变压器的工作原理、结构和运行分析

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由于发电机为旋转电机，电压不能做很高，(大容量发电机通常为10．5~20kV)，我们要把电能输送到很远的地方去，是否可以直接从发电机输出去呢?这几乎是不可能的·因为低电压大电流输电，除了在输电线路上产生很大的损耗外，线路上产生的压降也足以使电能送不出去．要降低线路损耗和线路压降，可以减少输送电流或减少输电线的电阻，而后者只能增大导线截面积(输电距离一定)，势必浪费宝贵的有色金属，所以减少电流是减少损耗和减少压降的关键．当传输容量一定时。为了减少电流，必须提高电压，即所谓高压输电，升压变压器就是用来将发电机发出的电压升高到输电电压(220—500kV或更高)的电力设备。

当电能输送到用电地区后，还不能直接使用，因为一方面操作电器设备不安全，另一方面用电设备的绝缘要求高，因此必须利用降压变压器把输电电压降为配电电压．然后再送到各用电地区，最后再经配电变压器把电压降到用户所需的电压等级。供用户使用．用户使用的电压，对大型动力设备，采用3KV、6KV或10kV ；对小型动力设备和照明用电则为380／220V。

因为两个绕组是套在同一个铁心上，绕组中匝链的是同一磁通，所以磁通变化率是一样 。

由于原副电压不等，我们把电压高的绕组称为高压绕组，电压低的绕组称为低压绕组。如果原边电压低于副边电压，则称为升压变压器。如果原边电压大于副边电压，则称为降压变压器。

变压器的分类

1、按用途分

（1）电力变压器——用于输配电系统

它又可以分为：升压变压器——把发电机电压升高

降压变压器——把输电电压降低 配电电压器——把电压降到用户所需电压 联络电压器——联系几个不同电压等级的电力系统 厂用变压器——供发电厂本身用电

（2）特殊变压器——用于特殊用途的变压器，如调压器、电炉变压器、整流变压器、仪用互感器。

2、按相数分

（1）单相变压器——原副边为单相绕组，原绕组接于单相电源上。

（2）三相变压器——原副边为三相绕组，原绕组接于三相电源上。

（3）多相变压器——原副边为多相绕组，如六相整流变压器等。

3、按绕组形式分

（1）双绕组变压器——铁心柱上由高压和低压两个绕组。

（2）三绕组变压器——铁心柱上由高压、中压和低压三个绕组。

（3）多绕组变压器——铁心柱上有三个以上绕组。

（4）自耦变压器——原副绕组有电路上的联接。

电力系统中使用最多的是双绕组变压器，其次是三绕组变压器和自耦变压器。

4按铁心形式分

（1） 心式变压器——绕组包围铁心，如图

（2） 壳式变压器——铁心包围绕组，如图

5、按冷却介质分

（1）干式变压器——依靠空气冷却。

（2）油浸式变压器——依靠变压器油冷却。

它又可以分为：自冷——依靠油的自然对流冷却。

风冷——在自冷的基础上，加装风扇给油箱壁和油管吹风进行冷却。然后再送入变压器。冷却器可以用循环水冷却或强迫风冷却。

还有其他分类方式，不一一列举。

二、变压器的分类

1、按用途分

（1）电力变压器——用于输配电系统

它又可以分为：升压变压器——把发电机电压升高

降压变压器——把输电电压降低 配电电压器——把电压降到用户所需电压 联络电压器——联系几个不同电压等级的电力系统 厂用变压器——供发电厂本身用电

（2）特殊变压器——用于特殊用途的变压器，如调压器、电炉变压器、整流变压器、仪用互感器。

2、按相数分

（1）单相变压器——原副边为单相绕组，原绕组接于单相电源上。

（2）三相变压器——原副边为三相绕组，原绕组接于三相电源上。

（3）多相变压器——原副边为多相绕组，如六相整流变压器等。

3、按绕组形式分

（1）双绕组变压器——铁心柱上由高压和低压两个绕组。

（2）三绕组变压器——铁心柱上由高压、中压和低压三个绕组。

（3）多绕组变压器——铁心柱上有三个以上绕组。

（4）自耦变压器——原副绕组有电路上的联接。

电力系统中使用最多的是双绕组变压器，其次是三绕组变压器和自耦变压器。

4按铁心形式分

（1） 心式变压器——绕组包围铁心，如图

（2） 壳式变压器——铁心包围绕组，如图

5、按冷却介质分

（1）干式变压器——依靠空气冷却。

（2）油浸式变压器——依靠变压器油冷却。

它又可以分为：自冷——依靠油的自然对流冷却。

风冷——在自冷的基础上，加装风扇给油箱壁和油管吹风进行冷却。然后再送入变压器。冷却器可以用循环水冷却或强迫风冷却。

还有其他分类方式，不一一列举。

本章小结

根据变压器内部磁场的实际分布情况和所起的作用不同，把磁通分为主磁通和 漏磁通两部分。主磁通沿铁心闭合，在原、副线圈内感应电动势，起传递能量 的媒介作用；漏磁通通过非铁磁材料闭合，只起电抗压降作用，而不直接参与能量传递。

在变压器中主要存在电动势平衡和磁动势平衡两个基本电磁关系，负载变化对原边的影响就是通过副边磁动势起作用的。

在变压器中，既有电路问题，又有磁路问题，且磁路和电路之间以及原边电路和副边电路之间又有磁的联系。为了把磁场的问题转化成电路问题，引入了电 路参数－激磁阻抗Zm、漏电抗x1和x2 ，再经过归算，变压器中的电磁关系就可 以用一个原、副边之间有电流联系的等效电路来代替。

分析变压器内部的电磁关系可采用三种方法，基本方程式、等效电路和相量 图。 基本方程式是电磁关系的一种数学表达式，相量图是基本方程式的一种图形表示法，而等效电路是从基本方程式出发用电路来模拟实际变压器，因此，三者完全一致，知道了其中一种就可以推导出其它两种。由于解方程式组比较复杂， 在实际工作中，如作定性分析可采用相量图，如作定量计算，则采用等效电路。

无论列基本方程式、画相量图和等效电路，都必须首先规定各物理量的正方向。正方向规定的不同，方程式中各物理量的符号和相量图中各相量方向也不同。

激磁电抗Xm、漏电抗x1和x2是变压器的重要参数，电路中的每一个电抗都于磁 场中的一个磁通相对应。对应于主磁通Xm，漏电抗x1和x2则分别对应于原、副 绕组的漏磁通，由于主磁通沿铁心闭合，受磁路饱和的影响，故参数Xm不是常 数。漏磁通主要通过非磁性物质闭合，基本上不受铁心饱和的影响，所以x1和x2 基本上是常数。

电压调整率ΔU和效率η是变压器的主要性能指标。ΔU的大小表明了变压器运 行时副边电压的稳定性，效率η则表明运行的经济性。参数对ΔU和η有很大 的影响，对已制成的变压器，参数可以通过试验测出。从电压调整率的观点看， 希望短路阻抗zk小些，但zk过小，变压器短路电流过大，短路电磁力亦大。因 此国家标准对各种容量变压器的zk都作了规定，一般而言，容量越大，电压愈 高，zk亦愈大。

本章结论对三相变压器对称运行同样适用，只是研究其中的一相而已。

审核编辑：汤梓红