宋建華

上海寶臨電氣集團(tuán)有限公司

0 引言

變壓器是電力輸送、使用中必不可少的設(shè)備，在電力輸送系統(tǒng)中，變壓器通過(guò)大幅度提高電壓、減少電流，從而降低大量電路消耗，使遠(yuǎn)距離輸電成為可能；在配電系統(tǒng)中，變壓器可以靈活的調(diào)節(jié)電壓以達(dá)到配電要求。在我們?nèi)粘Ｉ詈蜕a(chǎn)中，由于很多電器使用電壓不一，而配電站提供的電壓比較單一（220/380V）,因而變壓器廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，以達(dá)到保護(hù)電器和發(fā)揮電器最佳效能的目的；在電子技術(shù)中，變壓器經(jīng)常用來(lái)進(jìn)行電路間的耦合、信號(hào)變換和傳遞、穩(wěn)壓、隔離、阻抗匹配等[1]。

變壓器在生活生產(chǎn)中的普遍使用，我們有必要了解它的基本知識(shí)，以及在實(shí)際生活生產(chǎn)的作用，從而才能更好應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。

1 變壓器的基本結(jié)構(gòu)及原理

一般變壓器主要構(gòu)件有初級(jí)線圈、次級(jí)線圈和鐵芯，線圈有兩個(gè)或兩個(gè)以上的繞組，其中接電源的繞組為初級(jí)線圈，其余的繞組為次級(jí)線圈。鐵芯的作用是加強(qiáng)兩個(gè)線圈的磁偶合。為了減少鐵內(nèi)的渦流合磁滯損耗，鐵芯由涂漆的硅鋼片疊壓而成。此外，還有油箱、油枕、呼吸器、散熱器、防爆器、絕緣套管等。

變壓器是利用電磁感應(yīng)原理工作。一般情況下，變壓器可作為理想原件，即忽略渦流、漏磁等問(wèn)題，一次、二次繞組電壓之比為

K=U1/U2≈E1/E2=N1N2

其中K稱為變壓器的比變，等于一次、二次線圈的匝數(shù)比。電流之比

I1/I2≈N2/N1=1 K

當(dāng)負(fù)載電流確定時(shí)，一次電流將按比例確定，匝數(shù)越多電流越小，匝數(shù)越少電流越大。

2 變壓器的分類

為了實(shí)現(xiàn)不同的功能和作用，在對(duì)電磁感應(yīng)原理基礎(chǔ)，不斷地重新設(shè)計(jì)和改造。變壓器的種類越來(lái)越廣泛，可按不同用途、不同容量、相數(shù)、使用方式、調(diào)壓方式、制造方式、冷卻方式、冷卻介質(zhì)、繞組個(gè)數(shù)等分類。

1)按用途分類：電力變壓器、整流變壓器、電爐變壓器、電抗器、儀用變壓器、調(diào)壓變壓器、互感器等。

2)按容量分類：

(1)中小型變壓器為電壓在35 KV以下，容量在10～6 300 KVA；

(2)大型變壓器為電壓在63～110 KV，容量在6 300～63 000 KVA；

(3)特大型變壓器為電壓在220 KV 以上，容量在31 500～36 000 KVA。

3)按相數(shù)分類有單相變壓器和三相變壓器。

4)按使用方式分類有升壓變壓器和降壓變壓器。

5)按調(diào)壓方式分類有無(wú)載調(diào)壓變壓器和有載調(diào)壓變壓器。

6)按制造方式分類有心式變壓器和殼式變壓器。

7)按冷卻方式分類有油浸自冷式變壓器、油浸風(fēng)冷式變壓器、油浸強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷卻式變壓器和油浸強(qiáng)迫油循環(huán)水冷卻式變壓器。

8)按冷卻介質(zhì)分類有浸式變壓器、干式變壓器、充氣式變壓器、沖膠式變壓器和填砂式變壓器等。

9)按繞組數(shù)量分類：

(1)雙繞組變壓器有高壓繞組和低壓繞組變壓器；

(2)三繞組變壓器有高壓繞組、中壓繞組和低壓繞組的變壓器；

(3)自耦電力變壓器。自耦電力變壓器在于一、二繞組之間，不僅有磁耦聯(lián)系，而且還有電的聯(lián)系。采用自耦變壓器比采用普通變壓器節(jié)省材料、降低成本、縮小變壓器體積和減輕重量，有利于變壓器的運(yùn)輸和安裝。

3 變壓器的功能

變壓器的主要功能為電壓變換、電流變換、阻抗變換、隔離和穩(wěn)壓等。

電壓變換包括升壓和降壓。在日常生活中有多種電壓，比如，生活照明電壓是220 V，工業(yè)安全照明是36 V，工廠用電一般是380 V，手機(jī)電池是5 V，PC 機(jī)多為幾十伏，這些均離不開(kāi)變壓器，輸電使用的是電力變壓器，有升壓變壓器，也有降壓變壓器。對(duì)于電子產(chǎn)品使用的是電源變壓器，一般是降壓變壓器。

電流變換。電流互感器是一類特殊的變壓器，它將電力系統(tǒng)的大電流變換為小電流，送至控制、測(cè)量、保護(hù)和自動(dòng)裝置使用，對(duì)電力系統(tǒng)起監(jiān)視和測(cè)量的作用。

阻抗變換。變壓器的阻抗變換是指變壓器的原邊阻抗與副邊阻抗之比等于原邊匝數(shù)與副邊匝數(shù)之比的平方。在電子技術(shù)中，可用變壓器改變交流阻抗從而實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，實(shí)現(xiàn)最大功率傳輸。比如，電視天線的阻抗是300 Ω，接電視機(jī)的天線輸入端為75 Ω，需要用一個(gè)磁芯為2∶1 的高頻變壓器將300 Ω與75 Ω進(jìn)行阻抗匹配。在早期的廣播中，通常采用變壓器進(jìn)行阻抗匹配以保障信號(hào)暢通無(wú)阻。

隔離。隔離變壓器將兩相電隔離開(kāi)，防止觸電事故的發(fā)生。隔離變壓器屬于安全電源，一般用于在機(jī)器維修保養(yǎng)中起保護(hù)、防雷、濾波作用。隔離變壓器是一種1∶1 的變壓器，初級(jí)220 V,次級(jí)也是220 V。隔離變壓器的次級(jí)不與大地相連，減少了各種雜波，因而減少了干擾。隔離變壓器通常用于有電子管和工作電壓高的電子儀器上，比如電子管擴(kuò)音器，示波器等，也可以用于維修電源。

穩(wěn)壓。穩(wěn)壓變壓器是一種十分實(shí)用的變壓器，當(dāng)外界供電網(wǎng)絡(luò)電壓波動(dòng)或負(fù)載變動(dòng)造成電壓波動(dòng)時(shí)能自動(dòng)保持輸出電壓的穩(wěn)定，此外，它與其他形式穩(wěn)壓器相比，還具有容量大、效率高、無(wú)波形畸變、電壓調(diào)節(jié)平穩(wěn)、適用負(fù)載廣泛、能承受瞬間超載、可連續(xù)長(zhǎng)期工作等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于用電需求大而經(jīng)濟(jì)效益高的工業(yè)區(qū)來(lái)說(shuō)，穩(wěn)定電壓使電器免受不穩(wěn)定電源的威脅是必不可少的。

4 常用的變壓器

4.1 電力變壓器

為電力電路的運(yùn)轉(zhuǎn)提供某一數(shù)值的交流電壓有效值的變壓器稱為電力變壓器[2]，電力變壓器最常使用的地方是電力系統(tǒng)，在長(zhǎng)距離輸電時(shí)，對(duì)于一定的負(fù)載消耗功率值，由P=UI，提供電壓，則減少電流，線路消耗功率P=I2R，一般線路使用的材料為鋁、銅，單位電阻恒定，因而，高壓電輸電有利于遠(yuǎn)距離輸送電能。由于電器不能直接使用高電壓，因此，在輸往用戶前，一般用降壓變壓器使電壓處于使用電壓。一般輸電用的變壓器屬于大型變壓器。小型電力變壓器常用在電子設(shè)備如電視機(jī)、家用計(jì)算機(jī)等設(shè)備。電子晶體管通常在低壓下工作，因此，使用電子晶體管的設(shè)備都需要使用降壓變壓器。

4.2 耦合變壓器

耦合變壓器是無(wú)線電線路中常用作極間耦合的變壓器。電子電路需要大的放大系數(shù)時(shí)，尤其是在射頻接收機(jī)和發(fā)射機(jī)上，通常在放大器之間使用耦合變壓器。收音機(jī)的中周，輸入變壓器、輸出變壓器等都屬于耦合變壓器。耦合變壓器主要用在耦合電路中，其主要具備隔離、阻抗匹配、給交流信號(hào)提供通道的作用。

4.3 電源變壓器

電源變壓器的功能是功率傳送、電壓變換和絕緣隔離，作為一種主要的軟磁電磁原件，在電源技術(shù)和電力電子技術(shù)中廣泛應(yīng)用。一般電源變壓器與整流電路一起構(gòu)成電源適配器，廣泛應(yīng)用于游戲機(jī)、語(yǔ)音復(fù)讀機(jī)、筆記本電腦、手機(jī)、路由器、隨身聽(tīng)等設(shè)備中，幾乎現(xiàn)有的電子產(chǎn)品或多或少都有它的身影。

5 結(jié)束語(yǔ)

各種類型的變壓器應(yīng)用于各類電子設(shè)備。在用電設(shè)備中，變壓器是大多數(shù)電器的必備組成部分。變壓器在現(xiàn)實(shí)生活中起著十分重要的作用，在現(xiàn)今的電器化時(shí)代，變壓器已成為我們多彩生活中不可或缺的電子設(shè)備之一。