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1.變壓器的基本結(jié)構(gòu)和原理

雖然變壓器種類繁多，用途各異，電壓等級和容量不同，但變壓器的基本結(jié)構(gòu)大致相同。最簡單的變壓器是由一個閉合的軟磁鐵心和兩個套在鐵心上又相互絕緣的繞組所構(gòu)成，繞組又稱線圈，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，簡稱一次;與負(fù)載相接的繞組叫做二次繞組，簡稱二次。

磁芯是變壓器的磁路部分，主要材料有帶繞鐵芯類如硅鋼片、坡莫合金、非晶及納米晶合金;粉芯類如鐵粉芯、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取向兩種，取向硅鋼片要求高，價格是無取向硅鋼片的兩倍，但損耗僅為無取向硅鋼片的三分之一，抑制電流諧波效果比無取向硅鋼片作用更大。

線圈是變壓器的電路部分，常用的材料有銅材和鋁材，習(xí)慣上把線圈由銅質(zhì)制成的稱為全銅變壓器，把線圈由鋁質(zhì)制成的稱為全鋁變壓器，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，銅損指變壓器線圈電阻所引起的損耗，當(dāng)電流通過線圈電阻發(fā)熱時，一部分電能就轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏鴵p耗，由于線圈一般都由帶絕緣的銅線纏繞而成，因此稱為銅損。

銅損可以通過測量變壓器短路阻抗來計算。變壓器的鐵損包括兩個方面：一是磁滯損耗，當(dāng)交流電流通過變壓器時，通過變壓器硅鋼片的磁力線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，磁芯中有磁力線穿過，在與磁力線垂直的平面上就會產(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，故稱為渦流，渦流的存在使鐵芯發(fā)熱，消耗能量，這種損耗稱為渦流損耗。鐵損可以通過測量變壓器空載電流來計算。

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，于是在鐵心中產(chǎn)生交變磁通，稱為主磁通。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，稱為漏磁通，它一般很小，可忽略不計。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，一、二次繞組都將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。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程中只起能量傳遞作用，無論變換后的電壓是升高還是降低，電能都不會增加，也不能減少。根據(jù)能量守恒定律;在忽略損耗時，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，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，一臺電力變壓器可以作為降壓變壓器使用，逆轉(zhuǎn)過來，也可以作為升壓變壓器使用。

運(yùn)行I1的物理實(shí)體是初級繞組，運(yùn)行I2的物理實(shí)體是次級繞組，它們是變壓器的電路部分;Φ是磁力線，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，鐵心中的磁通量Φ(韋伯(wb)就定下來了，一臺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：初級繞組的匝數(shù)，W2：次級繞組的匝數(shù)，一臺電力變壓器，W1及W2是沒有變化的，所以除了電網(wǎng)電壓波動因素外，電壓U1與U2也是沒有變化的，如將原來的次級繞組W2作為初級繞組W1，那么原來初次繞組W1改變?yōu)楝F(xiàn)在的次級繞組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，一臺電力可以作為降壓變壓器使用，逆轉(zhuǎn)過來，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、聯(lián)結(jié)組標(biāo)號、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，一次加上額定電壓后，二次兩端的電壓值。兩個額定電壓分別用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，三相變壓器是指線電流的有效值。

3額定容量

表示變壓器工作時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

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

5聯(lián)結(jié)組標(biāo)號

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，其中大寫字母表示高壓側(cè)，小寫字母表示低壓側(cè)。具體表示時高壓繞組的聯(lián)結(jié)法寫在左，低壓繞組聯(lián)結(jié)法寫在右。例如：高壓繞組為星形接法，低壓繞組為三角形接法時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，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))線電動勢的相量作為分針，始終指向“12”，而以低壓側(cè)線電動勢的相量作為時針，它所指的數(shù)字即表示高、低壓側(cè)電動勢相量間的相位差。這個數(shù)字稱為三相變壓器的“聯(lián)結(jié)組標(biāo)號”。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)電動勢相量間的相位差為11點(diǎn)時時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)電動勢相量間的相位差為2點(diǎn)時時針與分針的相位差即60°。