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1.變壓器的基本結(jié)構(gòu)和原理

雖然變壓器種類(lèi)繁多，用途各異，電壓等級(jí)和容量不同，但變壓器的基本結(jié)構(gòu)大致相同。最簡(jiǎn)單的變壓器是由一個(gè)閉合的軟磁鐵心和兩個(gè)套在鐵心上又相互絕緣的繞組所構(gòu)成，繞組又稱(chēng)線(xiàn)圈，是變壓器的電路部分。與交流電源相接的繞組叫做一次繞組，簡(jiǎn)稱(chēng)一次;與負(fù)載相接的繞組叫做二次繞組，簡(jiǎn)稱(chēng)二次。

磁芯是變壓器的磁路部分，主要材料有帶繞鐵芯類(lèi)如硅鋼片、坡莫合金、非晶及納米晶合金;粉芯類(lèi)如鐵粉芯、鐵硅鋁粉芯、高磁通量粉芯、坡莫合金粉芯、鐵氧體磁芯等等，工頻和低頻變壓器電抗器一般使用硅鋼片，現(xiàn)在厚度普遍從0.35mm到0.23mm，硅鋼片又分取向和無(wú)取向兩種，取向硅鋼片要求高，價(jià)格是無(wú)取向硅鋼片的兩倍，但損耗僅為無(wú)取向硅鋼片的三分之一，抑制電流諧波效果比無(wú)取向硅鋼片作用更大。

線(xiàn)圈是變壓器的電路部分，常用的材料有銅材和鋁材，習(xí)慣上把線(xiàn)圈由銅質(zhì)制成的稱(chēng)為全銅變壓器，把線(xiàn)圈由鋁質(zhì)制成的稱(chēng)為全鋁變壓器，兩者的區(qū)別主要有四點(diǎn)：銅的導(dǎo)電性好于鋁，相同的電流，鋁材要比銅材截面積要大，因此銅變壓器比鋁變壓器要小;銅的重量比鋁要重，相同的功率，銅變壓器比鋁變壓器要重;銅的價(jià)格比鋁要貴。

變壓器損耗主要有銅損和鐵損，銅損指變壓器線(xiàn)圈電阻所引起的損耗，當(dāng)電流通過(guò)線(xiàn)圈電阻發(fā)熱時(shí)，一部分電能就轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏鴵p耗，由于線(xiàn)圈一般都由帶絕緣的銅線(xiàn)纏繞而成，因此稱(chēng)為銅損。

銅損可以通過(guò)測(cè)量變壓器短路阻抗來(lái)計(jì)算。變壓器的鐵損包括兩個(gè)方面：一是磁滯損耗，當(dāng)交流電流通過(guò)變壓器時(shí)，通過(guò)變壓器硅鋼片的磁力線(xiàn)其方向和大小隨之變化，使得磁芯內(nèi)部分子相互摩擦，放出熱能，從而損耗了一部分電能，這便是磁滯損耗。另一是渦流損耗，當(dāng)變壓器工作時(shí)，磁芯中有磁力線(xiàn)穿過(guò)，在與磁力線(xiàn)垂直的平面上就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，由于此電流自成閉合回路形成環(huán)流，且成旋渦狀，故稱(chēng)為渦流，渦流的存在使鐵芯發(fā)熱，消耗能量，這種損耗稱(chēng)為渦流損耗。鐵損可以通過(guò)測(cè)量變壓器空載電流來(lái)計(jì)算。

當(dāng)變壓器一次接人交流電源以后，在一次繞組中就有交流電流流過(guò)，于是在鐵心中產(chǎn)生交變磁通，稱(chēng)為主磁通。它隨著電源頻率而變化，主磁通集中在鐵心內(nèi);極少一部分在繞組外閉合，稱(chēng)為漏磁通，它一般很小，可忽略不計(jì)。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，一、二次繞組都將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。如果二次接有負(fù)載構(gòu)成閉合回路，就有感應(yīng)電流產(chǎn)生。變壓器通過(guò)一、二次繞組的磁耦合把電源的能量傳送給負(fù)載。

2.升壓變壓器和降壓變壓器

任何一種變壓器在變壓過(guò)程中只起能量傳遞作用，無(wú)論變換后的電壓是升高還是降低，電能都不會(huì)增加，也不能減少。根據(jù)能量守恒定律;在忽略損耗時(shí)，變壓器輸出的功率P2應(yīng)與變壓器從電源獲得的功率 P1相等，即：P1=P2

變壓器工作時(shí)，一、二次繞組的電流大小與一、二次韻電壓或匝數(shù)成反比，或者為變壓器電壓比的倒數(shù)。實(shí)際上，變壓器在改變電壓的同時(shí)也改變了電流。電流互感器就是根據(jù)這二原理制成的。

一次電壓高于二次電壓叫作降壓變壓器，一次電壓低于二次電壓叫作升壓變壓器。在相同頻率、同等容量的條件下，一臺(tái)電力變壓器可以作為降壓變壓器使用，逆轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)，也可以作為升壓變壓器使用。

運(yùn)行I1的物理實(shí)體是初級(jí)繞組，運(yùn)行I2的物理實(shí)體是次級(jí)繞組，它們是變壓器的電路部分;Φ是磁力線(xiàn)，它所在的物理實(shí)體是鐵心，它是變壓器的磁路。

當(dāng)變壓器的容量P(kVA)及繞組的匝數(shù)W一定時(shí)，鐵心中的磁通量Φ(韋伯(wb)就定下來(lái)了，一臺(tái)電力變壓器不管作為降壓變壓器使用還是作為升壓變壓器使用，磁路的實(shí)體即鐵心及物理意義沒(méi)有發(fā)生變化。

變壓器是根據(jù)生活的需要改變電壓的靜止電器，其電壓比等于匝數(shù)比，上圖中：U1/U2=W1/W2。W1：初級(jí)繞組的匝數(shù)，W2：次級(jí)繞組的匝數(shù)，一臺(tái)電力變壓器，W1及W2是沒(méi)有變化的，所以除了電網(wǎng)電壓波動(dòng)因素外，電壓U1與U2也是沒(méi)有變化的，如將原來(lái)的次級(jí)繞組W2作為初級(jí)繞組W1，那么原來(lái)初次繞組W1改變?yōu)楝F(xiàn)在的次級(jí)繞組W2，上面公式U1/U2=W1/W2反之U2/U1=W2/W1仍然完全成立。在相同頻率、同等容量的條件下，一臺(tái)電力可以作為降壓變壓器使用，逆轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)，也可以作為升壓變壓器使用是成立的。

3.變壓器的主要技術(shù)參數(shù)

變壓器的規(guī)格型號(hào)及其主要技術(shù)數(shù)據(jù)都標(biāo)在它的銘牌上，作為使用變壓器的重要依據(jù)。變壓器的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)有長(zhǎng)寬高，體積，重量，技術(shù)參數(shù)有額定電壓、額定電流、額定容量和溫升絕緣等級(jí)、聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)、效率等。

1額定電壓

變壓器一次的額定電壓，是指變壓器所用絕緣材料的絕緣強(qiáng)度所規(guī)定的電壓值，二次額定電壓是變壓器空載時(shí)，一次加上額定電壓后，二次兩端的電壓值。兩個(gè)額定電壓分別用U1N ，U2N表示。單相變壓器U1N，U2N是指一、二次交流電壓的有效值，三相變壓器U1N，U2N是指一、二次線(xiàn)電壓的有效值。

2額定電流

指變壓器在允許溫升的條件下，所規(guī)定的一、二次繞組中允許流過(guò)的最大電流，變壓器飛二次電流分別用I1N和I2N表示。單相變壓器I1N和I2N是指電流的有效值，三相變壓器是指線(xiàn)電流的有效值。

3額定容量

表示變壓器工作時(shí)所允許傳遞的最大功率。單相變壓器的額定容量是二次額定電壓和額定電流之積;三相變壓器的額定容量也是二次額定電壓和額定電流之積(應(yīng)為三相之和)。額定容量用字母S表示，單位是伏安(V·A)。

4溫升和絕緣等級(jí)

溫升是指變壓器在額定工作時(shí);允許超出周?chē)h(huán)境溫度的數(shù)值。它取決于變壓器絕緣材料的耐熱等級(jí)。

5聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)

三相繞組的聯(lián)結(jié)法有星形接法和三角形接法，分別用Y、D(或y、d)表示，其中大寫(xiě)字母表示高壓側(cè)，小寫(xiě)字母表示低壓側(cè)。具體表示時(shí)高壓繞組的聯(lián)結(jié)法寫(xiě)在左，低壓繞組聯(lián)結(jié)法寫(xiě)在右。例如：高壓繞組為星形接法，低壓繞組為三角形接法時(shí)我們記此三相變壓器的聯(lián)結(jié)法為Yd。

此外，有的星形聯(lián)結(jié)法可以引出中線(xiàn)，分別用O(高壓側(cè))或o(低壓側(cè))表示。把高壓側(cè)(一般是一次側(cè))線(xiàn)電動(dòng)勢(shì)的相量作為分針，始終指向“12”，而以低壓側(cè)線(xiàn)電動(dòng)勢(shì)的相量作為時(shí)針，它所指的數(shù)字即表示高、低壓側(cè)電動(dòng)勢(shì)相量間的相位差。這個(gè)數(shù)字稱(chēng)為三相變壓器的“聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)”。例如：Yd11表示此變壓器高壓側(cè)為星形接法，低壓側(cè)為三角形接法，高、低壓側(cè)電動(dòng)勢(shì)相量間的相位差為11點(diǎn)時(shí)時(shí)針與分針的相位差即330°;Yy2表示此變壓器高、低壓側(cè)均為星形接法，高、低壓側(cè)電動(dòng)勢(shì)相量間的相位差為2點(diǎn)時(shí)時(shí)針與分針的相位差即60°。