变压器基础知识

客户端电工安全教育培训变压器第一部分：变压器的基本概念变压器概念

电力系统中，在向远方传输电力时，为了减少线路上电能损耗，需要升高电压；为了满足用户的要求，又需要降低电压，这就需要能够改变电压、电流的设备。

用来改变系统电压和电流的电器叫变压器。

发电机的输出电压一般有3.15kV、6.3kV、10.5kV、15.75kV等几种，因此必须用升压变压器将电压升高才能远距离输送。电能输送到用电区域后，为了适应用电设备的电压要求，还需通过各级变电站（所）利用变压器将电压降低为各类电器所需要的电压值。

变压器的变压原理离不开“电生磁、磁生电”这个基本的电磁现象。

比如双绕组的变压器，当一次线圈﹙可以是高压、也可以是低压﹚加上电压，流过交流电时，在铁芯中就产生交变磁通﹙电生磁﹚，这时在二次绕组中就会感生到电压和电流﹙磁生电﹚。由于一、二次绕组的匝数不同，所感应的电压和电流相应不同，这就是变压器能变压的原因。

如果不考虑变压器的损耗，二次输出功率等于一次输出功率，也就是二次电压和电流的乘积等于一次电压和电流的乘积，这就说明高压侧电流小、电压高，低压侧电流大、电压低。所以，当交流电通过变压器时，只要变压器一、二次绕组的匝数不同，那么，高、低压两侧的电压和电流就不同。

变压器质量的好坏和容量的大小与很多因素有关，但铁芯是一个关键的电器元件。 铁芯构成了电磁感应所需的磁路。为了减少磁通变化时所引起的涡流损失，变压器的铁芯要用厚度为0.35-0.5mm的硅钢片叠成。片间用绝缘漆隔开。铁心分为心式和客式两种。变压器的一、二次线圈都绕在铁芯上。心式铁芯客式铁芯

铁芯材料主要有铁片、低硅片，高硅片，的钢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6000-8000Gs、低硅片为9000-11000Gs，高硅片为12000-16000Gs。

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，因此称为铜损。 铁损包括两个方面.一是磁滞损耗，另一是涡流损耗。 通常情况下，铜损是功率的0.5%，铁损是功率的4～6%之间。一台变压器的自身损耗是5.5%左右。

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。

某台10kV／0.4kV的配电变压器容量是150KVA， 阻抗是3.5%，如果不考虑变压器无功损耗，问：①该变压器在正常运行时一次侧和二次侧的电流是多少？②若变压器发生短路故障，一次侧和二次侧的短路电流又是多少？练习

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<N1时，其感应电动势低于初级电压，这种变压器称为降变压器.初级次级电压和线圈圈数间具有下列关系；变压器的电压比

式中ƞ称为电压比(圈数比).当ƞ

<1时，则N2>N1，V2>V1，该变压器为升压变压器.反之则为降压变压器。

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)×100%

式中η为变压器的效率;P1为输入功率，P2为输出功率。

变压器的效率比

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。

变压器通常按不同用途、不同容量、绕组个数、相数、调压方式、冷却介质、冷却方式、铁心形式等等进行分类，以满足不同行业对变压器的需求。

按冷却介质可分为油浸式变压器、干式变压器、充气式变压器、充胶式变压器和填砂式变压器等

按其用途不同，有电源变压器、电力变压器，调压变压器，仪用互感器，隔离变压器。按结构分为双绕组变压器、三绕组变压器、多绕组变压器及自耦变压器。无载调压变压器

变压器的工作原理是用电磁感应原理工作的,变压器有两个线圈,变压器线圈的匝数比等于电压比。变压器能降压也能升压。如果初级线圈比次级线圈圈数少就是升压变压器,可将低电压升为高电压。把电压高的称高压绕组，电压低的称低压绕组。连接电源的称为一次绕组，连接负载的称为二次绕组。 1，某台三相功率相等的10kV／0.4kV干式变压器，正常时在三档运行，现因高峰用电，变压器低压侧的电压只有350V，为了使变压器在较理想的电压下运行，需将变压器的档位调到哪一档？练习

2，一台变压器输入功率是630KVA，变压器工作效率是97.15%，那么该台变压器的输出功率应是多少？请同学们思考：21什么是变压器？怎样实现变压器的升压或降压？变压器的基本结构

变压器压器由套在一个闭合铁芯上的两个或多个线圈（绕组）构成，铁芯和线圈是变压器的基本组成部分。铁芯构成了电磁感应所需的磁路。为了减少磁通变化时所引起的涡流损失，变压器的铁芯要用厚度为0.35～0.5mm的硅钢片叠成。片间用绝缘漆隔开，变压器的一、二次线圈都绕在铁芯上。1铁芯

铁心材料：变压器使用的铁心材料主要有铁片、低硅片，高硅片，的钢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6000-8000Gs、低硅片为9000-11000Gs，高硅片为12000-16000Gs。

变压器正常运行时，铁芯必须有一点可靠接地。若没有接地，则铁芯对地的悬浮电压，会造成铁芯对地断续性击穿放电，铁芯一点接地后消除了形成铁芯悬浮电位的可能。

当铁芯出现两点以上接地时，铁芯间的不均匀电位就会在接地点之间形成环流，并造成铁芯多点接地发热故障。 变压器的铁芯接地故障会造成铁芯局部过热，严重时，铁芯局部温升增加，轻瓦斯动作，甚至将会造成重瓦斯动作而跳闸的事故。

烧熔的局部铁芯形成铁芯片间的短路故障，使铁损变大，严重影响变压器的性能和正常工作，以至必须更换铁芯硅钢片加以修复。 所以变压器不允许多点接地只能有且只有一点接地。

变压器和电源相连的线圈称为原绕组（或初级绕组），其匝数为N1

，和负载相连的线圈称为副绕组（或次级绕组），其匝数为N2。绕组与绕组及绕组与铁芯之间都是互相绝缘的。2线圈

绕制变压器通常用的材料有漆包线，沙包线，丝包线，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。

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，层间可用聚脂薄膜或电话纸作隔离，绕阻间可用黄腊布作隔离。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，层间可用聚脂薄膜或电话纸作隔离，绕阻间可用黄腊布作隔离

3绝缘材料

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。4浸渍材料

变压器油因温度的变化会发生热胀冷缩的现象，油面也会由于温度的变化而发生上升和下降。油枕的作用就是储油和补油，使油箱内保证充满油，同时油枕缩小了变压器与空气的接触面，减少油的劣化速度。油枕侧面的油位计还可以监视油的变化5油枕

油枕内空气随变压器油的体积膨胀或缩小，排除或吸入的空气都经过呼吸器。呼吸器内装有干燥剂(硅胶)来吸收空气中的水分，过滤空气，从而保持油的清洁。

6呼吸器

装于变压器顶盖上管口用薄膜封住。变压器内部故障时，油箱内温度升高，产生大量气体，压力也增大，油和气体便冲破防爆管口薄膜向外喷出，防止变压器油箱爆炸或变形。7防爆管

当变压器上层油温和下层油温产生温差时，通过散热器形成油的对流，经散热器冷却后流回油箱以降低变压器温度。为提高冷却效果可采用风冷、强迫油循环风冷、强迫油循环水冷等措施。8散热器

装在油箱与油枕的连接管上。当变压器内部严重故障时，接通跳闸回路，当变压器内部不严重故障时，接通信号回路。瓦斯保护是变压器内部故障的主保护。9瓦斯继电器

用来测量油箱内上层油温，监视变压器是否正常运行。10温度计

变压器几乎在所有的电子产品中都要用到，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。

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。

当变压器的初级绕组通电后，线圈所产生的磁通在铁心流动，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，好象一个旋涡，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。变压器的损耗

由“涡流”所产生的损耗称为“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。请同学们思考：12变压器的结构主要有哪些？在运行状态下，变压器本身有什么耗损？变压器油的主要作用

变压器油具有比空气高得多的绝缘强度。绝缘材料浸在油中，不仅可提高绝缘强度，而且还可免受潮气的侵蚀。1绝缘作用

变压器油的比热大，常用作冷却剂。变压器运行时产生的热量使靠近铁芯和绕组的油受热膨胀上升，通过油的上下对流，热量通过散热器散出，保证变压器正常运行。2散热作用

在油断路器和变压器的有载调压开关上，触头切换时会产生电弧。由于变压器油导热性能好，且在电弧的高温作用下能分触了大量气体，产生较大压力，从而提高了介质的灭弧性能，使电弧很快熄灭。3消弧作用电磁感应现象

闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁力线运动，导体中就会产生电流，这种现象叫电磁感应现象，产生的电流称为感应电流。

为什么电感中电流滞后于电压，而电容却相反 电感只对电流有反应，对电压没有反应。没有电流流过的情况下，电感如同不存在。根据这一点，暂时不叫电压超前于电流，但知道电感对变化的电流有阻碍作用，也就是迟滞作用，就是说，电流会发生落后效应。可见，说电压超前于电流多少度，只是因为电流落后了而不是因为电压超前。电感因感抗抑制电流增加，因而电流滞后于电压。电容的容抗抑制电压增加，因而电压滞后于电流。变压器运行中容易出现的不正常现象

变压器运行中如漏油、油位过高或过低，油温异常，音响不正常及冷却系统不正常等，应设法尽快消除。1

当变压器过负荷值时，应参照环境温度较高的允许负载系数和时间执行规定，尽快降低变压器的负荷。因为长期急救周期性负载下运行时，将在不同程度上缩短变压器的寿命，应尽量减少出现这种运行方式的机会；必须采用时，应尽量缩短超额定电流的时间。

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变压器声响明显增大，很不均匀，有爆裂声；严重漏油使油面下降，油面下降到低于油位计的指示限度温度，并不断上升；储油柜或安全气道喷油；油色变化过快，油内出现碳质；套管有严重的破损和放电现象等，应立即联系调度，停电处理。

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变压器的油温较高时，而其油温与其所对应的油位显著降低，如因大量漏油而使油位迅速下降时，应将瓦斯保护改为只动作于信号。4变压器的常见故障处理方法1绕组部分故障。变压器绕组是变压器的心脏，构成变压器输入，输出电能的电气回路，其故障模式可分为：匝间短路、绕组断路、绕组接地、绕组松动、变形、相间短路及接头开焊等。2套管故障。套管是变压器内绕组与油箱外联结引线的重要保护装置。这种故障常见的是炸毁、闪落和漏油，其主要原因有：它长期遭受电场、风雨、污染等影响，易使瓷釉龟裂，绝缘老化，是变压器故障多发部位。其故障式主要有：套管炸裂、