详解变压器的类型及其结构、参数

　　本文首先介绍了变压器的工作原理及内部结构，其次介绍了变压器的类型，最后介绍了变压器的参数就用途，具体的跟随小编一起来了解一下。

　　变压器的的工作原理

　　变压器的工作原理示意图如图所示。变压器的初级绕组和次级绕组相当于两个电感器，当交流电压加到初级绕组上时，在初级绕组上就形成了电动势，产生出交变的磁场，次级绕组受到初级绕组的作用，也产生与初级绕组磁场变化规律相同的感应电动势（电压），于是次级绕组输出交流电压，这就是变压器的变压过程。

　　

　　变压器的工作原理示意图

　　变压器的输出电压和绕组的匝数有关，一般输出电压与输入电压之比等于次级绕组的匝数N2与初级绕组的匝数N1之比，即U2/U1=N2/N1；变压器的输出电流与输出电压成反比（I2/I1=U1/U2），通常降压变压器输出的电压降低，但输出的电流增大了，具有输出强电流的能力。

　　变压器的内部结构

　　变压器是将两组或两组以上的线圈绕制在同一个线圈骨架上，或绕在同一铁芯上制成的。通常情况下，把变压器电源输入端的绕组称为初级绕组（又称一次绕组），其余的绕组为次级绕组（又称二次绕组），如图2-1所示。

　　

　　图2-1　变压器的内部结构

　　单相变压器和三相变压器的内部结构基本相同，均是由铁芯（器身）和绕组两部分组成，如图2-2所示。绕组是变压器的电路，铁芯是变压器的磁路，二者构成变压器的核心即电磁部分。

　　

　　图2-2　单相变压器和三相变压器的内部结构

　　常用的变压器铁芯有多种类型，典型的结构分别为口字形和日字形，如图2-3所示。为了减小涡流和磁滞损耗，铁芯通常选用磁导率较高、相互绝缘、厚度在0.35～0.5mm的硅钢片叠合而成，有的变压器铁芯也选用高磁导率的坡莫合金、铁氧体等材料制成。

　　

　　图2-3　变压器的两种铁芯

　　变压器的线圈通常称为绕组，相当于变压器的电路部分。绕组是用绝缘良好的漆包线、纱包线或丝包线在铁芯（骨架）上绕制而成的，如图2-4所示。变压器在工作时，电源输入端的绕组为初级绕组（或称一次绕组），电源输出端的绕组为次级绕组（或称二次绕组）。

　　

　　图2-4　变压器的绕组变压器内部

　　绕组相数不同，其绕组数也不同。单相变压器的内部有2组绕组，而三相变压器的内部有6组绕组，如图2-5所示。

　　

　　图2-5　单相变压器和三相变压器内部绕组结构示意图

　　变压器的类型

　　变压器的型式多种多样，以便达到不同的使用目的并适应不同的工作条件可按其功能、相数、调压方式、绕组个数、绝缘及冷却方式、铁芯结构、容量大小、中性点绝缘方式等来进行分类。

　　1、按功能分类

　　变压器按功能可分为普通电力变压器（如配电变压器、输电变压器等）和特种变压器（如试验变压器、电炉变压器、整流变压器、电焊变压器、各类调压器等）。

　　2、按相数分类

　　变压器按相数可分为单相变压器、三相变压器和多相变压器（如六相整流用变压器）。我国电力系统中用的电力变压器大多为三相变压器。若三相变压器容量超大，太过笨重，从制造厂到安装地点的运输过程中，受运输条件限制，需降低变压器的尺寸及质量时，则可以考虑将三个完全相同的单相变压器的绕组按一定的方式作三相连接组成三相变压器组，如500kV电压等级的变压器大都采用三相变压器组，其三相磁路是独立的，各相主磁通以各自铁芯作为磁路。三相变压器较之于同容量的三相变压器组，其铁磁材料消耗少，运行电能损耗少，且占地面积小，因此在条件允许的情况下应优先采用三相变压器。

　　3、按调压方式分类

　　变压器按调压方式可分为无载调压变压器和有载调压变压器。无载调压变压器必须在停电的情况下才能进行分接头的切换，其调压装置结构较为简单。有载调压变压器则可以在不停电的情况下实现分接头的切换，其调压装置结构相对复杂，造价高，对检修维护的要求也较高。

　　4、按绕组个数分类

　　变压器按绕组的个数可分为双绕组变压器、三绕组变压器、自耦变压器和多绕组变压器。近年来三绕组变压器在电力系统中应用越来越多，大多用于需要三种不同电压等级的场合。采用一台三绕组变压器比采用两台双绕组变压器，可以节省材料和占地面积，减少附属设备，提高运行效率，维修也方便。只有当某电压等级传输容量很小，三个电压等级之间分别使用多台小容量的双绕组变压器可以使总容量显著减少时，才考虑使用双绕组变压器。三绕组变压器的高压、中压和低压三个绕组，通常套在一个铁芯柱上。由于绝缘结构的要求，高压绕组常套在最外面。由于升压变压器的功率主要由低压侧向高压侧和中压侧传递，所以其低压绕组常套在高、中压绕组之间。这样一来，升压变压器的高压绕组在最外面，低压绕组居中，中压绕组最靠近铁芯。对于降压变压器，绕组排列则采用高压绕组在最外面、中压绕组居中、低压绕组最靠近铁芯的方式，以降低绝缘费用。

　　5、按绝缘及冷却方式分类

　　变压器按绝缘及冷却方式可分为油浸式、干式和气体绝缘式等。其中油浸式变压器，又有油浸自冷式、油浸风冷式、油浸水冷式和强迫油循环冷却式等。由于油浸式电力变压器具有散热好、损耗低、容量大、价格低等优点，所以获得了广泛应用。

　　6、按铁芯结构分类

　　变压器按铁芯结构可分为芯式变压器和壳式变压器。

　　7、按容量大小分类

　　变压器按容量大小可分为小型变压器（10～630kVA）、中型变压器（800～6300kVA）、大型变压器（8000～63000kVA）、特大型变压器（90000kVA以上）。

　　8、按中性点绝缘方式分类

　　变压器按中性点绝缘方式可分为全绝缘变压器和分级绝缘变压器。所谓全绝缘是指星形接线变压器中性点的绝缘水平与三相出线的绝缘水平相同，例如60kV及以下电压等级的变压器中性点绝缘即采用这种方式。所谓分级绝缘是指中性点的绝缘水平低于三相出线的绝缘水平，例如110kV电压等级的变压器中性点采用35kV的绝缘水平，220kV电压等级的变压器中性点采用110kV的绝缘水平。采用分级绝缘后，因变压器内绝缘的尺寸缩小，变压器的尺寸可以相应地缩小，造价也降低很多。

　　

　　变压器的作用

　　（1）变压器原边副边之间的电流或电压比例，则取决于两方电路线圈的圈数。圈数较多的一方电压较高但电流较小，反之亦然。如果撇除泄漏等因素，变压器两方的电压比例相等于两方的线圈圈数比例，亦即电压与圈数成正比。

　　（2）因此可以减小或者增加原线圈和副线圈的匝数比，从而升高或者降低电压，变压器的这个性质使它成为转换电压的重要设备。

　　（3）根据能量守恒定律，变压器输出的功率不能超越输入它的功率。根据欧姆定律，变压器的负载所消耗的功率等于流经它的电流与其抵受的电压的乘机。由于变压器遵守这两条定律，它不会是放大器。如果处在变压器两方的电压有所不同，那么流经变压器两方的电流也会不同，而两者的差距则成反比。如果变压器一方的电流比另一方小，那电流较小的一方会有较大的电压；反之亦然。然而，变压器两方所消耗的功率 （即一方的电压和电流两值相乘） 应是相等的。

　　变压器的参数

　　变压器的参数主要包括额定电压、额定电流、额定容量、额定频率、空载损耗、短路损耗、短路电压、空载电流和温升。

　　1、额定电压

　　变压器的额定电压包括一次额定电压和二次额定电压。一次额定电压是指接到变压器一次绕组端点的额定电压值。二次额定电压是指当一次绕组所接的电压为额定值，分接开关放在额定分接头位置上，变压器空载时二次绕组的电压。

　　2、额定电流

　　变压器的额定电流包括一次额定电流和二次额定电流，分别指在额定电压和规定的环境温度下，使各部分不超过允许温度的一次绕组和二次绕组长期允许通过的电流。

　　3、额定容量

　　额定容量是指变压器在额定电压、额定电流时连续运行所传送的容量。对于双绕组变压器，其额定容量以绕组的容量表示（双绕组变压器的两个绕组具有相同的额定容量）。对于三绕组变压器，应给出每个绕组的额定容量。三绕组变压器各绕组的额定容量有的相同，有的不同，按三个绕组的容量比的不同有三种类型：100%/100%/100%、100%/100%/50%、100%/50%/100%。

　　4、额定频率

　　我国标准工业频率为50Hz。

　　5、空载损耗

　　空载损耗指当以额定电压施加于一个绕组的端子上，其余各绕组开路时变压器所产生的损耗。变压器在空载状态下的损耗主要是铁芯中的磁滞损耗和涡流损耗，因此空载损耗也称铁损。

　　6、短路损耗

　　对双绕组变压器，短路损耗是指将变压器的一侧绕组短路，流经另一侧绕组的电流为额定电流时，变压器所消耗的功率。对三绕组变压器，要提供三个绕组两两短路试验所测的短路损耗，而且当三个绕组容量比为100%/100%/50%或100%/50%/100%时，短路损耗数据是一对绕组中容量较小的一方达到其额定电流时的值。短路损耗主要是绕组的电阻引起，所以又称铜损。

　　7、短路电压，又称阻抗电压

　　对双绕组变压器，短路电压是指当一侧绕组短接，以额定频率的电压施加于另一侧绕组上，并使短接绕组中流过额定电流时所施加的电压。对三绕组变压器有三个短路电压，即用高-中、高-低、中-低三个短路电压表示。由于大容量变压器的阻抗以电抗为主，可由短路电压近似求得变压器绕组的电抗，因此短路电压是一个十分重要的参数，对变压器的电压变动和并列运行有重要意义，例如两台变压器并列运行的条件之一就是要短路电压相等。除特殊指明外，短路电压均以施加电压绕组额定电压的百分数表示。

　　8、空载电流

　　空载电流指变压器在额定电压下空载运行时的电流值。一个绕组的空载电流通常以该绕组额定电流的百分数表示。对三绕组变压器来说，这个百分数以最大额定容量的那个绕组为准。

　　9、温升

　　温升是指变压器各部分的温度与其周围冷却介质温度的差值。

　　

　　变压器的用途

　　变压器最主要的用途是在输配电系统，而且还广泛应用于电气控制领域、电子技术领域，测试技术领域以及焊接技术领域等等。根据统计资料显示，在输配电系统，1kW的发电设备需8～8.5 kV·A变压器容量与之配套，由此可见，在电力系统中变压器是容量最多最大的电气设备。我们知道电能在传输过程中会有能量的损耗，主要是输电线路的损耗及变压器的损耗，它占整个供电容量的5％～9％，这是一个相当可观的数字。

　　例如我国2000年发电设备的总装机容量约为3.16亿千瓦，则输电线路及变压器损耗的部分约为1 600～2800万千瓦，它相当于目前我国10到20个装机容量最大的火力发电厂的总和。在这个能量损耗中，变压器的损耗最大，约占60％左右，因此，变压器效率的高低成为输、配电系统中一个突出的问题，我国从20世纪70年代末期开始研制高效节能变压器，其换代过程为SJ→S5→S7→S9→SCB→SHll。目前大批量生产的是S9低损耗节能变压器，并要求逐步淘汰正在使用中的旧型号变压器，据初步估算采用低损耗变压器所需的投资费用可在4—5年时间内从节约的电费中收回。

　　变压器除用于改变电压外，还可用来改变电流、变换阻抗以及产生脉冲等。