間耦合用。選頻就是指在許多的信號中，選出有用的信號頻率，并把有用的信號傳送出去。在調幅收音機中，就是通過中頻變壓器來選出465kHz的有用信號。并耦合到下一級去放大。同時，抑制465kHz以外的信號，使它無法傳送到下一級中去。

　　2、電源變壓器

　　在日常生活中，各種家用電器所使用的電壓不同。家用電器都是使用低壓直流電源工作的需要用電源變壓器把220V交流市電變換成低壓交流電，再通過二極管整流，電容器濾波，形成直流電供電器工作。而且在這個轉變過程中，自身的能量損耗較小，從而達到了方便、經濟的目的。電視機顯像管需要上萬伏的電壓來工作，是由“行輸出變壓器”供給的。

　　針對電子設備的種類繁多，所需要的電壓伏數和所要求輸送的功率不同以及安裝的位置和整機內部的空間大小小同等特點，變壓器的種類和外形也相應不同。常見的電源變壓器的外形如圖2所示。

　　從圖2中可看出，電源變壓器有“口”字形、“日”字形、“C”字形等幾種外形。即使同樣的外形，其體積大小也不盡相同。如收音機中的電源變壓器與電視機或功率放大機中的變壓器相比．體積小很多。

　　3、開關電源變壓器

　　開關電源變壓器是彩色電視機開關穩壓電源中的重要器件，它是—種脈沖變壓器。其作用是進行功率傳送，為彩電整機提供所需的電源電壓以及實現輸入與輸出的可靠電隔離。常見開關電源變壓器的外形和符號如圖3所示。

　　4、輸入、輸出變壓器

　　輸入、輸出變壓器的主要作用是：實現阻抗匹配；無畸變地傳送信號電壓和信號功率；對直流具有隔離作用。常見輸入、輸出變壓器外形和符號如圖4所示。

　　輸入、輸出變壓器的用途是：輸出變壓器把晶體管收音機末級功率放大器的輸出功率耦合到揚聲器，使功率放大管的最佳負載和揚聲器的音圈阻抗匹配。錄音機和電視機中，功率管和揚聲器的鍋耦合也離不開它。輸入變壓器通常是低頻電路中末前級和末級之間的耦合變壓器。

　　5、行輸出變壓器

　　（1）黑白電視機行輸出變壓器

　　行輸出變壓器簡稱FBT，有時也簡稱行逆程變壓器。黑白電視機行輸出變壓器主要有“分離式”和“一體化”兩種。分離式現在已經很少采用。

　　一體化式行輸出變壓器是將高低壓線圈、高壓整流管、塑料骨架、高壓線圈及外殼等用無毒性、無腐蝕性、耐高溫、高絕緣的化工材料封裝在一起構成的。圖5所示是一體化行輸出變壓器的外形結構圖。

　?。?）彩色電視機行輸出變壓器（FDT）

　　彩色電視機均采用了多級一次升壓式行輸出變壓器。這種行輸出變壓器的高壓繞組分成多段繞制，并在各段之間分別接上高壓整流二極管，其輸出的直流超高壓是經過多級整流，再串聯在一起而產生的，因此被稱為多級一次升壓方式。由于這種行輸出變壓器的高壓繞組、低壓繞組和高壓整流二極管均被封裝在一個殼體內，所以又常被稱作一體化行輸出變壓器。圖6所示是一種實用的四級升壓行輸出變壓器的結構和升比原理圖。