任務1 單相變壓器的結構

學習目標

（1）掌握變壓器的概念及應用。

（2）了解變壓器的分類。

（3）知道變壓器的額定值含義。

（4）了解變壓器的繞組的分類。

（5）知道變壓器鐵心的組成和類型。

任務描述

單相變壓器是指在單相交流電源下工作的變壓器，它的容量比較小，一般做控制、照明（低壓）和整流用。通過拆裝小型單相變壓器，直觀地認識其結構及作用。

任務分析

變壓器的結構比較復雜，要想透徹地了解它的結構，需要掌握變壓器的基本概念、應用，還要知道不同類型的變壓器結構的區別。

相關知識

一、變壓器的基本知識

1．變壓器的概念及應用

變壓器是利用電磁感應原理，將某一數值的交流電壓變換為同頻率的另一數值的交流電壓的靜止電氣設備。變壓器不僅對電力系統中電能的傳輸、分配和安全使用有重要意義，而且廣泛應用于電氣控制、電子技術、焊接技術等領域。

圖1-1所示為電能傳輸分配示意圖。發電站發出的電力往往需經遠距離傳輸才能到達用電地區。在傳輸的功率恒定時，傳輸電壓越高，則線路中的電流和損耗就越小。因此，在傳輸過程中，采用升壓變壓器獲得較高的傳輸電壓。而電能被送到用電區后，又要根據不同用戶的需要，采用降壓變壓器降壓。

日常生活中，各種用電設備所需的電壓各不相同見表1-1。電燈、電飯煲、洗衣機等家用電器需要220V的電壓；機床上的照明燈需要36V的安全電壓；一般手機充電器電壓不超過10V，而電視機顯像管需要100000V以上的高電壓。我們國家民用統一供電電壓為220V。為了使那些額定電壓不是220V的電器設備正常工作，需要變壓器來升壓、降壓。

2．變壓器的分類

變壓器的分類如下：

為適應不同的使用目的和工作條件，變壓器通常可按用途、繞組數目、相數、鐵心結構、調壓方式和冷卻方式等具體劃分類別。

（1）按用途分類

① 電力變壓器。用于電能的傳輸和分配，如圖1-2（a）所示。按其功能不同又可分為升壓變壓器、降壓變壓器、配電變壓器等。

② 儀用互感器。用于電工測量，如電流互感器、電壓互感器等，如圖1-2（b）所示。

③ 控制變壓器。容量一般比較小，用于小功率電源系統和自動控制系統，如圖1-2（c）所示。

④ 特種變壓器。在特殊場合使用的變壓器，如作為焊接電源的電焊變壓器，如圖1-2（d）所示；專供大功率電爐使用的電爐變壓器，如圖1-2（e）所示；將交流電整流成直流電時使用的整流變壓器，如圖1-2（f）所示。

⑤ 其他變壓器。如輸出電壓可調的調壓變壓器，實驗用的高壓變壓器等。

（2）按繞組數目分類

① 雙繞組變壓器。高、底壓各用一個繞組的變壓器。如電爐變壓器、整流變壓器、電焊變壓器等。

② 自耦變壓器。高、底壓共用一個繞組的變壓器，在高、低壓繞組之間既有磁的耦合，又有電的聯系，如實驗室使用的調壓變壓器。

③ 三繞組變壓器。有高壓、中壓、低壓3個繞組。如需要兩種輸出電壓的電源變壓器。

④ 多繞組變壓器。有3個以上繞組的變壓器。如需要多種輸出電壓的電源變壓器。

（3）按相數分類

① 單相變壓器。用于單相交流系統的變壓器。如家用電器中的電源變壓器。

② 三相變壓器。用于三相交流系統的變壓器。如電力變壓器、三相電壓互感器。

③ 多相變壓器。有多相繞組的變壓器。如用于整流的六相變壓器。

3．變壓器的額定值

按照國家標準規定，標注在銘牌上的，代表變壓器在規定使用環境和運行條件下的主要技術數據，稱為變壓器的額定值（或稱為銘牌數據），主要如下。

（1）額定容量：變壓器在正常運行時的視在功率，通常以SN來表示，單位為伏安（VA）或千伏安（kVA）。對于一般的變壓器，初、次級的額定容量都設計成相等的。

（2）額定電壓：在正常運行時，規定加在一次繞組上的電壓，稱為一次繞組的額定電壓，以U1N表示；當二次繞組開路（即空載），一次繞組加額定電壓時，二次繞組的測量電壓，即為二次額定電壓，以U2N表示。

（3）額定電流：根據額定容量和額定電壓計算出來的電流值。一、二次繞組的額定電流分別用I1N、I2N表示，單位為安（A）。

（4）額定頻率：我國以及大多數國家都規定fN=50Hz。

此外，變壓器的銘牌上一般還會標注效率、溫升、絕緣等級等。

二、單相變壓器的基本結構

變壓器的最基本組成部分是鐵心和繞組，如圖1-3所示。通常連接電源的繞組稱為一次繞組或初級繞組，其余的繞組稱為二次繞組或次級繞組。工作時，繞組是“電”的通路，而鐵心則是“磁”的通路，且起繞組骨架的作用。變壓器的符號如圖1-4所示。

實用變壓器除了鐵心和繞組之外，還有一些為確保變壓器運行安全的輔助器件。圖1-5所示為一臺油浸式電力變壓器。

1．變壓器鐵心

鐵心是變壓器的主磁路，也是變壓器的支撐骨架。

（1）鐵心的組成

鐵心由鐵心柱和鐵軛兩部分組成，如圖1-6所示。鐵心柱上套裝變壓器繞組，鐵軛起連接鐵心柱使磁路閉合的作用。通常鐵心用含硅量較高的，厚度為0.35mm或0.5mm，表面涂有絕緣漆的硅鋼片疊裝而成。

（2）鐵心的類型

根據結構不同，鐵心可分為心式和殼式，其性能特點見表1-2。

（3）鐵心柱和鐵軛的裝配工藝

根據鐵心柱與鐵軛在裝配方面的不同，鐵心的裝配方式有對接式和疊接式兩種。

① 對接式。對接式是先將鐵心柱和鐵軛分別疊裝和夾緊，然后再將它們對接在一起，用特殊的緊固件夾緊。對接式有E形、F形、C形等類型，如圖1-7所示。對接式主要用于小型變壓器。

② 疊接式。疊接式是將鐵心柱和鐵軛的硅鋼片一層一層疊裝，各層硅鋼片的排列互不相同，疊裝之后，各層的接縫不在同一點，如圖1-8所示。疊接式主要用于大型變壓器。

2．變壓器繞組

繞組是變壓器傳遞交流電能的電路部分，一般用絕緣扁銅（鋁）線或絕緣圓銅（鋁）線在繞線模上繞制而成。變壓器中，工作電壓高的繞組稱為高壓繞組，工作電壓低的繞組稱為低壓繞組。

根據高、低壓繞組的相對位置、形狀不同，以及在繞組鐵心柱上排列方式不同，繞組可分為同心式和交疊式兩種。

（1）同心式繞組。高壓繞組和低壓繞組均做成圓筒形，然后同心地套在鐵心柱上，如圖1-9所示。為減少繞組與鐵心間絕緣距離，通常低壓繞組在里面，高壓繞組在外面，兩繞組中間加絕緣紙筒絕緣。

（2）交疊式繞組。又稱餅式繞組，它是將高壓繞組及低壓繞組分成若干個線餅，沿著鐵心柱的高度交替排列，如圖1-10。為了便于絕緣，一般最上層和最下層安放低壓繞組。交疊式繞組的主要優點是漏抗小、機械強度好、引線方便。這種形式的繞組主要使用在低電壓、大電流的變壓器上，如容量較大的電爐變壓器及電阻電焊機變壓器。

思考題

一、填空題

1．變壓器的基本組成部分是（）和（）。鐵心主要由（）和（）兩部分組成，根據鐵心的結構不同主要有（）和（）兩種。

2．變壓器按相數分類有（）、（）和多相變壓器；按用途分類有（）、（）、（）、（）、（）、（）等。

二、選擇題

繞組是變壓器的（）部分。

A．電路

B．磁路

C．不確定

三、判斷題

1．變壓器的結構主要有兩部分，即繞組和鐵心。（）

2．我國交流電的頻率是60Hz。（）