课题项目申报书:变压器

变压器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、次级线圈和铁心（磁芯）。在电器设备和无线电路中，常用作升降电压、匹配阻抗，安全隔离等。

变压器的功能主要有：电压变换；电流变换，阻抗变换；隔离；稳压（磁饱和变压器）;自耦变压器；高压变压器（干式和油浸式）等，变压器常用的铁芯形状一般有E型和C型铁芯，XED型，ED型CD型。

变压器按用途可以分为：配电变压器、电力变压器、 全密封变压器、组合式变压器、干式变压器、 单相变压器、电炉变压器、整流变压器、电抗器、抗干扰变压器、防雷变压器、箱式变电器、试验变压器、转角变压器、大电流变压器和励磁变压器。

变压器（transformer)原理：利用电磁感应原理将电能或电信号从一个电路传递到另一个电路的静止器件。电子电路中的变压器主要用于电压幅度变换和电路负载的阻抗匹配变换。它由绕在铁芯上的初级绕组（原组）和次级绕组(副组)组成。工作电压自毫伏级到千伏级；输出功率从毫瓦级到千瓦级；工作频率从几十赫一直到射频；波形除正弦波外，还有矩形波、脉冲波和各种复杂的波形。常用的变压器除一般的电源变压器外，还有音频变压器、阻抗匹配变压器、脉冲变压器、视频变压器、射频变压器等。

变压器几乎在所有的电性能要求
4.1 结构型式
户外；油浸式；三相；双绕组；无励磁调压；自然风冷或自然冷却。
4.2 额定值
4.2.1 额定容量
高压： 20000 kVA，低压： 20000 kVA。
4.2.2 绕组额定电压
高压： 69 kV，低压： 35 kV。
4.2.3 调压方式、范围和调压位置
无励磁调压：69±2 2.5%
4.2.4 极性或联接组标号： Yy0 。
4.2.5 变压器中性点接地方式： 69kV不接地，35kV不接地 。
4.2.6 短路阻抗（以高压绕组额定容量 20000 kVA为基准，额定电压、额定频率，折算到75℃下）：
高压-低压 6.5 %。
4.3 绝缘水平：见表6。
表6 绝缘水平
短时工频
耐受电压
kV （方均根值） 额定雷电全波冲击耐受电压
kV （峰值） 截断雷电冲击
耐受电压
kV （峰值）
高压 140 325 360
低压 85 200 220

4.4 温升
温升限值：见表7
表7 温升限值
变压器的部位 温升限值 测定方法
线 圈 65K 电阻法
线圈热点 78K 计算法
顶层油面 55K 温度计法
铁心表面 80K 温度计法
油箱及结构表面 80K 温度计或红外测量法

4.5 损耗和效率
4.5.1 负载损耗
1）在主分接额定容量下负载损耗保证值： kW。
2）投标厂商必须提供表8所列负载损耗值和其中包含的杂散损耗值（kW）：
表8 负载损耗值及其杂散损耗值
分接位置 极限最大分接 主分接 极限最小分接
高-低
（ MVA） 负载损耗（75℃）


其中：杂散损耗


4.5.2 空载损耗
1）额定电压和额定频率时空载损耗保证值： kW。
2）投标厂商应提供额定频率、110%额定电压的空载损耗： kW。
4.5.3 效率
在额定电压、额定频率、高～中间额定容量和功率因数为1时的效率应不低于99.8 %，计算公式为
效率=（1－总损耗/容量）×100%
其中
总损耗=负载损耗（75℃）+空载损耗
4.5.4冷却装置需用总功率： kW。

4.6短路阻抗的允许偏差
1）阻抗百分数的允许偏差（以高压绕组额定容量为基准）：
··高压～低压： ±7.5% %
2）极限分接阻抗对额定分接的偏差：
·高压～低压： ＋7.5%～－7.5%

4.7局部放电水平
在规定的试验电压和程序条件（GB1094.3）下，高、低压绕组的局部放电量在1.5Um/ 下均不应大于100pC。在1.5Um/ 下，高、低压套管的局部放电量均不大于10pC。

4.8 电晕和无线电干扰水平
在1.1×Um/ kV（有效值）下，无线电干扰电压应小于500μV，保证在晴天夜晚无可见电晕。

4.9 在额定频率下的过激磁能力及允许的工频电压升高
4.9.1 在额定频率、额定负载下工频电压升高时的允许持续时间见表9。
表9 工频电压升高时的允许运行持续时间
工频电压升高倍数 相～相 1.05 1.1 1.25 1.5 1.58
相～地 1.05 1.1 1.25 1.9 2.0
持续时间 持续 80%额定容量下持续 20s 1s 0.1s

4.9.2发电机变压器的甩负荷（如果有此要求时）：
用于发电机变压器组的发电机升压变压器，在发电机甩负载时，变压器应能承受1.4倍额定电压、历时5s而不出现异常现象。

4.10变压器承受短路能力
1）变压器电源侧系统表观容量的短路电流（有效值）高压侧 31.5 kA，低压侧31.5 kA。
2）当缺乏系统短路电流计算值时，可按变压器由无限大容量的电源供电，在变压器输出端发生出口短路时，能保持其动、热稳定性能而无损坏和明显变形。
3）热稳定的短路持续时间不得小于2s。

4.11噪声水平：≤ 75 dB（A）。（当冷却装置的风扇、油泵全部投入时，距变压器外廓线2m处测量；或当冷却装置的风扇、油泵不投入运行，距油箱0.3m处测量）。

4.12变压器油箱的机械强度和密封要求
应油箱本体应承受全真空(残压小于133Pa)无永久变形；装在本体上的冷却装置应和油箱一起抽真空。冷却器应进行0.5MPa（散热器0.05MPa）压力试验。

4.13变压器的负载能力
4.13.1对于强油导向冷却的变压器，当满载运行时，全部冷却器退出运行后，允许继续运行时间至少20min。当油面温度不超过75℃时，变压器允许继续运行，但至多不超过1h。（此条不适用）
4.13.2卖方应提供表10所列在不同环境温度下，投入不同数量的冷却器时，变压器允许满负荷运行时间及持续运行的负荷系数。
表10 变压器允许满负荷运行时间及持续运行的负荷系数
投入冷却器数 满负荷运行时间（min） 持续运行的负荷系数
10℃ 20℃ 30℃ 40℃ 10℃ 20℃ 30℃ 40℃



4.13.3对于采用散热器的强油循环冷却方式，风扇运行但泵停运时，变压器具有80%额定负荷的持续运行能力；风扇和泵全停运时，变压器具有60%额定负荷的持续运行能力。（此条不适用）
4.13.4变压器的负载能力应符合GB/T15164《油浸式电力变压器负载导则》的要求，卖方应提供该变压器负载能力计算所需的热特性参数。

4.15耐受直流偏磁能力
在变压器500kV绕组中性点接地回路中存在4A直流偏磁电流下，变压器铁心不应存在局部过热现象，油箱壁振动≤50μm（峰-峰值），噪声增加值≤5dB。

4.16变压器的寿命
变压器在规定的工作条件和负载条件下运行，并按使用说明书进行安装和维护，预期寿命应不少于30年。

5 组部件要求
5.1 套管
5.1.1额定电压：高压 69 kV，低压 35 kV。
5.1.2 额定电流：高压 300 A，低压 600A。
5.1.3 绝缘水平：见表11。
表11 套管绝缘水平
短时工频，湿（有效值，kV） 雷电冲击全波（峰值，kV） 雷电冲击截波（峰值，kV）
高 压 140 325 --
低 压 85 200 --

5.1.6 套管最小爬电距离：高压： 2248 mm 低压：1256mm(均未乘以直径系数)
（当平均直径较大时还应考虑＞300mm时，爬电距离应乘以1.1倍直径系数；当平均直径≥500mm时，爬电距离应乘以1.2倍直径系数，爬电距离/干弧距离＜4）。
5.1.7伞裙应采用大小伞，伞裙的宽度、伞间距应符合IEC60815之规定。
5.1.8 套管干弧距离：高压：≥ mm，低压：≥ mm。
5.1.9瓷套颜色： 。
5.1.10 制造厂应提供测量末屏接地线的引出线连接端子。
5.1.11套管的试验和其他的性能要求应符合GB/T4109规定。

5.2 分接开关（不适用）
5.2.1 型式： 。
5.2.2 制造厂： 。
5.2.3 有载分接开关驱动电机额定功率：（ V， 相， kW， A）。
5.2.4 分接开关的电气寿命不应低于 次，机械寿命不应低于 次。
运行 年或操作 次后才需要检查。
5.2.5 分接开关应符合GB10230、JB/T8637规定。

5.3 冷却装置（如采用自然风冷）
53.1 制造厂： 型式：
5.3.3卖方应提供风扇的电源总功率 kW。
5.3.4风扇电机应为三相、380V。

5.4变压器油
5.4.1变压器油应是符合GB2536规定的环烷基、添加抗氧化剂的新油。
5.4.2卖方应提供合格的新油（包括10%的备用油）。过滤后油的击穿电压≥ 60 kV，tanδ（90℃）≤ 0.3 %；含水量≤ 10 mg/l；含气量≤ 1 %。

6 结构要求
6.1 布置要求
6.1.1变压器套管、储油柜、油箱和冷却器等布置应符合买方的要求。
6.1.2 变压器的铁心、夹件应与油箱绝缘，铁心、夹件的接地引下线分别从装在油箱顶部的套管引出后一并在油箱下部与油箱连接。
6.1.3运输安装限值：当变压器因安装、运输等原因对尺寸和质量有特殊要求时，应提供以下数据：
1）安装尺寸：长： m，宽： m，高： m。
2）运输尺寸：长： m，宽： m，高： m。
3）运输质量： kg。

6.2铁心和绕组
6.2.1铁心应采用优质、低耗的晶粒取向冷轧硅钢片，用先进方法叠装和紧固，使变压器铁心不致因运输和运行中的振动而松动。
6.2.2全部绕组均应采用铜导线，优先采用半硬铜导线。导线间应有足够的换位，以使附加损耗降至最低，换位导线应采用自粘性连续换位导线。绕组应有良好的冲击电压波分布，不宜采用加避雷器方式限制过电压；使用场强应严格控制，采用耐热、高密度、灰份低的绝缘纸作为匝间绝缘，确保绕组内不发生局部放电和绝缘击穿。应对绕组漏磁通进行控制，避免在绕组引线和其他金属构件上产生局部过热。
6.2.3绕组应适度加固，引线应充分紧固，器身形成紧固的整体，使其具有足够的短路承受能力。在运输、振动和运行中外部短路时不发生相对位移。
6.2.4绕组内部应有较均匀的油流分布，铁心级间迭片也应留有适当的冷却油道，并使油路通畅，避免绕组和铁心产生局部过热。
6.2.5变压器应能承受运输中的冲撞，当冲撞加速度不大于3g时，应无任何松动、变形和损坏。
6.2.6应考虑直流偏磁作用下产生振动而导致结构件的松动。

6.3储油柜
6.3.1储油柜选用金属波纹储油柜。
6.3.2套管升高座等处积集气体应通过带坡度的集气总管引向气体继电器，再引至储油柜。在气体继电器水平管路的两侧加蝶阀。
6.3.3储油柜应装有油位计（带高、低油位时供报警的密封接点）、放气塞、排气管、排污管、进油管、吊攀和人孔。

6.4油箱
6.4.1变压器油箱的顶部不应形成积水，油箱内部不应有窝气死角。
6.4.2变压器应能在其主轴线和短轴线方向在平面上滑动或在管子上滚动，油箱上应有用于双向拖动的拖耳。变压器底座与基础的固定方法，应经买方认可。
6.4.3所有法兰的密封面应平整，密封垫应有合适的限位，防止密封垫过度承压、龟裂老化造成渗漏。
6.4.4油箱上应设有温度计座、接地板、吊攀和千斤顶支架等。
6.4.5油箱上应装有梯子，梯子下部有一个可以锁住踏板的挡板，梯子位置应便于对气体继电器的检查和采集气样。
6.4.6变压器油箱应装有下列阀门：
1）进油阀和排油阀（在变压器上部和下部应成对角线布置）；
2）油样阀（取样阀的结构和位置应便于取样，上中下各一个）。
6.4.7变压器应装油带报警接点的压力释放装置，每台变压器至少2个，直接安装在油箱两端；当穿越性短路电流通过变压器时，压力释放装置不应动作；
6.4.8 气体继电器重瓦斯接点不应因为气体的积累而误动；具有引至地面的取气管。

6.5冷却装置
6.5.1冷却装置应采用低噪音的风扇。
6.5.2变压器的冷却装置应按负载和温度情况，自动逐台投切相应数量的风扇，且该装置可在变压器旁就地手动操作，也可在控制室中遥控。
6.5.3当切除故障冷却装置时，备用冷却装置应自动投入运行。
6.5.4冷却装置应有使两组相互备用的供电电源彼此切换的装置。当冷却装置电源发生故障或电压降低时，自动投入备用电源。
6.5.5 当投入备用电源、备用冷却装置，切除冷却器和损坏的风扇电机时，均应发出信号。
6.5.6当需要时，备用冷却装置也可投入运行，即全部冷却装置（包括备用）投入运行。

6.6套管
6.6.1采用导杆式电容型并应有试验用端子。
6.6.2套管应不渗漏，对油浸式套管并应有易于从地面检查油位的油位指示器。
6.6.3每个套管应有一个可变化方向的平板式接线端子，以便于安装与电网的联接线。

6.7有载（或无励磁）分接开关
6.7.1有载分接开关（不适用）
6.7.1.1有载分接开关应是高速转换电阻式，共分 6 级。
6.7.1.2分接开关应布置在旁轭的外侧。
6.7.1.3有载分接开关的切换装置应装于与变压器主油箱分隔且不渗漏的油室里。其中的切换开关芯子可单独吊出检修。
6.7.1.4开关切换油室的油应能在带电情况下进行滤油处理。有载分接开关切换油室应有单独的储油柜、呼吸器、压力释放装置和保护用继电器等（气体继电器或压力突变继电器）。
6.7.1.5有载分接开关的驱动电机及其附件应装于耐候性好的控制柜内。
6.7.1.6有载分接开关应能远距离操作，也可在变压器旁就地手动操作。应具备累计切换次数的动作记录器和分接位置指示器。控制电路应有计算机接口。
6.7.1.7有载分接开关切换开关油室应能经受0.05MPa压力的油压试验，历时1h无渗漏。

6.7.2 无励磁分接开关
6.7.2.1无励磁分接开关应设置在变压器的中压侧出线端，应能在停电情况下进行分接头切换，共有5档可调。
6.7.2.2无励磁分接开关应能在不吊油箱的情况下方便地进行维护和检修。
6.7.2.3应带有外部的操作机构用于手动操作。该装置应具有安全闭锁功能，以防止带电误操作和分接头未合在正确的位置时投运。此外，该装置还应具有位置接点（远方和就地），以便操作运行人员能在现场和控制室看到分接头的位置指示。
6.7.2.4无励磁分接开关的分接头的引线和连线的布线设计应能承受暂态过电压。且应防止由于引线通过短路电流时产生的电动力使开关移动受力。

6.8变压器的报警和跳闸保护接点
变压器应有下表所列报警和跳闸接点：
序号 接点名称 报警或跳闸 电源电压（V）（DC） 接点容量
（VA） 输出4-20mA
1 主油箱气体继电器 轻故障报警
重故障跳闸
2 压力突变继电器 跳闸
3 主油箱油位计 报警
4 主油箱压力释放装置 报警或跳闸
5 油温指示器 报警
6 冷却器故障（由冷却器控制柜） 报警
7 油流继电器信号（由冷却器控制柜） 报警
8 冷却器交流电源故障 报警
9 绕组温度指示器 报警
10 有载分接开关压力突变继电器 跳闸
11 有载分接开关切换油室的压力释放装置 报警
12 有载分接开关的油位计 报警
13 有载分接开关拒动指示（由驱跳机构控制） 报警

6.9 绕组测温和油温测量装置
变压器应配备绕组测温和油温测量装置。绕组测温应能反映绕组的平均温升，油温测量应不少于两个监测点。上述温度变量除在变压器本体上可观测外，尚应能将该信号送出。
绕组测温电流互感器应设于高压侧套管。

6.10控制柜和端子接线箱
6.10.1控制柜和端子接线箱应设计合理，采用不锈钢材料，有可靠的防潮、防水措施，室外放置其防护等级为IP54。控制柜为地面式布置。
6.10.2控制柜和端子接线箱的安装高度应便于在地面上进行就地操作和维护。
6.10.3控制柜应有足够的接线端子以便连接控制、保护、报警信号和电流互感器引线等的内部引线，并应留有15%的备用端子，接线端子采用铜质端子。所有外部接线端子包括备用端子均应为线夹式。控制跳闸的接线端子之间及与其它端子间均应留有一个空端子，或采用其他隔离措施，以免因短接而引起误跳闸。
6.10.4控制柜和端子接线箱内应有可开闭的照明设施，并应有适当容量的交流220V的加热器，以防止柜内发生水气凝结。控制柜和端子接线箱内设电源插座（单相，10A，220V，AC）。
6.10.5变压器二次引出线应采取防锈、防老化等相应保护措施。 子产品中都要用到，它原理简单但根据不同的使用场合（不同的用途）变压器的绕制工艺会有所不同的要求。变压器的功能主要有：电压变换；阻抗变换；隔离；稳压（磁饱和变压器）等，变压器常用的铁芯形状一般有E型和C型铁芯。

变压器 - 发展

1831年英国物理学家M.法拉第最早进行变压器实验。1888年美国N.特斯拉取得多相感应电动机的专利后，将变压器应用于电力传输系统中。

1892年英国的J.A.弗莱明撰写的第一本关于变压器的专著于伦敦出版，1904年他又发明了真空二极管，对整流变压器在电子电路中的应用起到促进作用。

20年代，无线电广播事业兴起，小型电源变压器和音频变压器广泛应用于各类收音机中。脉冲变压器的应用与30年代后雷达与电视的发展密切相关。

变压器 - 结构

变压器由铁芯和绕组组成，有时还要加屏蔽。铁芯是变压器磁路的主体，它的结构形式有芯式及壳式两类。芯式铁芯的优点是散热面积大，适用于较大功率；采用双绕组芯式铁芯时,外界磁场的干扰电势可互相抵消,因此这种结构适用于低电平输入变压器。壳式的优点是结构简单，但体积较大，一般用于小功率电源变压器。环形（属芯式）和盒形（属壳式）磁路无空气隙，所以漏磁小，受外界干扰也小，更适用于较高频率。

绕组由漆包线和绝缘材料构成，应具有足够的抗电强度及耐热性。绕法有一般、交叉、分段、环形绕法等。适当选择绕法可降低分布电容和减小漏感。
类型和应用　电子电路中应用的变压器类型很多，根据频率区分有电源变压器、音频变压器和脉冲变压器。
电源变压器 　用于各种电子设备和仪器。初级接入电源，次级可有多个输出不同电压的绕组。
音频变压器 　主要作级间耦合、阻抗匹配和功率传输等。音频变压器包括话筒变压器、输入及输出变压器、级间变压器、隔离变压器等。这种变压器的频率响应好，对工作于音频低端的主电感量要大；工作于音频高端的漏感量和分布电容要小。可选择导磁率较高的磁芯和采用分段和交叉绕法等措施来实现。
脉冲变压器 　用于计算机、雷达、电视等的脉冲电路中。主要用作脉冲电压幅度变换、阻抗匹配、脉冲功率输出等。当输入为矩形脉冲时，漏感和分布电容将影响脉冲前沿抖动，而分布电容和初级电感量有可能在后沿引起振荡；如脉冲宽度较大，则主电感量的大小将是主要的影响因素。为此，要想从次级获得小失真和最低功耗的脉冲输出，对铁芯的选择和绕组结构的要求都应比音频变压器严格，脉冲重复频率越高，要求也越严。
变压器的发展方向是：采用质量更高的磁性材料，如更薄的晶粒取向硅钢带材、超高导磁率的镍铁合金等；进一步改革结构以提高脉冲变压器单位体积内的输出功率和使用频率上限；采用耐更高温、绝缘性能更为优良的导线等。

组成部分

变压器的主要部件有：
(1)器身：包括铁心、绕组、绝缘部件及引线。
(2)调压装置：即分接开关，分为无励磁调压和有载调压
(3)油箱及冷却装置。
(4)保护装置：包括储油柜、安全气道、吸湿器、气体继电器、净油器和测温装置等。
(5)绝缘套管。

变压器 - 材料

要绕制一个变压器我们必须对与变压器有关的材料要有一定的认识，为此这里我就介绍一下这方面的知识。
1、铁芯材料

变压器使用的铁芯材料是铁片中加入硅能降低钢片的导电性，增加电阻率，它可减少涡流，使其损耗减少。我们通常称为加了硅的钢片为硅钢片，变压器的质量所用的硅钢片的质量有很大的关系，硅钢片的质量通常用磁通密度B来表示，一般黑铁片的B值为6000-8000、低硅片为9000-11000，高硅片为12000-16000，

2、绕制变压器通常用的材料
漆包线，纱包线，丝包线 纸包线，最常用的漆包线。对于导线的要求，是导电性能好，绝缘漆层有足够耐热性能，并且要有一定的耐腐蚀能力。一般情况下最好用QZ型号的高强度的聚脂漆包线。

3、绝缘材料
在绕制变压器中，线圈框架层间的隔离、绕阻间的隔离，均要使用绝缘材料，一般的变压器框架材料可用酚醛纸板制作，环氧板，或纸板。层间可用聚脂薄膜，电话纸，6520复合纸等作隔离，绕阻间可用黄腊布，或亚胺膜作隔离。

4、浸渍材料
变压器绕制好后，还要过最后一道工序，就是浸渍绝缘漆，它能增强变压器的机械强度、提高绝缘性能、延长使用寿命，一般情况下，可采用甲酚清漆作为浸渍材料 或1032绝缘漆，树脂漆。

常用变压器的种类及特点
一般常用变压器的分类可归纳如下：
　　(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：依靠空气对流进行冷却，一般用于局部照明、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%，是目前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的地方。
　　(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 - 原理

当一个正弦交流电压U1加在初级线圈两端时，导线中就有交变电流I1并产生交变磁通ф1，它沿着铁芯穿过初级线圈和次级线圈形成闭合的磁路。在次级线圈中感应出互感电势U2，同时ф1也会在初级线圈上感应出一个自感电势E1，E1的方向与所加电压U1方向相反而幅度相近，从而限制了I1的大小。为了保持磁通ф1的存在就需要有一定的电能消耗，并且变压器本身也有一定的损耗，尽管此时次级没接负载，初级线圈中仍有一定的电流，这个电流我们称为“空载电流”。

如果次级接上负载，次级线圈就产生电流I2，并因此而产生磁通ф2，ф2的方向与ф1相反，起了互相抵消的作用，使铁芯中总的磁通量有所减少，从而使初级自感电压E1减少，其结果使I1增大，可见初级电流与次级负载有密切关系。当次级负载电流加大时I1增加，ф1也增加，并且ф1增加部分正好补充了被ф2所抵消的那部分磁通，以保持铁芯里总磁通量不变。如果不考虑变压器的损耗，可以认为一个理想的变压器次级负载消耗的功率也就是初级从电源取得的电功率。变压器能根据需要通过改变次级线圈的圈数而改变次级电压，但是不能改变允许负载消耗的功率。

理想变压器的原理

理想变压器的两个基本公式是：
（1）U1/U2=N1/N2 ，即对同一变压器的任意两个线圈，都有电压和匝数成正比。
（2）P入=P出，即无论有几个副线圈在工作，变压器的输入功率总等于所有输出功率之和。虽然变压器从原理上讲是这样的
制作变压器的原理： 在发电机中，不管是线圈运动通过磁场或磁场运动通过固定线圈，均能在线圈中感应电势，此两种情况，磁通的值均不变，但与线圈相交链的磁通数量却有变动，这是互感应的原理。变压器就是一种利用电磁互感应，变换电压，电流和阻抗的器件。  简单讲变压器原理：
不妨拆开一个废旧的收音机中的变压器。可以看到，变压器里面主要是一块钢铁周围绕着两组铜线。这块钢铁称为铁芯，它是用软磁材料做的。铜线称为线圈，其中一组用来连接输入电流，称为初级线圈（N1），另一个连接后面的用电器，称为次级线圈（N2）。
如果N1通过一个交流电，那么它就会产生一个变换的磁场H，这样，铁芯处于磁场中会被磁化，产生变换的磁矩M。磁矩和磁场的和称为磁通B。可以想象初级线圈通过交流电后会在铁芯中产生来回变化的磁力线。
另一方面，次级线圈N2也是套在铁芯上的。根据电磁感应原理我们又知道，N2中间的面积中磁力线的变化一定会在N2中感生一个感应电压。如果N2后面接着用电器，那么N2中就会流过电流。这样，通过铁芯内部的变化的磁力线，电就从初级线圈传到了次级线圈。
变压器初级和次级线圈的电压和电流大小有固定的关系：电压和线圈的匝数成正比，而电流和匝数的平方成反比。这样，通过变压器，就实现了电压和电流的变换。
变压器原理虽然简单，但是变压器的形式却多种多样，大变压器可重达数十吨，而小变压器比钮扣还小。

原理演示

变压器
变压器的基本原理是电磁感应原理，现以单相双绕组变压器为例说明其基本工作原理（如上图）：当一次侧绕组上加上电压Ú1时，流过电流Í1，在铁芯中就产生交变磁通Ø1，这些磁通称为主磁通，在它作用下，两侧绕组分别感应电势É1，É2，感应电势公式为：E=4.44fNØm
式中：E--感应电势有效值
    f--频率
    N--匝数
    Øm--主磁通最大值
由于二次绕组与一次绕组匝数不同，感应电势E1和E2大小也不同，当略去内阻抗压降后，电压Ú1和Ú2大小也就不同。
当变压器二次侧空载时，一次侧仅流过主磁通的电流（Í0），这个电流称为激磁电流。当二次侧加负载流过负载电流Í2时，也在铁芯中产生磁通，力图改变主磁通，但一次电压不变时，主磁通是不变的，一次侧就要流过两部分电流，一部分为激磁电流Í0，一部分为用来平衡Í2，所以这部分电流随着Í2变化而变化。当电流乘以匝数时，就是磁势。
上述的平衡作用实质上是磁势平衡作用，变压器就是通过磁势平衡作用实现了一、二次侧的能量传递。

变压器 - 分类

小功率的三相R型电源变压器

按冷却方式分类：干式（自冷）变压器、油浸（自冷）变压器、氟化物（蒸发冷却）变压器。
按防潮方式分类：开放式变压器、灌封式变压器、密封式变压器。
按铁芯或线圈结构分类：芯式变压器（插片铁芯、C型铁芯、铁氧体铁芯）、壳式变压器（插片铁芯、C型铁芯、铁氧体铁芯）、环型变压器、金属箔变压器。
按电源相数分类：单相变压器、三相变压器、多相变压器。按用途分类：电源变压器、调压变压器、音频变压器、中频变压器、高频变压器、脉冲变压器。
按用途分类：电源变压器、调压变压器、音频变压器、中频变压器、高频变压器、脉冲变压器。

变压器 - 基本型式

 变压器的最基本型式，包括两组绕有导线之线圈，并且彼此以电感方式称合一起。当一交流电流(具有某一已知频率)流于其中之一组线圈时，于另一组线圈中将感应出具有相同频率之交流电压，而感应的电压大小取决于两线圈耦合及磁交链之程度。

一般指连接交流电源的线圈称之为「一次线圈」(Primary coil);而跨于此线圈的电压称之为「一次电压.」。在二次线圈的感应电压可能大于或小于一次电压，是由一次线圈与二次线圈问的「匝数比」所决定的。因此，变压器区分为升压与降压变压器两种。

大部份的变压器均有固定的铁芯，其上绕有一次与二次的线圈。基于铁材的高导磁性，大部份磁通量局限在铁芯里，因此，两组线圈藉此可以获得相当高程度之磁耦合。在一些变压器中，线圈与铁芯二者间紧密地结合，其一次与二次电压的比值几乎与二者之线圈匝数比相同。因此，变压器之匝数比，一般可作为变压器升压或降压的参考指标。由于此项升压与降压的功能，使得变压器已成为现代化电力系统之一重要附属物，提升输电电压使得长途输送电力更为经济，至于降压变压器，它使得电力运用方面更加多元化，吾人可以如是说，倘无变压器，则现代工业实无法达到目前发展的现况。

电子变压器除了体积较小外，在电力变压器与电子变压器二者之间，并没有明确的分界线。一般提供60Hz电力网络之电源均非常庞大，它可能是涵盖有半个洲地区那般大的容量。电子装置的电力限制，通常受限于整流、放大，与系统其它组件的能力，其中有些部份属放大电力者，但如与电力系统发电能力相比较，它仍然归属于小电力之范围。

各种电子装备常用到变压器，理由是：提供各种电压阶层确保系统正常操作;提供系统中以不同电位操作部份得以电气隔离;对交流电流提供高阻抗，但对直流则提供低的阻抗;在不同的电位下，维持或修饰波形与频率响应。「阻抗」其中之一项重要概念，亦即电子学特性之一，其乃预设一种设备，即当电路组件阻抗系从一阶层改变到另外的一个阶层时，其间即使用到一种设备-变压器。

对于电子装置而言，重量和空间通常是一项努力追求之目标，至于效率、安全性与可靠性，更是重要的考虑因素。变压器除了能够在一个系统里占有显著百分比的重量和空间外，另一方面在可靠性方面，它亦是衡量因子中之一要项。 因为上述与其它应用方面的差别，使得电力变压器并不适合应用于电子电路上.

对不同类型的变压器都有相应的技术要求，可用相应的技术参数表示.如电源变压器的主要技述参数有：额定功率、额定电压和电压比、额定频率、工作温度等级、温升、电压调整率、绝缘性能和防潮性能，对于一般低频变压器的主要技述参数是：变压比、频率特性、非线性失真、磁屏蔽和静电屏蔽、效率等.

A.电压比

变压器两组线圈圈数分别为N1和N2，N1为初级，N2为次级.在初级线圈上加一交流电压，在次级线圈两端就会产生感应电动势.当N2>N1时，其感应电动势要比初级所加的电压还要高，这种变压器称为升压变压器：当N2　　式中n称为电压比(圈数比).当n<1时，则N1>N2，V1>V2，该变压器为降压变压器.反之则为升压变压器.

B.变压器的效率

在额定功率时，变压器的输出功率和输入功率的比值，叫做变压器的效率，即
　　η=(P2÷P1)x100%
式中η为变压器的效率;P1为输入功率，P2为输出功率.
当变压器的输出功率P2等于输入功率P1时，效率η等于100%，变压器将不产生任何损耗.但实际上这种变压器是没有的.变压器传输电能时总要产生损耗，这种损耗主要有铜损和铁损.
铜损是指变压器线圈电阻所引起的损耗.当电流通过线圈电阻发热时，一部分电能就转变为热能而损耗.由于线圈一般都由带绝缘的铜线缠绕而成，因此称为铜损.

变压器的铁损包括两个方面.一是磁滞损耗，当交流电流通过变压器时，通过变压器硅钢片的磁力线其方向和大小随之变化，使得硅钢片内部分子相互摩擦，放出热能，从而损耗了一部分电能，这便是磁滞损耗.另一是涡流损耗，当变压器工作时.铁芯中有磁力线穿过，在与磁力线垂直的平面上就会产生感应电流，由于此电流自成闭合回路形成环流，且成旋涡状，故称为涡流.涡流的存在使铁芯发热，消耗能量，这种损耗称为涡流损耗. 变压器的效率与变压器的功率等级有密切关系，通常功率越大，损耗与输出功率就越小，效率也就越高.反之，功率越小，效率也就越低.

Ｃ变压器的功率

变压器铁心磁通和施加的电压有关。在电流中励磁电流不会随着负载的增加而增加。虽然负载增加铁心不会饱和，将使线圈的电阻损耗增加，超过额定容量由于线圈产生的热量不能及时的散出，线圈会损坏，假如你用的线圈是由超导材料组成，电流增大不会引起发热，但变压器内部还有漏磁引起的阻抗，但电流增大，输出电压会下降，电流越大，输出电压越低，所以变压器输出功率不可能是无限的。假如你又说了，变压器没有阻抗，那么当变压器流过电流时会产生特别大电动力，很容易使变压器线圈损坏，虽然你有了一台功率无限的变压器但不能用。只能这样说，随着超导材料和铁心材料的发展，相同体积或重量的变压器输出功率会增大，但不是无限大！

变压器 - 损耗

 当变压器的初级绕组通电后，线圈所产生的磁通在铁芯流动，因为铁芯本身也是导体，在垂直于磁力线的平面上就会感应电势，这个电势在铁芯的断面上形成闭合回路并产生电流，好像p一个旋涡所以称为“涡流”。这个“涡流”使变压器的损耗增加，并且使变压器的铁芯发热变压器的温升增加。由“涡流”所产生的损耗我们称为“铁损”。另外要绕制变压器需要用大量的铜线，这些铜导线存在着电阻，电流流过时这电阻会消耗一定的功率，这部分损耗往往变成热量而消耗，我们称这种损耗为“铜损”。所以变压器的温升主要由铁损和铜损产生的。 由于变压器存在着铁损与铜损，所以它的输出功率永远小于输入功率，为此我们引入了一个效率的参数来对此进行描述，η=输出功率/输入功率。

变压器 - 参数

1工作频率
变压器铁芯损耗与频率关系很大，故应根据使用频率来设计和使用，这种频率称工作频率。
2额定功率
在规定的频率和电压下，变压器能长期工作，而不超过规定温升的输出功率。
3额定电压
指在变压器的线圈上所允许施加的电压，工作时不得大于规定值。
4电压比
指变压器初级电压和次级电压的比值，有空载电压比和负载电压比的区别。
5空载电流 
变压器次级开路时，初级仍有一定的电流，这部分电流称为空载电流。空载电流由磁化电流（产生磁通）和铁损电流（由铁芯损耗引起）组成。对于50Hz电源变压器而言，空载电流基本上等于磁化电流。
6空载损耗：
指变压器次级开路时，在初级测得功率损耗。主要损耗是铁芯损耗，其次是空载电流在初级线圈铜阻上产生的损耗（铜损），这部分损耗很小。
7效率
指次级功率P2与初级功率P1比值的百分比。通常变压器的额定功率愈大，效率就愈高。
8绝缘电阻
表示变压器各线圈之间、各线圈与铁芯之间的绝缘性能。绝缘电阻的高低与所使用的绝缘材料的性能、温度高低和潮湿程度有关。

变压器 - 绝缘等级

变压器的绝缘等级，并不是绝缘强度的概念，而是允许的温升的标准，即绝缘等级是指其所用绝缘材料的耐热等级，分A、E、B、F、H级。绝缘的温度等级分为 A级 E级 B级 F级 H级。各绝缘等级具体允许温升标准如下：
最高允许温度（℃） 105 120 130 155 180
绕组温升限值（K） 60 75 80 100 125
性能参考温度（℃） 80 95 100 120 145

变压器 - 音频变压器和高频变压器特性参数

1频率响应
指变压器次级输出电压随工作频率变化的特性。
2通频带
如果变压器在中间频率的输出电压为U0，当输出电压（输入电压保持不变）下降到0.707U0时的频率范围，称为变压器的通频带B。
3初、次级阻抗比
变压器初、次级接入适当的阻抗Ro和Ri，使变压器初、次级阻抗匹配，则Ro和Ri的比值称为初、次级阻抗比。在阻抗匹配的情况下，变压器工作在最佳状态，传输效率最高。

变压器 - 相关知识

怎样判别电源变压器参数

电源变压器标称功率、电压、电流等参数的标记，日久会脱落或消失。有的市售变压器根本不标注任何参数。这给使用带来极大不便。下面介绍无标记电源变压器参数的判别方法。此方法对选购电源变压器也有参考价值。
一、识别电源变压器
１． 从外形识别 常用电源变压器的铁芯有Ｅ形和Ｃ形两种。Ｅ形铁芯变压器呈壳式结构（铁芯包裹线圈），采用Ｄ４１、Ｄ４２优质硅钢片作铁芯，应用广泛。Ｃ形铁芯变压器用冷轧硅钢带作铁芯，磁漏小，体积小，呈芯式结构（线圈包裹铁芯）。
２． 从绕组引出端子数识别 电源变压器常见的有两个绕组，即一个初级和一个次级绕组，因此有四个引出端。有的电源变压器为防止交流声及其他干扰，初、次级绕组间往往加一屏蔽层，其屏蔽层是接地端。因此，电源变压器接线端子至少是４个。
３． 从硅钢片的叠片方式识别 Ｅ形电源变压器的硅钢片是交*插入的，Ｅ片和Ｉ片间不留空气隙，整个铁芯严丝合缝。音频输入、输出变压器的Ｅ片和Ｉ片之间留有一定的空气隙，这是区别电源和音频变压器的最直观方法。至于Ｃ形变压器，一般都是电源变压器。
二、功率的估算
电源变压器传输功率的大小，取决于铁芯的材料和横截面积。所谓横截面积，不论是Ｅ形壳式结构，或是Ｅ形芯式结构（包括Ｃ形结构），均是指绕组所包裹的那段芯柱的横断面（矩形）面积。在测得铁芯截面积Ｓ之后，即可按Ｐ＝Ｓ2／１．５估算出变压器的功率Ｐ。式中Ｓ的单位是ｃｍ2。
例如：测得某电源变压器的铁芯截面积Ｓ＝７ｃｍ2，估算其功率，得Ｐ＝Ｓ2／１．５＝７2／１．５＝３３Ｗ剔除各种误差外，实际标称功率是３０Ｗ。
三、各绕组电压的测量
要使一个没有标记的电源变压器利用起来，找出初级的绕组，并区分次级绕组的输出电压是最基本的任务。现以一实例说明判断方法。
例：已知一电源变压器，共１０个接线端子。试判断各绕组电压。
第一步：分清绕组的组数，画出电路图。
用万用表Ｒ×１挡测量，凡相通的端子即为一个绕组。现测得：两两相通的有３组，三个相通的有１组，还有一个端子与其他任何端子都不通。照上述测量结果，画出电路图，并编号。
从测量可知，该变压器有４个绕组，其中标号⑤、⑥、⑦的是一带抽头的绕组，⑩号端子与任一绕组均不相通，是屏蔽层引出端子。
第二步：确定初级绕组。
对于降压式电源变压器，初级绕组的线径较细，匝数也比次级绕组多。因此，像图４这样的降压变压器，其电阻最大的是初级绕组。
第三步：确定所有次级绕组的电压。
在初级绕组上通过调压器接入交流电，缓缓升压直至２２０Ｖ。依次测量各绕组的空载电压，标注在各输出端。如果变压器在空载状态下较长时间不发热，说明变压器性能基本完好，也进一步验证了判定的初级绕组是正确的。
四、各次级绕组最大电流的确定
变压器次级绕组输出电流取决于该绕组漆包线的直径Ｄ。漆包线的直径可从引线端子处直接测得。测出直径后，依据公式Ｉ＝２Ｄ2，可求出该绕组的最大输出电流。式中Ｄ的单位是ｍｍ。

变压器并列运行条件分析

变压器并列运行条件包括各变压器电压相等、变压器联结组别相同、各变压器短路电压相同、各变压器希望输出电流同相位等。

１.变比相等(既电压相等)

各变压器的原绕组额定电压必须相等，副绕组额定电压亦须相同。这样，各变压器之间没有电压差，不会形成平衡电流。目的是避免在并联变压器所构成的回路中产生环流。环流大，导致Σp增大，效率下降。

２.联结组别相同

联结组别一致，保证了副边电压的相位一致。若Y／Y-12和Y／Δ-11并联，设变比已相同， 相势也相等(E2A=E2B)，但相位差30°，ΔE2作用于“回路”产生环流。

３.各变压器的短路电压都相同(阻抗相等)，短路电压相等时，负载方能按变压器的容量自行按比例分配，短路电压不等，则往往造成容量小的变压器过载，而容量大的变压器负载不足，大大影响了并联运行的经济效果。

４.希望输出电流同相位

只有如此，才能使整个并联组可以得到最大的输出电流，各台变压器的装机容量才能得到充分应用。

变压器的额定容量

变压器的主要作用是传输电能，因此，变压器的额定容量是变压器的主要参数。变压器的额定容量是一个表现功率的惯用值，它是表征传输电能的大小，以kVA或MVA表示，当对变压器施加额定电压时，根据它来确定在规定条件下不超过温升限值的额定电流。

变压器的容量大小与电压等级也是密切相关的。电压低，容量大时电流大，损耗增大；电压高，容量小时绝缘比例过大，变压器尺寸相对增大，因此，电压低的容量必小，电压高的容量必大。

双绕组变压器的额定容量即为绕组的额定容量，（由于变压器的效率很高，通常一，二次侧的额定容量设计成相等）。多绕组变压器应对每个绕组的额定容量加以规定。其额定容量为量大的绕组额定容量；当变压器容量由冷却方式而变更时，则额定容量是指量大的容量。

我国1967年以前变压器的额定容量等级是按R8=8≈1.33倍数增加的R8容量系列。现在变压器的额定容量等级是按≈1.26的倍数增加的，如容量有100、125、160、200……kVA等，只有30 kVA和63000 kVA以外的容量等级与优先数系有所不同。