变压器的工作原理、分类、接线方式、使用方法、注意事项、为什么会爆炸

　　变压器（Transformer）是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁芯（磁芯）。主要功能有：电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压（磁饱和变压器）等。按用途可以分为：电力变压器和特殊变压器（电炉变、整流变、工频试验变压器、调压器、矿用变、音频变压器、中频变压器、高频变压器、冲击变压器、仪用变压器、电子变压器、电抗器、互感器等）。电路符号常用T当作编号的开头。例： T01， T201等。

变压器的工作原理

　　变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。它可以变换交流电压、电流和阻抗。最简单的铁心变压器由一个软磁材料做成的铁心及套在铁心上的两个匝数不等的线圈构成，如图所示。

　　变压器原理铁心的作用是加强两个线圈间的磁耦合。为了减少铁内涡流和磁滞损耗，铁心由涂漆的硅钢片叠压而成;两个线圈之间没有电的联系，线圈由绝缘铜线（或铝线）绕成。一个线圈接交流电源称为初级线圈（或原线圈），另一个线圈接用电器称为次级线圈（或副线圈）。实际的变压器是很复杂的，不可避免地存在铜损（线圈电阻发热）、铁损（铁心发热）和漏磁（经空气闭合的磁感应线）等，为了简化讨论这里只介绍理想变压器。理想变压器成立的条件是：忽略漏磁通，忽略原、副线圈的电阻，忽略铁心的损耗，忽略空载电流（副线圈开路原线圈线圈中的电流）。例如电力变压器在满载运行时（副线圈输出额定功率）即接近理想变压器情况。

　　变压器是利用电磁感应原理制成的静止用电器。当变压器的原线圈接在交流电源上时，铁心中便产生交变磁通，交变磁通用φ表示。原、副线圈中的φ是相同的，φ也是简谐函数，表为φ=φmsinωt。由法拉第电磁感应定律可知，原、副线圈中的感应电动势为e1=-N1dφ/dt、e2=-N2dφ/dt。式中N1、N2为原、副线圈的匝数。由图可知U1=-e1，U2=e2（原线圈物理量用下角标1表示，副线圈物理量用下角标2表示），其复有效值为U1=-E1=jN1ωΦ、U2=E2=-jN2ωΦ，令k=N1/N2，称变压器的变比。由上式可得U1/ U2=-N1/N2=-k，即变压器原、副线圈电压有效值之比，等于其匝数比而且原、副线圈电压的位相差为π。进而得出：U1/U2=N1/N2在空载电流可以忽略的情况下，有I1/ I2=-N2/N1，即原、副线圈电流有效值大小与其匝数成反比，且相位差π。进而可得I1/ I2=N2/N1理想变压器原、副线圈的功率相等P1=P2。说明理想变压器本身无功率损耗。实际变压器总存在损耗，其效率为η=P2/P1。电力变压器的效率很高，可达90%以上。

变压器的主要分类

　　1、按相数分：

　　1）单相变压器：用于单相负荷和三相变压器组。

　　2）三相变压器：用于三相系统的升、降电压。

　　2、按冷却方式分：

　　1）干式变压器：依靠空气对流进行自然冷却或增加风机冷却，多用于高层建筑、高速收费站点用电及局部照明、电子线路等小容量变压器。

　　2）油浸式变压器：依靠油作冷却介质、如油浸自冷、油浸风冷、油浸水冷、强迫油循环等。

　　3、按用途分：

　　1）电力变压器：用于输配电系统的升、降电压。

　　2）仪用变压器：如电压互感器、电流互感器、用于测量仪表和继电保护装置。

　　3）试验变压器：能产生高压，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、调整变压器、电容式变压器、移相变压器等。

　　4、按绕组形式分：

　　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中，连接三个电压等级。

　　3）自耦变电器：用于连接不同电压的电力系统。也可做为普通的升压或降后变压器用。

　　5、按铁芯形式分：

　　1）芯式变压器：用于高压的电力变压器。

　　2）非晶合金变压器：非晶合金铁芯变压器是用新型导磁材料，空载电流下降约80%，是节能效果较理想的配电变压器，特别适用于农村电网和发展中地区等负载率较低地方。

　　3）壳式变压器：用于大电流的特殊变压器，如电炉变压器、电焊变压器；或用于电子仪器及电视、收音机等的电源变压器。

变压器接线方式

　　变压器的接线组别就是变压器一次绕组和二次绕组组合接线形式的一种表示方法；

　　常见的变压器绕组有二种接法，即“三角形接线”和“星形接线”；在变压器的联接组别中“D表示为三角形接线，“Yn”表示为星形带中性线的接线，Y表示星形，n表示带中性线；“11”表示变压器二次侧的线电压Uab滞后一次侧线电压UAB330度（或超前30度）。

　　变压器的联接组别的表示方法是：大写字母表示一次侧（或原边）的接线方式，小写字母表示二次侧（或副边）的接线方式。Y（或y）为星形接线，D（或d）为三角形接线。数字采用时钟表示法，用来表示一、二次侧线电压的相位关系，一次侧线电压相量作为分针，固定指在时钟12点的位置，二次侧的线电压相量作为时针。

　　“Yn，d11”，其中11就是表示：当一次侧线电压相量作为分针指在时钟12点的位置时，二次侧的线电压相量在时钟的11点位置。也就是，二次侧的线电压Uab滞后一次侧线电压UAB330度（或超前30度）。

　　变压器二个绕组组合起来就形成了4种接线组别：“Y，y”、“D，y”、“Y，d”和“D，d”。我国只采用“Y，y”和“Y，d”。由于Y连接时还有带中性线和不带中性线两种，不带中性线则不增加任何符号表示，带中性线则在字母Y后面加字母n表示。n表示中性点有引出线。Yn0接线组别，UAB与uab相重合，时、分针都指在12上。“12”在新的接线组别中，就以“0”表示。

　　目前变压器厂家运用的变压器的接线方法主要有：三角型接法和星型接法两种。

　　两种接线方式接线示意图

　　三角形接法是将各相电源或负载依次首尾相连，并将每个相连的点引出，作为三相电的三个相线。三角形接法没有中性点，也不可引出中性线，因此只有三相三线制。添加地线后，成为三相四线制，三角形接法的三相电，线电压等于相电压而线电流等于相电流的√3倍。

　　星形接法（Y型接法）的三个绕组，每一端接三相电压的一相，另一端接在一起，不接任何一相电，也可不接零线，这样每个绕组的电压是相电压，也就是每相对地的电压，也就是通常指的220V。星形接法是将三相电源绕组或负载的一端都接在一起构成中性线，由于均衡的三相电的中性线中电流为零，故也叫零线：三相电源绕组或负载的另一端的引出线，分别为三相电的三个相线。远程输电时，只使用三根相线，形成三相三线制。到达用户的电路，往往涉及220V和380V两种电压，需三根相线和一根零线，形成三相四线制。用户为避免漏电形成的触电事故，还要添加一根地线，这时就有三根相线，一根零线和一根地线，故也有三相五线制的说法。

　　常规的变压器在制做过程中，用三角型和星型两种接线法就可以了，输入输出可以根据实际需要灵活运用。

变压器为什么会爆炸？

　　主要因为变压器油为可燃液体，其蒸气与空气混合形成爆炸性气体，遇高温可以发生爆炸，变压器油是变压器火灾爆炸事故的根源。

　　（1）绝缘损坏，线圈绝缘老化。 油质不佳，油量过少、铁芯绝缘老化损坏，检修不慎，破坏绝缘。

　　（2）接触不良。产生局部过热，破坏线圈绝缘发生短路或断路，产生高温、电弧使绝缘油迅速分解，产生大量气体（80％是氢气），压力骤增 。原因有：螺栓松动（变压器常在冲击负载下运行，产生的震动会造成接点松动）、焊接不牢、分接开关触头损坏三种。

　　（3）雷击过电压。雷击产生的过电压击穿变压器的绝缘，烧毁变压器，引起火灾。

　　（4）负载短路。负载发生短路，变压器承受巨大的短路电流，如果保护系统失灵或整定值调整过大，有可能烧毁变压器。安装短路保护装置，且熔体的选择必须合乎要求。当变压器内部短路时高压侧应能迅速熔断，当变压器各引出回路发生短路或严重过载时低压侧能被熔断。

　　（5）变压器过热变压器过热，轻则影响使用寿命（如变压器在正常工作温度90℃下运行寿命为20年；若温度升至105℃，则寿命为7年；温度升到120℃，寿命仅为2年），重则发生喷油燃烧或爆炸。引起变压器过热的原因有：接触不良，接触电阻大；长期严重过负荷运行，使线圈发热；电压过高，铁损增大（当电压增高10％时，铁损将增加30%～50％）；环境温度过高，通风不良；

　　（6）变压器由外界火源引燃。由于变压器周围堆放的可燃物燃烧后引燃变压器或变压器室而使变压器起火。

变压器的使用方法：

　　1、使用前，必须详细阅读变压器的使用说明书和与之配套的控制箱（台）的说明书。根据说明书接好连接线，接地线应良好接地。

　　2、干式变压器控制箱（台）的电源分别为交流220V 、380V两种，经调压器输出到变压器的低压侧输入端。经过变比输出连续可调至额定电压值。

　　3、从干式试验变压器的安全和高压试验的严谨性来考虑，避免设备或试品受到破坏。

　　4、当做直流耐压或泄漏电流试验时，可先将高压硅堆、微安表、旋在高压试验变压器的高压输出端上，然后逐渐升压，即可进行直流试验。

变压器的使用注意事项：

　　运行中的变压器一定要注意以下几点：

　　1、防止变压器过载运行。如果长期过载运行，会引起线圈发热，使绝缘逐渐老化，造成匣间短路、相间短路或对地短路及油的分解。

　　2、保证绝缘油质量。变压器绝缘油在贮存、运输或运行维护中，若油质量差或杂质、水分过多，会降低绝缘强度。当绝缘强度降低到一定值时，变压器就会短路而引起电火花、电弧或出现危险温度。因此，运行中变压器应定期化验油质，不合格的油应及时更换。 把安全工程师站点加入收藏夹

　　3、防止变压器铁芯绝缘老化损坏。铁芯绝缘老化或夹紧螺栓套管损坏，会使铁芯产生很大的涡流，引起铁芯长期发热造成绝缘老化。

　　4、防止检修不慎破坏绝缘。变压器检修吊芯时，应注意保护线圈或绝缘套管，如果发现有擦破损伤，应及时处理。

　　5、保证导线接触良好。线圈内部接头接触不良，线圈之间的连接点、引至高、低压侧套管的接点、以及分接开关上各支点接触不良，会产生局部过热，破坏绝缘，发生短路或断路。此时所产生的高温电弧会使绝缘油分解，产生大量气体，变压器内压力加。当压力超过瓦斯断电器保护定值而不跳闸时，会发生爆炸。

　　6、防止电击。电力变压器的电源一般通过架空线而来，而架空线很容易遭受雷击，变压器会因击穿绝缘而烧毁。

　　7、短路保护要可靠。变压器线圈或负载发生短路，变压器将承受相当大的短路电流，如果保护系统失灵或保护定值过大，就有可能烧毁变压器。为此，必须安装可靠的短路保护装置。

　　8、保持良好的接地。对于采用保护接零的低压系统，变压器低压侧中性点要直接接地当三相负载不平衡时，零线上会出现电流。当这一电流过大而接触电阻又较大时，接地点就会出现高温，引燃周围的可燃物质。

　　9、防止超温。变压器运行时应监视温度的变化。如果变压器线圈导线是A级绝缘，其绝缘体以纸和棉纱为主，温度的高低对绝缘和使用寿命的影响很大，温度每升高8℃，绝缘寿命要减少50％左右。变压器在正常温度（90 ℃）下运行，（考试－大）寿命约20年；若温度升至105℃，则寿命为7年5温度升至120℃，寿命仅为两年。所以变压器运行时，一定要保持良好的通风和冷却，必要时可采取强制通风，以达到降低变压器温升的目的。