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變壓器是基于電磁感應(yīng)原理而制成的靜止式電機,，它的用途主要是用于電壓變換,、電流變換、阻抗變換,、隔離,、穩(wěn)壓（磁飽和變壓器）等,。在電力系統(tǒng)中有著很多不同的電壓等級,，這些電壓等級之間的變換靠的就是電力變壓器，包括升壓變壓器和降壓變壓器,。如下圖28-1所示,，電力變壓器在電力系統(tǒng)電能的輸送與分配過程中起著中間媒介的作用。

▲圖28-1

變壓器電流變換方面的應(yīng)用,，大家較為熟悉的應(yīng)該是電流互感器了,。關(guān)于電流互感器，本文接下來也會講到,。既然電壓,、電流都能變換，根據(jù)U=IZ（Z為阻抗符號）,，顯然,，阻抗也是可以變換的，例如電子電路中的阻抗匹配就是通過變壓器實現(xiàn)的,。

變壓器的構(gòu)造基本是大同小異,，主要構(gòu)件都有初級線圈、次級線圈和鐵芯（磁芯）三部分,。而隨著電壓等級的升高,，變壓器的體積也會隨之增大。下圖28-2為幾種變壓器的實物圖,，從圖中我們可以看到,，高低壓變壓器的大小差別特別明顯。另外,，心式變壓器和殼式變壓器的區(qū)別如圖28-2右邊所示,。

▲圖28-2

變壓器的分類除了高低壓上的區(qū)別外，還有很多種分類方式,。例如按相數(shù)分可以分為單相,、三相及多相變壓器；按用途分可以分為電力變壓器,、儀用變壓器,、特種變壓器等；按繞組形式分可以分為雙繞組,、三繞組和變壓器等,。上文說到，變壓器由鐵芯（或磁芯）和線圈組成,，線圈有兩個或兩個以上的繞組,，如圖28-3所示，其中接電源的繞組叫初級線圈（或者叫一次繞組等），其余的繞組叫次級線圈（或者叫二次繞組等）,。關(guān)于變壓器的工作原理,，其實就是一次繞組流過勵磁電流，勵磁電流產(chǎn)生的磁通沿鐵芯構(gòu)成磁路,，該磁通穿過二次繞組,，然后使得二次繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，若二次回路閉合,，則會流過二次電流,，通過一、二次繞組的匝數(shù)不同達(dá)到變壓的目的,。而鐵心的作用是加強兩個線圈間的磁耦合,。

▲圖28-3

變壓器是基于電磁感應(yīng)原理的實際應(yīng)用，如果大家是按《電工基礎(chǔ)》系列文章的順序?qū)W習(xí)的,，那么變壓器的工作原理不用我講大家也已經(jīng)懂了,。

在《電工基礎(chǔ)》中，曹老師還講到了變壓器的空載運行和負(fù)載運行,，但是沒有講得很詳細(xì),，這是理所當(dāng)然的，《電工基礎(chǔ)》本就是基礎(chǔ)課程,，如果大家想深入學(xué)習(xí)變壓器的知識,，還是要看一些其他的專業(yè)課程。我再此就按曹老師的課程,，給大家簡單講解一下變壓器的空載運行和負(fù)載運行,。

▲圖28-4

變壓器的空載運行，是指變壓器的原邊繞組接入電源,，而副邊繞組處于開路的工作狀態(tài),。此時,，變壓器原邊繞組中流過的電流稱為變壓器的空載電流,，空載電流產(chǎn)生空載磁場。如上圖28-4所示,，一次繞組外加交流電壓,，使得一次繞組流過一次電流（空載電流），此時一,、二次繞組都會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,，即一次線圈產(chǎn)生的壓降為U1，二次線圈的端口電壓為U20,。根據(jù)電磁感應(yīng)定律e=-NΔφ/Δt,，兩個繞組處在同一磁路，所穿過的磁通變化率相同，此時有一次線圈的感應(yīng)電動勢與二次感應(yīng)電動勢數(shù)值之比（或者一次電壓與二次電壓數(shù)值之比）等于兩個繞組的匝數(shù)之比,，如圖28-4所示,，即U1/U20=N1/N2=k，其中U20等于變壓器的二次額定電壓,；k就是變壓器的變比,。簡單來說就是，原副邊電壓之比等于原副邊匝數(shù)之比,，等于常數(shù)k,，這就是變壓器的變電壓作用。

變壓器的負(fù)載運行,，是指變壓器的原邊繞組接入電源,，而副邊繞組處于負(fù)載運行的工作狀態(tài)。理想情況下,，此時變壓器一次側(cè)的輸入功率等于二次側(cè)的輸出功率,，即P1=P2。如下圖28-5所示,，其中Z1,、Z2是原副邊的阻抗。阻抗,，簡單來講就是電阻和電抗的矢量和,，其中電抗又包括感抗和容抗，在變壓器中的電抗主要是感抗,。

▲圖28-5

圖28-5中的阻抗Z1,、Z2加juedui值符號是代表該阻抗的模。模指的是向量的大小,，它和向量的區(qū)別在于,，向量是有方向的，而模是沒有方向的,。更多向量的知識,，在這里也不做展開講解。

變壓器負(fù)載運行時,，原邊線圈流過一次電流產(chǎn)生的磁通在副邊繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,，由于二次回路是閉合帶負(fù)載的，此時副邊線圈就會流過負(fù)載電流,，該負(fù)載電流又會產(chǎn)生磁通影響著一次線圈,，原副邊線圈產(chǎn)生的磁通相互影響，然后趨于動態(tài)平衡狀態(tài),。理想情況下,，原副邊線圈的電壓,、電流和阻抗的關(guān)系如圖28-5所示，即變壓器可以進行電壓變換,、電流變換以及阻抗變換,。

實際工作中，變壓器的負(fù)載運行是存在損耗的,，這在之前的文章也提到過,，所以變壓器的電壓變換或電流變換不可能完全等于常數(shù)即變比k，它存在一定的誤差,。變壓器二次端電壓隨著二次負(fù)載電流的變化而變化,，是變壓器外特性的體現(xiàn)。

▲圖28-6

如圖28-6所示,，一次側(cè)外加電壓保持不變,，變壓器負(fù)載后，由于一,、二次側(cè)均有電流通過,，必然在一次側(cè)、二次側(cè)內(nèi)阻抗上產(chǎn)生電壓降,，從而使二次電壓隨負(fù)載電流的增加而變小,。二次電壓與電流的關(guān)系曲線為U2=f(I2)，稱為變壓器的外特性,。

電力系統(tǒng)中,，當(dāng)變壓器過載或重載時，往往會造成二次電壓過低,，此時就要采取措施對二次電壓進行調(diào)整,。這里就要涉及到一個新的概念：變壓器的電壓調(diào)整率。

▲圖28-7

想要了解一臺設(shè)備,，就必須要查看它的技術(shù)數(shù)據(jù),，變壓器的技術(shù)數(shù)據(jù)比較多，如下圖28-8所示是變壓器型號的簡單說明,。我們主要是學(xué)習(xí)變壓器的額定值,。一般變壓器的額定值在它的銘牌上均有給出。如圖28-7所示為變壓器電壓調(diào)整率的表達(dá)式,，即空載電壓U20與變壓器熱平衡后的滿載電壓U2之差與空載電壓U20的百分比,。

▲圖28-8

1、額定電壓：指在變壓器的線圈上所允許施加的電壓,，這里的額定電壓指的是線電壓（即相與相之間的電壓），變壓器在工作時不得大于規(guī)定值,。（1）一次額定電壓U1N：指正常時一次繞組所加電壓的有效值,；（2）二次額定電壓U1N：指一次電壓為U1N時,，變壓器空載時對應(yīng)二次側(cè)的空載電壓有效值，即U20=U2N,。

2,、額定電流：（1）一次額定電流I1N：一次繞組加額定電壓，正常工作時一次繞組允許長期通過的大電流有效值,；（2）二次額定電流I2N：一次繞組加額定電壓,，正常工作時二次繞組允許長期通過的大電流有效值。無論是I1N或是I2N均是指線電流,。

3,、額定容量SN：指二次側(cè)的輸出額定視在功率，在單相變壓器中,，SN=U2NI2N,；在三相變壓器中，SN≈1.732U2NI2N,，即根號3倍的U2NI2N,。變壓器的額定容量代表著變壓器傳輸功率的大能力。

4,、額定頻率fN：變壓器的額定頻率為工頻50Hz,。

前文提到過，變壓器在實際的工作中是有損耗的,，之前的學(xué)習(xí)文章中有一章是講述交流鐵芯線圈功率損耗的,，其中也有提到過變壓器的損耗，在此,，再次展開學(xué)習(xí)一下,。

變壓器的損耗ΔP和交流鐵芯線圈的損耗一樣，也是包括鐵損ΔPFe和銅損ΔPCu兩部分,，即ΔP=ΔPFe ΔPCu,。

（1）鐵損ΔPFe：變壓器的鐵損又稱為固定損耗，是交變的主磁通在鐵芯中產(chǎn)生磁滯損耗ΔPh和渦流損耗ΔPe之和,。磁滯損耗是指磁滯現(xiàn)象引起鐵芯發(fā)熱,，造成的損耗；渦流損耗是交變磁通在鐵芯中產(chǎn)生的感應(yīng)電流（渦流）造成的損耗,。和之前關(guān)于交流鐵芯線圈的損耗文章中已經(jīng)提到過的一樣,，為了減少變壓器的渦流損耗，其鐵芯一般由導(dǎo)磁硅鋼片疊成,。

（2）銅損ΔPCu：變壓器的銅損又稱為可變損耗,，它是變壓器繞組導(dǎo)線電阻的損耗。變壓器一次側(cè),、二次側(cè)均有電阻,，當(dāng)有電流通過時,，就會有損耗的產(chǎn)生。

有損耗就有效率,，變壓器的效率η如下圖28-9所示,，為二次側(cè)輸出功率與一次側(cè)輸入功率的百分比。在這里要提到的一點是,，變壓器的容量并不等于它的輸出功率,。

▲圖28-9

在各種各樣的變壓器中，除了較為常見的普通變壓器外,，還有一些特殊的變壓器,，例如自耦變壓器、電流互感器和電壓互感器等,。

自耦變壓器,，所謂自耦，指的的自行耦合,。自耦變壓器是指它的原邊繞組和副邊繞組直接串聯(lián),，即它的一、二次均在同一繞組上的變壓器,。普通的變壓器是通過原副邊線圈電磁耦合來傳遞能量的,，原副邊之間沒有直接電的聯(lián)系，而自耦變壓器的原副邊有直接電的聯(lián)系,，它的低壓線圈就是高壓線圈的一部分,。

▲圖28-10

自耦變壓器的原理圖如圖28-10所示，使用時,，改變滑動端的位置,，便可得到不同的輸出電壓。實驗室中使用的調(diào)壓器就是根據(jù)此原理制作的,。

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