第4章 变压器的使用与维护
4.1 变压器基础知识
4.1.1 变压器的分类
变压器的品种和规格多种多样，但是原理相同，都是根据电磁感应原理制成的。常用变压器的分类及主要用途可归纳如下。
（1）按用途分类
变压器按用途可分为电力变压器、仪用变压器和特殊用途变压器。
①电力变压器 电力变压器用于电力系统中的升压或降压，供输电、配电和厂矿企业用电使用，是一种最普通的常用变压器。电力变压器可分为：
a.升压变压器。将发电厂的低电压升高后输送到远距离的用电区。
b.降压变压器。将输送来的高电压降下来供各电网需要。
c.配电变压器。安装在各配电网络系统中，供工农业生产使用。
d.联络变压器。供两变电所联络信息使用。
e.厂用变压器。供厂矿企业使用。
②仪用变压器 仪用变压器用于测量仪表和继电保护装置。仪用变压器可分为：
a.电压互感器。
b.电流互感器。
③特殊用途变压器 特殊用途变压器可分为：
a.电炉变压器。供冶炼使用。
b.整流变压器。供电解和化工使用。
c.试验变压器。试验变压器有工频试验变压器、调压器等，供试验电气设备时使用。工频试验变压器可提高电压对高压电气设备进行试验，调压器可调节电压大小供试验时使用。
d.电焊变压器（又称弧焊变压器）。供焊接使用。
（2）按冷却介质和冷却方式分类
变压器按冷却介质和冷却方式可分为油浸式变压器和干式变压器。
①油浸式变压器。有油浸自冷、油浸风冷、油浸水冷和强迫油循环和水内冷等。
②干式变压器。有空气自冷、风冷等。依靠空气对流进行冷却，一般用于小容量、不能有油的场所。
（3）按绕组个数分类
变压器按绕组个数可分为自耦变压器、双绕组变压器和三绕组变压器等。
①自耦变压器。用于连接超高压、大容量的电力系统，其特点是损耗少，效率高，成本低，便于运输和安装，但调压范围小。
②双绕组变压器。用于连接两个电压等级的电力系统，应用最普遍。
③三绕组变压器。用于连接三个电压等级的电力系统，多用于区域变电站。
（4）按调压方式分类
变压器按调压方式可分为无励磁调压变压器和有载调压变压器。
①无励磁调压变压器。需断电，停止负载后进行调压。
②有载调压变压器。可不停电带载调压。
（5）按相数分类
变压器按相数可分为单相变压器和三相变压器。
①单相变压器。用于单相负荷和三相变压器组。
②三相变压器。用于三相系统的升、降电压。
（6）按铁芯形式分类
变压器按铁芯形式可分为芯式变压器和壳式变压器。
①芯式变压器。用于普通电力系统中，应用比较广泛。
②壳式变压器。多用于特殊变压器和单相小型变压器。
芯式结构的特点是铁轭靠着绕组的顶面和底面，但不包围绕组的侧面，如图4-1（a）所示；壳式结构的特点是铁轭（未套入绕组的铁芯）包围绕组的顶面、底面和侧面，如图4-1（b）所示。
图4-1 变压器结构
4.1.2 变压器的基本结构与工作原理
（1）变压器的基本结构
单相双绕组变压器的工作原理如图4-2所示。通常两个绕组中一个接到交流电源，称为一次绕组（又称原绕组或初级绕组）；另一个接到负载，称为二次绕组（又称副绕组或次级绕组）。
图4-2 单相双绕组变压器的工作原理
（2）变压器的工作原理
当一次绕组接上交流电压
时，一次绕组中就会有交流电流
通过，并在铁芯中产生交变磁通
，其频率和外施电压的频率一样。这个交变磁通同时交链一、二次绕组，根据电磁感应定律，便在一、二次绕组中分别感应出电动势
和
。此时，如果二次绕组与负载接通，便有二次电流
流入负载，二次绕组端电压
就是变压器的输出电压，于是变压器就有电能输出，实现了能量传递。在这一过程中，一、二次绕组感应电动势的频率都等于磁通的交变频率，亦即一次侧外施电压的频率。根据电磁感应定律，感应电动势的大小与磁通、绕组匝数和频率成正比，即
E1=4.44f N1Φm
E2=4.44f N2Φm
式中 E1，E2——一、二次绕组的感应电动势，V；
N1，N2——一、二次绕组的匝数；
f——交流电源的频率，Hz；
Φm——主磁通的最大值，Wb。
以上两式相除，得
因为在常用的电力变压器中，绕组本身的电压降很小，仅占绕组电压的0.1%以下，因此，U1≈ E1、U2≈ E2，代入上式得
上式表明，一、二次绕组的电压比等于一、二次绕组的匝数比。因此，只要改变一、二次绕组的匝数，便可达到改变电压的目的。这就是利用电磁感应作用，把一种电压的交流电能转变成频率相同的另一种电压的交流电能的基本工作原理。
通常把一、二次绕组匝数的比值k称为变压器的电压比（或变比）。只要使k不等于1，就可以使变压器原、副边的电压不等，从而起到变压的作用。如果k>1，则为降压变压器；若k<1，则为升压变压器。
对于三相变压器来说，变比是指相电压（或相电动势）的比值。
4.1.3 变压器的额定值
额定值是制造厂对变压器在指定工作条件下运行时所规定的一些量值。在额定状态下运行时，可以保证变压器长期可靠地工作，并具有优良的性能。额定值亦是变压器厂进行产品设计和试验的依据。额定值通常标在变压器的铭牌上，亦称为铭牌值。
变压器的额定值主要有：
①额定容量SN ：指在铭牌上所规定的额定状态下变压器的额定输出视在功率，以V·A、kV·A或MV·A表示。由于变压器效率高，通常把一、二次额定容量设计得相等。
②额定电压U1N和U2N ：一次额定电压U1N指电网施加到变压器一次绕组上的额定电压值。二次额定电压U2N指变压器一次绕组上施加额定电压U1N时，二次绕组的空载电压值。额定电压以V或kV表示。对三相变压器的额定电压均指线电压。
③额定电流I1N和I2N ：额定电流指变压器在额定运行情况下允许发热所规定的线电流，以A表示。根据额定容量和额定电压可以求出一、二次绕组的额定电流。
对单相变压器，一、二次绕组的额定电流为
对三相变压器，一、二次绕组的额定电流为
④额定频率fN ：我国规定工频为50Hz。
⑤效率η：变压器的效率为输出的有功功率与输入的有功功率之比的百分数。
⑥温升：变压器在额定状态下运行时，所考虑部位的温度与外部冷却介质温度之差。
⑦阻抗电压：阻抗电压曾称短路电压，指变压器二次绕组短路（稳态），一次绕组流过额定电流时所施加的电压。
⑧空载损耗：当把额定交流电压施加于变压器的一次绕组上，而其他绕组开路时的损耗，单位为W或kW。
⑨ 负载损耗：在额定频率及参考温度下，稳态短路时所产生的相当于额定容量下的损耗，单位为W或kW。
⑩连接组标号：用来表示变压器各相绕组的连接方法以及一、二次绕组线电压之间相位关系的一组字母和序数。