變壓器基礎(chǔ)知識(shí)

客戶端電工安全教育培訓(xùn)變壓器第一部分：變壓器的基本概念變壓器概念

電力系統(tǒng)中，在向遠(yuǎn)方傳輸電力時(shí)，為了減少線路上電能損耗，需要升高電壓；為了滿足用戶的要求，又需要降低電壓，這就需要能夠改變電壓、電流的設(shè)備。

用來改變系統(tǒng)電壓和電流的電器叫變壓器。

發(fā)電機(jī)的輸出電壓一般有3.15kV、6.3kV、10.5kV、15.75kV等幾種，因此必須用升壓變壓器將電壓升高才能遠(yuǎn)距離輸送。電能輸送到用電區(qū)域后，為了適應(yīng)用電設(shè)備的電壓要求，還需通過各級(jí)變電站（所）利用變壓器將電壓降低為各類電器所需要的電壓值。

變壓器的變壓原理離不開“電生磁、磁生電”這個(gè)基本的電磁現(xiàn)象。

比如雙繞組的變壓器，當(dāng)一次線圈﹙可以是高壓、也可以是低壓﹚加上電壓，流過交流電時(shí)，在鐵芯中就產(chǎn)生交變磁通﹙電生磁﹚，這時(shí)在二次繞組中就會(huì)感生到電壓和電流﹙磁生電﹚。由于一、二次繞組的匝數(shù)不同，所感應(yīng)的電壓和電流相應(yīng)不同，這就是變壓器能變壓的原因。

如果不考慮變壓器的損耗，二次輸出功率等于一次輸出功率，也就是二次電壓和電流的乘積等于一次電壓和電流的乘積，這就說明高壓側(cè)電流小、電壓高，低壓側(cè)電流大、電壓低。所以，當(dāng)交流電通過變壓器時(shí)，只要變壓器一、二次繞組的匝數(shù)不同，那么，高、低壓兩側(cè)的電壓和電流就不同。

變壓器質(zhì)量的好壞和容量的大小與很多因素有關(guān)，但鐵芯是一個(gè)關(guān)鍵的電器元件。 鐵芯構(gòu)成了電磁感應(yīng)所需的磁路。為了減少磁通變化時(shí)所引起的渦流損失，變壓器的鐵芯要用厚度為0.35-0.5mm的硅鋼片疊成。片間用絕緣漆隔開。鐵心分為心式和客式兩種。變壓器的一、二次線圈都繞在鐵芯上。心式鐵芯客式鐵芯

鐵芯材料主要有鐵片、低硅片，高硅片，的鋼片中加入硅能降低鋼片的導(dǎo)電性，增加電阻率，它可減少渦流，使其損耗減少。我們通常稱為加了硅的鋼片為硅鋼片，變壓器的質(zhì)量所用的硅鋼片的質(zhì)量有很大的關(guān)系，硅鋼片的質(zhì)量通常用磁通密度B來表示，一般黑鐵片的B值為6000-8000Gs、低硅片為9000-11000Gs，高硅片為12000-16000Gs。

銅損是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(shí)，一部分電能就轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏鴵p耗，因此稱為銅損。 鐵損包括兩個(gè)方面.一是磁滯損耗，另一是渦流損耗。 通常情況下，銅損是功率的0.5%，鐵損是功率的4～6%之間。一臺(tái)變壓器的自身?yè)p耗是5.5%左右。

變壓器的溫升主要由鐵損和銅損產(chǎn)生的。 由于變壓器存在著鐵損與銅損，所以它的輸出功率永遠(yuǎn)小于輸入功率。

某臺(tái)10kV／0.4kV的配電變壓器容量是150KVA， 阻抗是3.5%，如果不考慮變壓器無功損耗，問：①該變壓器在正常運(yùn)行時(shí)一次側(cè)和二次側(cè)的電流是多少？②若變壓器發(fā)生短路故障，一次側(cè)和二次側(cè)的短路電流又是多少？練習(xí)

變壓器兩組線圈圈數(shù)分別為N1和N2，N1為初級(jí)，N2為次級(jí).在初級(jí)線圈上加一交流電壓，在次級(jí)線圈兩端就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).當(dāng)N2>N1時(shí)，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)要比初級(jí)所加的電壓還要高，這種變壓器稱為升壓變壓器：當(dāng)N2<N1時(shí)，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)低于初級(jí)電壓，這種變壓器稱為降變壓器.初級(jí)次級(jí)電壓和線圈圈數(shù)間具有下列關(guān)系；變壓器的電壓比

式中?稱為電壓比(圈數(shù)比).當(dāng)?

<1時(shí)，則N2>N1，V2>V1，該變壓器為升壓變壓器.反之則為降壓變壓器。

在額定功率時(shí)，變壓器的輸出功率和輸入功率的比值，叫做變壓器的效率， 即η=(P2／P1)×100%

式中η為變壓器的效率;P1為輸入功率，P2為輸出功率。

變壓器的效率比

當(dāng)變壓器的輸出功率P2等于輸入功率P1時(shí)，效率η等于100%，變壓器將不產(chǎn)生任何損耗.但實(shí)際上這種變壓器是沒有的.變壓器傳輸電能時(shí)總要產(chǎn)生損耗，這種損耗主要有銅損和鐵損。

變壓器通常按不同用途、不同容量、繞組個(gè)數(shù)、相數(shù)、調(diào)壓方式、冷卻介質(zhì)、冷卻方式、鐵心形式等等進(jìn)行分類，以滿足不同行業(yè)對(duì)變壓器的需求。

按冷卻介質(zhì)可分為油浸式變壓器、干式變壓器、充氣式變壓器、充膠式變壓器和填砂式變壓器等

按其用途不同，有電源變壓器、電力變壓器，調(diào)壓變壓器，儀用互感器，隔離變壓器。按結(jié)構(gòu)分為雙繞組變壓器、三繞組變壓器、多繞組變壓器及自耦變壓器。無載調(diào)壓變壓器

變壓器的工作原理是用電磁感應(yīng)原理工作的,變壓器有兩個(gè)線圈,變壓器線圈的匝數(shù)比等于電壓比。變壓器能降壓也能升壓。如果初級(jí)線圈比次級(jí)線圈圈數(shù)少就是升壓變壓器,可將低電壓升為高電壓。把電壓高的稱高壓繞組，電壓低的稱低壓繞組。連接電源的稱為一次繞組，連接負(fù)載的稱為二次繞組。 1，某臺(tái)三相功率相等的10kV／0.4kV干式變壓器，正常時(shí)在三檔運(yùn)行，現(xiàn)因高峰用電，變壓器低壓側(cè)的電壓只有350V，為了使變壓器在較理想的電壓下運(yùn)行，需將變壓器的檔位調(diào)到哪一檔？練習(xí)

2，一臺(tái)變壓器輸入功率是630KVA，變壓器工作效率是97.15%，那么該臺(tái)變壓器的輸出功率應(yīng)是多少？請(qǐng)同學(xué)們思考：21什么是變壓器？怎樣實(shí)現(xiàn)變壓器的升壓或降壓？變壓器的基本結(jié)構(gòu)

變壓器壓器由套在一個(gè)閉合鐵芯上的兩個(gè)或多個(gè)線圈（繞組）構(gòu)成，鐵芯和線圈是變壓器的基本組成部分。鐵芯構(gòu)成了電磁感應(yīng)所需的磁路。為了減少磁通變化時(shí)所引起的渦流損失，變壓器的鐵芯要用厚度為0.35～0.5mm的硅鋼片疊成。片間用絕緣漆隔開，變壓器的一、二次線圈都繞在鐵芯上。1鐵芯

鐵心材料：變壓器使用的鐵心材料主要有鐵片、低硅片，高硅片，的鋼片中加入硅能降低鋼片的導(dǎo)電性，增加電阻率，它可減少渦流，使其損耗減少。我們通常稱為加了硅的鋼片為硅鋼片，變壓器的質(zhì)量所用的硅鋼片的質(zhì)量有很大的關(guān)系，硅鋼片的質(zhì)量通常用磁通密度B來表示，一般黑鐵片的B值為6000-8000Gs、低硅片為9000-11000Gs，高硅片為12000-16000Gs。

變壓器正常運(yùn)行時(shí)，鐵芯必須有一點(diǎn)可靠接地。若沒有接地，則鐵芯對(duì)地的懸浮電壓，會(huì)造成鐵芯對(duì)地?cái)嗬m(xù)性擊穿放電，鐵芯一點(diǎn)接地后消除了形成鐵芯懸浮電位的可能。

當(dāng)鐵芯出現(xiàn)兩點(diǎn)以上接地時(shí)，鐵芯間的不均勻電位就會(huì)在接地點(diǎn)之間形成環(huán)流，并造成鐵芯多點(diǎn)接地發(fā)熱故障。 變壓器的鐵芯接地故障會(huì)造成鐵芯局部過熱，嚴(yán)重時(shí)，鐵芯局部溫升增加，輕瓦斯動(dòng)作，甚至將會(huì)造成重瓦斯動(dòng)作而跳閘的事故。

燒熔的局部鐵芯形成鐵芯片間的短路故障，使鐵損變大，嚴(yán)重影響變壓器的性能和正常工作，以至必須更換鐵芯硅鋼片加以修復(fù)。 所以變壓器不允許多點(diǎn)接地只能有且只有一點(diǎn)接地。

變壓器和電源相連的線圈稱為原繞組（或初級(jí)繞組），其匝數(shù)為N1

，和負(fù)載相連的線圈稱為副繞組（或次級(jí)繞組），其匝數(shù)為N2。繞組與繞組及繞組與鐵芯之間都是互相絕緣的。2線圈

繞制變壓器通常用的材料有漆包線，沙包線，絲包線，最常用的漆包線。對(duì)于導(dǎo)線的要求，是導(dǎo)電性能好，絕緣漆層有足夠耐熱性能，并且要有一定的耐腐蝕能力。

在繞制變壓器中，線圈框架層間的隔離、繞阻間的隔離，均要使用絕緣材料，一般的變壓器框架材料可用酚醛紙板制作，層間可用聚脂薄膜或電話紙作隔離，繞阻間可用黃臘布作隔離。絕緣材料在繞制變壓器中，線圈框架層間的隔離、繞阻間的隔離，均要使用絕緣材料，一般的變壓器框架材料可用酚醛紙板制作，層間可用聚脂薄膜或電話紙作隔離，繞阻間可用黃臘布作隔離

3絕緣材料

變壓器繞制好后，還要過最后一道工序，就是浸漬絕緣漆，它能增強(qiáng)變壓器的機(jī)械強(qiáng)度、提高絕緣性能、延長(zhǎng)使用壽命，一般情況下，可采用甲酚清漆作為浸漬材料。4浸漬材料

變壓器油因溫度的變化會(huì)發(fā)生熱脹冷縮的現(xiàn)象，油面也會(huì)由于溫度的變化而發(fā)生上升和下降。油枕的作用就是儲(chǔ)油和補(bǔ)油，使油箱內(nèi)保證充滿油，同時(shí)油枕縮小了變壓器與空氣的接觸面，減少油的劣化速度。油枕側(cè)面的油位計(jì)還可以監(jiān)視油的變化5油枕

油枕內(nèi)空氣隨變壓器油的體積膨脹或縮小，排除或吸入的空氣都經(jīng)過呼吸器。呼吸器內(nèi)裝有干燥劑(硅膠)來吸收空氣中的水分，過濾空氣，從而保持油的清潔。

6呼吸器

裝于變壓器頂蓋上管口用薄膜封住。變壓器內(nèi)部故障時(shí)，油箱內(nèi)溫度升高，產(chǎn)生大量氣體，壓力也增大，油和氣體便沖破防爆管口薄膜向外噴出，防止變壓器油箱爆炸或變形。7防爆管

當(dāng)變壓器上層油溫和下層油溫產(chǎn)生溫差時(shí)，通過散熱器形成油的對(duì)流，經(jīng)散熱器冷卻后流回油箱以降低變壓器溫度。為提高冷卻效果可采用風(fēng)冷、強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷、強(qiáng)迫油循環(huán)水冷等措施。8散熱器

裝在油箱與油枕的連接管上。當(dāng)變壓器內(nèi)部嚴(yán)重故障時(shí)，接通跳閘回路，當(dāng)變壓器內(nèi)部不嚴(yán)重故障時(shí)，接通信號(hào)回路。瓦斯保護(hù)是變壓器內(nèi)部故障的主保護(hù)。9瓦斯繼電器

用來測(cè)量油箱內(nèi)上層油溫，監(jiān)視變壓器是否正常運(yùn)行。10溫度計(jì)

變壓器幾乎在所有的電子產(chǎn)品中都要用到，它原理簡(jiǎn)單，但根據(jù)不同的使用場(chǎng)合（不同的用途）變壓器的繞制工藝會(huì)有所不同的要求。

變壓器的功能主要有：電壓變換；阻抗變換；隔離；穩(wěn)壓（磁飽和變壓器）等。

如果不考慮變壓器的損耗，可以認(rèn)為一個(gè)理想的變壓器次級(jí)負(fù)載消耗的功率也就是初級(jí)從電源取得的電功率。變壓器能根據(jù)需要通過改變次級(jí)線圈的圈數(shù)而改變次級(jí)電壓，但是不能改變?cè)试S負(fù)載消耗的功率。

當(dāng)變壓器的初級(jí)繞組通電后，線圈所產(chǎn)生的磁通在鐵心流動(dòng)，因?yàn)殍F芯本身也是導(dǎo)體，在垂直于磁力線的平面上就會(huì)感應(yīng)電勢(shì)，這個(gè)電勢(shì)在鐵芯的斷面上形成閉合回路并產(chǎn)生電流，好象一個(gè)旋渦，所以稱為“渦流”。這個(gè)“渦流”使變壓器的損耗增加，并且使變壓器的鐵芯發(fā)熱，變壓器的溫升增加。變壓器的損耗

由“渦流”所產(chǎn)生的損耗稱為“鐵損”。另外要繞制變壓器需要用大量的銅線，這些銅導(dǎo)線存在著電阻，電流流過時(shí)這電阻會(huì)消耗一定的功率，這部分損耗往往變成熱量而消耗，我們稱這種損耗為“銅損”。所以變壓器的溫升主要由鐵損和銅損產(chǎn)生的。

由于變壓器存在著鐵損與銅損，所以它的輸出功率永遠(yuǎn)小于輸入功率。請(qǐng)同學(xué)們思考：12變壓器的結(jié)構(gòu)主要有哪些？在運(yùn)行狀態(tài)下，變壓器本身有什么耗損？變壓器油的主要作用

變壓器油具有比空氣高得多的絕緣強(qiáng)度。絕緣材料浸在油中，不僅可提高絕緣強(qiáng)度，而且還可免受潮氣的侵蝕。1絕緣作用

變壓器油的比熱大，常用作冷卻劑。變壓器運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱量使靠近鐵芯和繞組的油受熱膨脹上升，通過油的上下對(duì)流，熱量通過散熱器散出，保證變壓器正常運(yùn)行。2散熱作用

在油斷路器和變壓器的有載調(diào)壓開關(guān)上，觸頭切換時(shí)會(huì)產(chǎn)生電弧。由于變壓器油導(dǎo)熱性能好，且在電弧的高溫作用下能分觸了大量氣體，產(chǎn)生較大壓力，從而提高了介質(zhì)的滅弧性能，使電弧很快熄滅。3消弧作用電磁感應(yīng)現(xiàn)象

閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)中做切割磁力線運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)體中就會(huì)產(chǎn)生電流，這種現(xiàn)象叫電磁感應(yīng)現(xiàn)象，產(chǎn)生的電流稱為感應(yīng)電流。

為什么電感中電流滯后于電壓，而電容卻相反 電感只對(duì)電流有反應(yīng)，對(duì)電壓沒有反應(yīng)。沒有電流流過的情況下，電感如同不存在。根據(jù)這一點(diǎn)，暫時(shí)不叫電壓超前于電流，但知道電感對(duì)變化的電流有阻礙作用，也就是遲滯作用，就是說，電流會(huì)發(fā)生落后效應(yīng)?？梢?，說電壓超前于電流多少度，只是因?yàn)殡娏髀浜罅硕皇且驗(yàn)殡妷撼啊ｋ姼幸蚋锌挂种齐娏髟黾?，因而電流滯后于電壓。電容的容抗抑制電壓增加，因而電壓滯后于電流。變壓器運(yùn)行中容易出現(xiàn)的不正常現(xiàn)象

變壓器運(yùn)行中如漏油、油位過高或過低，油溫異常，音響不正常及冷卻系統(tǒng)不正常等，應(yīng)設(shè)法盡快消除。1

當(dāng)變壓器過負(fù)荷值時(shí)，應(yīng)參照環(huán)境溫度較高的允許負(fù)載系數(shù)和時(shí)間執(zhí)行規(guī)定，盡快降低變壓器的負(fù)荷。因?yàn)殚L(zhǎng)期急救周期性負(fù)載下運(yùn)行時(shí)，將在不同程度上縮短變壓器的壽命，應(yīng)盡量減少出現(xiàn)這種運(yùn)行方式的機(jī)會(huì)；必須采用時(shí)，應(yīng)盡量縮短超額定電流的時(shí)間。

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變壓器聲響明顯增大，很不均勻，有爆裂聲；嚴(yán)重漏油使油面下降，油面下降到低于油位計(jì)的指示限度溫度，并不斷上升；儲(chǔ)油柜或安全氣道噴油；油色變化過快，油內(nèi)出現(xiàn)碳質(zhì)；套管有嚴(yán)重的破損和放電現(xiàn)象等，應(yīng)立即聯(lián)系調(diào)度，停電處理。

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變壓器的油溫較高時(shí)，而其油溫與其所對(duì)應(yīng)的油位顯著降低，如因大量漏油而使油位迅速下降時(shí)，應(yīng)將瓦斯保護(hù)改為只動(dòng)作于信號(hào)。4變壓器的常見故障處理方法1繞組部分故障。變壓器繞組是變壓器的心臟，構(gòu)成變壓器輸入，輸出電能的電氣回路，其故障模式可分為：匝間短路、繞組斷路、繞組接地、繞組松動(dòng)、變形、相間短路及接頭開焊等。2套管故障。套管是變壓器內(nèi)繞組與油箱外聯(lián)結(jié)引線的重要保護(hù)裝置。這種故障常見的是炸毀、閃落和漏油，其主要原因有：它長(zhǎng)期遭受電場(chǎng)、風(fēng)雨、污染等影響，易使瓷釉龜裂，絕緣老化，是變壓器故障多發(fā)部位。其故障式主要有：套管炸裂、