變壓器簡介
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(jí)線圈、次級(jí)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(yàn)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(hào)常用T當(dāng)作編號(hào)的開頭。例：T01，T201等。
變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)
變壓器的基本結(jié)構(gòu)部件是鐵心和繞組，由它們組成變壓器的器身。為了改善散熱條件，大、中容量變壓器的器身浸入盛滿變壓器油的封閉油箱中，各繞組與外電路的連接則經(jīng)絕緣套管引出。為了使變壓器安全可靠地運(yùn)行，還設(shè)有儲(chǔ)油柜、氣體繼電器和安全氣道等附件。
?。ㄒ唬╄F心
鐵心既作為變壓器的磁路;又作為變壓器的機(jī)械骨架。為了提高導(dǎo)磁性能、減少交變磁通在鐵心中引起的損耗，變壓器的鐵心都采用厚度為0.35-0.5mm的電工鋼片疊裝而成。電工鋼片的兩面涂有絕緣層，起絕緣作用。大容量變壓器多采用高磁導(dǎo)率、低損耗的冷軋電工鋼片。電力變壓器的鐵心一般都采用心式結(jié)構(gòu)，其鐵心可分為鐵心柱（有繞組的部分）和鐵軛（聯(lián)接兩個(gè)鐵心柱的部分）兩部分。繞組套裝在鐵心柱上，鐵軛使鐵心柱之間的磁路閉合。在鐵心柱與鐵軛組合成整個(gè)鐵心時(shí)，多采用交疊式裝配，使各層的接縫不在同一地點(diǎn)，這樣能減少勵(lì)磁電流，但缺點(diǎn)是裝配復(fù)雜，費(fèi)工費(fèi)時(shí)。在一般變壓器中，鐵心柱截面采用外接圓的階梯形。只有當(dāng)變壓器容量很小時(shí)才采用方形。交流磁通在鐵心中會(huì)引起渦流損耗和磁滯損耗，使鐵心發(fā)熱。在大容量變壓器的鐵心中，往往設(shè)置油道。鐵心浸在變壓器油中，當(dāng)油從油道中流過時(shí)，可將鐵心中的熱量帶走。
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繞組是變壓器的電路部分，用來傳輸電能，一般分為高壓繞組和低壓繞組。接在較高電壓上的繞組稱為高壓繞組;接在較低電壓上的繞組稱為低壓繞組。從能量的變換傳遞來說，接在電源上，從電源吸收電能的繞組稱為原邊繞組（又稱一次繞組或初級(jí)繞組）;與負(fù)載連接，給負(fù)載輸送電能的繞組稱副邊繞組（又稱二次繞組或次級(jí)繞組）。繞組一般是用絕緣的銅線繞制而成。高壓繞組的匝數(shù)多、導(dǎo)線橫截面小;低壓繞組的匝數(shù)少、導(dǎo)線橫截面大。為了保證變壓器能夠安全可靠的運(yùn)行以及有足夠的使用壽命，對繞組的電氣性能、耐熱性能和機(jī)械強(qiáng)度都有一定的要求。繞組是按照一定規(guī)律連接起來的若干個(gè)線圈的組合。根據(jù)高壓繞組和低壓繞組相互位置的不同，繞組結(jié)構(gòu)型式可分為同心式和交疊式兩種。同心式繞組是將高壓繞組和低壓繞組同心地套裝在鐵心柱上。為了絕緣方便，低壓繞組緊靠著鐵心，高壓繞組則套裝在低壓繞組的外面，兩個(gè)繞組之間留有油道。油道一是作為繞組間的絕緣間隙;二是作為散熱通道，使油從油道中流過冷卻繞組。在單相變壓器中，高、低壓繞組均分為兩部分，分別套裝在兩鐵心柱上，這兩部分可以串聯(lián)或并聯(lián);在三相變壓器中屬于同一相的高、低壓繞組全部套裝在同一鐵心柱上。同心式繞組的結(jié)構(gòu)簡單、制造方便，心式變壓器一般都采用這種結(jié)構(gòu)。交疊式繞組是將高壓繞組和低壓繞組分成若干線餅，沿著鐵心柱交替排列而構(gòu)成。為了便于絕緣和散熱，高壓繞組與低壓繞組之間留有油道并且在最上層和最下層靠近鐵軛處安放低壓繞組。交疊式繞組的機(jī)械強(qiáng)度高，引線方便，殼式變壓器一般采用這種結(jié)構(gòu)。
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1、油箱：油箱就是油浸式變壓器的外殼。變壓器在運(yùn)行中繞組和鐵心會(huì)產(chǎn)生熱量，為了迅速將熱量散發(fā)到周圍空氣中去，可采用增加散熱面積的方法。變壓器油箱的結(jié)構(gòu)型式主要有平板式、管式等。對容量較大的變壓器，采用在油箱壁的外側(cè)裝有散熱管的管式油箱來增加散熱面積，當(dāng)油受熱膨脹時(shí)，箱內(nèi)的熱油上升到油箱的上部，經(jīng)散熱管冷卻后的油下降到油箱的底部，形成自然循環(huán)，把熱量散發(fā)到周圍空氣中。對大容量變壓器，還可采用強(qiáng)迫冷卻的方法，如用風(fēng)扇吹冷變壓器等以提高散熱效果。變壓器油由高、低壓繞組套裝在鐵心上總稱為器身，器身放在油箱中，油箱中充以變壓器油。
2、變壓器油：變壓器油是一種礦物油，具有很好的絕緣性能。變壓器油起兩個(gè)作用：①在變壓器繞組與繞組、繞組與鐵心及油箱之間起絕緣作用，提高繞組的絕緣強(qiáng)度。因?yàn)橛偷慕^緣性能比空氣好。②變壓器油受熱后產(chǎn)生對流，對變壓器鐵心和繞組起散熱作用，因?yàn)橥ㄟ^油受熱后的對流作用，可以將繞組及鐵心的熱量帶到油箱壁，再由油箱壁散發(fā)到空氣中去。對變壓器油的要求是：介質(zhì)強(qiáng)度高;著火點(diǎn)高;粘度小;水分和雜質(zhì)含量盡可能少。
3、儲(chǔ)油柜：變壓器油受熱后要膨脹，因此油箱不能密封。為了減小油與空氣的接觸面積，變壓器安裝有儲(chǔ)油柜。儲(chǔ)油柜固定在油箱頂上并用管子與油箱直接連通，儲(chǔ)油柜的上部有加油栓，可以向變壓器內(nèi)補(bǔ)油，油箱的下部有放油活門，可以排放變壓器油。儲(chǔ)油柜使油箱內(nèi)部與外界空氣隔絕，減少了油氧化及吸收水分的面積。儲(chǔ)油柜內(nèi)的油面高度被控制在一定范圍內(nèi)，當(dāng)油受熱膨脹時(shí)，一部分油被擠入儲(chǔ)油柜中使油面升高，而油遇冷收縮時(shí)，這部分油再流回油箱使油面降低。儲(chǔ)油柜的大小應(yīng)能滿足變壓器在各種可能的運(yùn)行溫度下，油面的升降總是能保持在儲(chǔ)油柜的范圍內(nèi)。儲(chǔ)油柜的一側(cè)有油位計(jì)，可查看油面高度的變化。另外，儲(chǔ)油柜上還裝有吸濕器，它是一種空氣過濾裝置，外部空氣經(jīng)過吸濕器干燥后才能進(jìn)人儲(chǔ)油柜，從而使油箱中的油不易變質(zhì)損壞。
4、氣體繼電器（瓦斯繼電器）：裝在變壓器的油箱和儲(chǔ)油柜間的管道中，主要保護(hù)裝置。內(nèi)部有一個(gè)帶有水銀開關(guān)的浮筒和一塊能帶動(dòng)水銀開關(guān)的擋板。當(dāng)變壓器發(fā)生故障，產(chǎn)生的氣體聚集在氣體繼電器上部，油面下降，浮筒下沉，接通水銀開關(guān)而發(fā)出信號(hào);當(dāng)變壓器發(fā)生嚴(yán)重故障，油流沖破擋板，擋板偏轉(zhuǎn)時(shí)帶動(dòng)一套機(jī)構(gòu)使另一水銀開關(guān)接通，發(fā)出信號(hào)并跳閘，切除變壓器的電源。
5、安全氣道（防爆管）：大容量變壓器的油箱蓋上還裝有安全氣道，它是一個(gè)長的鋼筒，下面與油箱相通，上端裝有防爆膜。當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障產(chǎn)生大量氣體時(shí)，油箱內(nèi)部壓力迅速升高而沖破安全氣道上的防爆膜，噴出氣體，消除壓力，以免產(chǎn)生重大事故。
6、分接開關(guān)：在電力系統(tǒng)，為了使變壓器的輸出電壓控制在允許變化的范圍內(nèi)，變壓器的原邊繞組匝數(shù)要求在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，因而原繞組一般備有抽頭，稱為分接頭。利用開關(guān)與不同接頭連接，可改變原繞組的匝數(shù)，達(dá)到調(diào)節(jié)電壓的目的。分接開關(guān)分為有載調(diào)壓分接開關(guān)和無載調(diào)壓分接開關(guān)。
7、絕緣套管：裝在變壓器的油箱蓋上作用是把線圈引線端頭從油箱中引出，并使引線與油箱絕緣。電壓低于1KV采用瓷質(zhì)絕緣套管，電壓在10-35KV采用充氣或充油套管，電壓高于110KV采用電容式套管。
8、測溫裝置：監(jiān)測變壓器的油面溫度。小型的油浸式變壓器用水銀溫度計(jì)，較大的變壓器用壓力式溫度計(jì)。
變壓器工作原理
單相變壓器有兩個(gè)線圈共同繞在一個(gè)閉合鐵芯上，如下圖所示，其中與電源相連的線圈稱為原邊線圈，與原邊線圈相關(guān)的各量的標(biāo)示符號(hào)均在右下角標(biāo)注以角碼1，如U1、I1等，與負(fù)載項(xiàng)鏈的線圈稱為副邊線圈，相關(guān)度額各量的標(biāo)示符號(hào)均在右下角標(biāo)注角碼2，如U2、I2等。
此變壓器工作原理為：當(dāng)變壓器的原繞組施以交變電壓u1時(shí)，便在原繞組中產(chǎn)生一個(gè)交變電流i1，這個(gè)電流在鐵芯中產(chǎn)生交變磁通Φ，因?yàn)樵⒏崩@組在同一個(gè)鐵芯上，所以當(dāng)磁通Φ穿過副繞組時(shí)，便在變壓器副邊產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢e2（即變壓電壓）。變壓器中感應(yīng)電動(dòng)勢的大小是和線圈的匝數(shù)、磁通的大小及電源的頻率成正比。
變壓器特征參數(shù)
工作頻率
變壓器鐵芯損耗與頻率關(guān)系很大，故應(yīng)根據(jù)使用頻率來設(shè)計(jì)和使用，這種頻率稱工作頻率。
額定功率
在規(guī)定的頻率和電壓下，變壓器能長期工作而不超過規(guī)定溫升的輸出功率。
額定電壓
指在變壓器的線圈上所允許施加的電壓，工作時(shí)不得大于規(guī)定值。
電壓比
指變壓器初級(jí)電壓和次級(jí)電壓的比值，有空載電壓比和負(fù)載電壓比的區(qū)別。
空載電流
變壓器次級(jí)開路時(shí)，初級(jí)仍有一定的電流，這部分電流稱為空載電流。空載電流由磁化電流（產(chǎn)生磁通）和鐵損電流（由鐵芯損耗引起）組成。對于50Hz電源變壓器而言，空載電流基本上等于磁化電流。
空載損耗
指變壓器次級(jí)開路時(shí)，在初級(jí)測得功率損耗。主要損耗是鐵芯損耗，其次是空載電流在初級(jí)線圈銅阻上產(chǎn)生的損耗（銅損），這部分損耗很小。
效率
指次級(jí)功率P2與初級(jí)功率P1比值的百分比。通常變壓器的額定功率愈大，效率就愈高。
絕緣電阻
表示變壓器各線圈之間、各線圈與鐵芯之間的絕緣性能。絕緣電阻的高低與所使用的絕緣材料的性能、溫度高低和潮濕程度有關(guān).
變壓器的容量計(jì)算
1.常規(guī)方法：根據(jù)《電力工程設(shè)計(jì)手冊》，變壓器容量應(yīng)根據(jù)計(jì)算負(fù)荷選擇，對平穩(wěn)負(fù)荷供電的單臺(tái)變壓器，負(fù)荷率一般取85％左右。即：β=S/Se式中：S———計(jì)算負(fù)荷容量（kVA）；Se———變壓器容量（kVA）；β———負(fù)荷率（通常取80％～90％）。
2.計(jì)算負(fù)載的每相最大功率：將A相、B相、C相每相負(fù)載功率獨(dú)立相加，如A相負(fù)載總功率10KW，B相負(fù)載總功率9KW，C相負(fù)載總功率11KW，取最大值11KW。（注：單相每臺(tái)設(shè)備的功率按照銘牌上面的最大值計(jì)算，三相設(shè)備功率除以3，等于這臺(tái)設(shè)備的每相功率。）例如：C相負(fù)載總功率=（電腦300WX10臺(tái)）+（空調(diào)2KWX4臺(tái)）=11KW
3.。計(jì)算三相總功率：11KWX3相=33KW（變壓器三相總功率）三相總功率/0.8，這是最重要的步驟，目前市場上銷售的變壓器90%以上功率因素只有0.8，所以需要除以0.8的功率因素。
33KW/0.8=41.25KW（變壓器總功率）
41.25KW/0.85=48.529KW（需要購買的變壓器功率），那么在購買時(shí)選擇50KVA的變壓器就可以了。