變壓器

變壓器（Transformer）是利用電磁感應(yīng)的原理來改變交流電壓的裝置，主要構(gòu)件是初級線圈、次級線圈和鐵芯（磁芯）。主要功能有：電壓變換、電流變換、阻抗變換、隔離、穩(wěn)壓（磁飽和變壓器）等。按用途可以分為：電力變壓器和特殊變壓器（電爐變、整流變、工頻試驗變壓器、調(diào)壓器、礦用變、音頻變壓器、中頻變壓器、高頻變壓器、沖擊變壓器、儀用變壓器、電子變壓器、電抗器、互感器等）。電路符號常用T當(dāng)作編號的開頭.例: T01, T201等。

變壓器由鐵芯（或磁芯）和線圈組成，線圈有兩個或兩個以上的繞組，其中接電源的繞組叫初級線圈，其余的繞組叫次級線圈。它可以變換交流電壓、電流和阻抗。最簡單的鐵心變壓器由一個軟磁材料做成的鐵心及套在鐵心上的兩個匝數(shù)不等的線圈構(gòu)成，如圖所示。

鐵心的作用是加強(qiáng)兩個線圈間的磁耦合。為了減少鐵內(nèi)渦流和磁滯損耗，鐵心由涂漆的硅鋼片疊壓而成;兩個線圈之間沒有電的聯(lián)系，線圈由絕緣銅線（或鋁線）繞成。一個線圈接交流電源稱為初級線圈（或原線圈），另一個線圈接用電器稱為次級線圈（或副線圈）。實際的變壓器是很復(fù)雜的，不可避免地存在銅損（線圈電阻發(fā)熱）、鐵損（鐵心發(fā)熱）和漏磁（經(jīng)空氣閉合的磁感應(yīng)線）等，為了簡化討論這里只介紹理想變壓器。理想變壓器成立的條件是：忽略漏磁通，忽略原、副線圈的電阻，忽略鐵心的損耗，忽略空載電流（副線圈開路原線圈線圈中的電流）。例如電力變壓器在滿載運行時（副線圈輸出額定功率）即接近理想變壓器情況。

變壓器是利用電磁感應(yīng)原理制成的靜止用電器。當(dāng)變壓器的原線圈接在交流電源上時，鐵心中便產(chǎn)生交變磁通，交變磁通用φ表示。原、副線圈中的φ是相同的，φ也是簡諧函數(shù)，表為φ=φmsinωt。由法拉第電磁感應(yīng)定律可知，原、副線圈中的感應(yīng)電動勢為e1=-N1dφ/dt、e2=-N2dφ/dt。式中N1、N2為原、副線圈的匝數(shù)。由圖可知U1=-e1，U2=e2（原線圈物理量用下角標(biāo)1表示，副線圈物理量用下角標(biāo)2表示），其復(fù)有效值為U1=-E1=jN1ωΦ、U2=E2=-jN2ωΦ，令k=N1/N2，稱變壓器的變比。由上式可得U1/ U2=-N1/N2=-k，即變壓器原、副線圈電壓有效值之比，等于其匝數(shù)比而且原、副線圈電壓的位相差為π。

電力變壓器是發(fā)電廠和變電所的主要設(shè)備之一。變壓器的作用是多方面的不僅能升高電壓把電能送到用電地區(qū)，還能把電壓降低為各級使用電壓，以滿足用電的需要?？傊?，升壓與降壓都必須由變壓器來完成。在電力系統(tǒng)傳送電能的過程中，必然會產(chǎn)生電壓和功率兩部分損耗，在輸送同一功率時電壓損耗與電壓成反比，功率損耗與電壓的平方成反比。利用變壓器提高電壓，減少了送電損失。

變壓器是由繞在同一鐵芯上的兩個或兩個以上的線圈繞組組成，繞組之間是通過交變磁場而聯(lián)系著并按電磁感應(yīng)原理工作。變壓器安裝位置應(yīng)考慮便于運行、檢修和運輸，同時應(yīng)選擇安全可靠的地方。在使用變壓器時必須合理地選用變壓器的額定容量。變壓器空載運行時，需用較大的無功功率。這些無功功率要由供電系統(tǒng)供給。變壓器的容量若選擇過大，不但增加了初投資，而且使變壓器長期處于空載或輕載運行，使空載損耗的比重增大，功率因數(shù)降低，網(wǎng)絡(luò)損耗增加，這樣運行既不經(jīng)濟(jì)又不合理。變壓器容量選擇過小，會使變壓器長期過負(fù)荷，易損壞設(shè)備。因此，變壓器的額定容量應(yīng)根據(jù)用電負(fù)荷的需要進(jìn)行選擇，不宜過大或過小。

準(zhǔn)確的說儀用變壓器是一種電壓互感器。儀用變壓器包括:電流互感器、電壓互感器，它是一種特殊用途的變壓器，主要兩大用途是：一是用來測量電工儀表的量程，二是測量機(jī)繼電保護(hù)裝置，可以用來隔離保護(hù)高流電壓、大電流等，使電流變成低壓、小電流繼續(xù)工作，起到小型電力變壓的作用，作為信號自動裝置和控制回路及繼電保護(hù)的使用。

電壓互感器的作用是：把高電壓按比例關(guān)系變換成100V或更低等級的標(biāo)準(zhǔn)二次電壓，供保護(hù)、計量、儀表裝置使用。同時，使用電壓互感器可以將高電壓與電氣工作人員隔離。電壓互感器雖然也是按照電磁感應(yīng)原理工作的設(shè)備，但它的電磁結(jié)構(gòu)關(guān)系與電流互感器相比正好相反。電壓互感器二次回路是高阻抗回路，二次電流的大小由回路的阻抗決定。當(dāng)二次負(fù)載阻抗減小時，二次電流增大，使得一次電流自動增大一個分量來滿足一、二次側(cè)之間的電磁平衡關(guān)系?？梢哉f，電壓互感器是一個被限定結(jié)構(gòu)和使用形式的特殊變壓器。簡單的說就是“檢測元件”。

在測量交變電流的大電流時，為便于二次儀表測量，需要轉(zhuǎn)換為比較統(tǒng)一的電流（我國規(guī)定電流互感器的二次額定為5A或1A），另外線路上的電壓都比較高如直接測量是非常危險的。電流互感器就起到變流和電氣隔離作用。 它是電力系統(tǒng)中測量儀表、繼電保護(hù)等二次設(shè)備獲取電氣一次回路電流信息的傳感器，電流互感器將高電流按比例轉(zhuǎn)換成低電流，電流互感器一次側(cè)接在一次系統(tǒng)，二次側(cè)接測量儀表、繼電保護(hù)等。

1.絕緣筒式試驗變壓器：成套設(shè)備配套性強(qiáng)，電壓容量系列齊全，功能完善;阻抗電壓低，系統(tǒng)阻抗不大于5%，滿足交流污穢試驗要求;采用快速電子保護(hù)裝置，可靠性高。主要用于檢驗各種絕緣材料、絕緣結(jié)構(gòu)和電工產(chǎn)品等耐受工頻電壓的絕緣水平，也作為變壓器、互感器、避雷器等試品的無局部放電工頻試驗電源。廣泛應(yīng)用于電工制造部門、電力運行部門、科研單位和高等院校。絕緣筒式試驗變壓器采用環(huán)氧澆注筒殼，全絕緣處理，提高了絕緣強(qiáng)度，輸出電壓高，單臺設(shè)備的最高電壓等級可達(dá)750kV。絕緣筒式試驗變壓器抗?jié)衲芰?qiáng)，有效的削弱了漏磁，而大大的增加了承受試驗短路電流的沖擊能力。

2.油浸式試驗變壓器：體積大，重量重，容量大，維修方便，后期維護(hù)費用高；主流產(chǎn)品。適用于電力系統(tǒng)、工礦企業(yè)、交通、郵電部門、科研單位等，對各種高壓電氣設(shè)備、電器元件、絕緣材料進(jìn)行工頻或直流高壓下的絕緣強(qiáng)度試驗

3.充氣式試驗變壓器：需后期維護(hù)，滅弧性好，重量輕，有危險性。

4.干式試驗變壓器：免維護(hù)，重量輕，體積小，可倒放，成本高。

5.串激式高壓試驗變壓器:容量小、電壓低、重量輕，便于運輸，接線繁多，成本高。

變壓器除了作交流電壓的變換外，還有其他各種用途，如變更電源的頻率，整流設(shè)備的電源，電焊設(shè)備的電源，電爐電源或作電壓互感器、電流互感器等。這些具有特殊用途的變壓器通稱為特種變壓器，由于這些變壓器的工作條件、負(fù)荷情況和一般變壓器不同，故不能用一般變壓器的計算方法進(jìn)行計算。