变压器的功能和应用

变压器的类型和用途多种多样，可根据其应用、结构类型和尺寸进行分类。

一般来说，变压器的主要功能是改变交流电（AC）的电压水平，提高电压以供长距离传输或降低电压以供家庭和工业消费者使用。

它们的尺寸从微型低压变压器和仪表变压器到电力变压器不等。在大型水力发电站，电力的电压等级从 11 kV 到 25 kV 不等。随后，变压器将电压升压到 220 kV 或 500 kV，通过高压输电线将电力输送到遥远的地区，然后降压后再输送给工业和家庭使用。

一个简单的变压器由一个绕组组成，该绕组连接到缠绕在层压铁芯上的交流发电机，而另一个单独的绕组则缠绕在同一铁芯上，连接到负载。

当电能从发电机流向负载时，与发电机相连的绕组为 初级绕组。与负载相连的另一个绕组为 次级绕组。

升压变压器和降压变压器

如果次级绕组中感应的电压高于电源电压，则变压器称为升压变压器，初级绕组也称为低压绕组，次级绕组也称为高压绕组。如果次级绕组中感应的电压低于电源电压，则变压器称为降压变压器。初级是高压绕组，次级是低压绕组。

变压器可以升压至更高的电压以供传输，而相同的变压器可以降低线路另一端的电压。因此，术语升压、降压、初级绕组和次级绕组仅在考虑电路时使用——变压器本身不一定局限于一种功能。

两个线圈的电压比取决于变压器的设计特性。高压和低压绕组这两个术语指的是确定的线圈，与变压器连接到哪个电路无关。匝数比是初级绕组匝数与次级绕组匝数之比。

变压器类型

从结构上考虑，变压器可分为两类：电力和配电变压器以及仪器变压器。

变压器可以存在于工业控制系统内部，以将电压降至设备适用的水平。

电力变压器的额定功率为 500 kVA 以上，用于传输电力。配电变压器的额定功率为 500 kVA 或以下， 用于将电压降压以标准服务电压进行配电。

从发电系统到变电站，电力变压器用于输电网络，可升压和降压。从变电站开始，配电变压器安装在配电网中，例如在工业区和住宅区，并直接连接不同的负载。

虽然仪器变压器与电力变压器的基本工作原理相同，但它们的用途和构造可能有所不同。它们用于将电力电路的电量、电流和电压降低到仪器可读取或用于操作继电器的值。

根据铁芯和线圈的布置，变压器可分为铁芯式和壳式，这两种变压器都可以制造，并且性能令人满意。三相变压器可以采用铁芯式或壳式制造，与三个单相变压器相比，三相变压器的优势在于它需要的材料、劳动力和空间更少。主要缺点是，如果一个线圈发生故障，则必须拆除整个变压器进行维修。相比之下，如果一组三个单相变压器中的一个线圈发生故障，其余两个线圈仍可承载减少的负载。

变压器绕组

三相变压器用于在三相电气系统中变换三相电压，绕组可以以多种组合连接。例如，初级可以连接到三角形，次级可以连接到 星形，反之亦然。

在此方案中，变压器的初级和次级绕组采用 Delta-Delta 配置连接，这种配置通常用于发电系统或接收站。在这种连接类型中，我们只有三相，没有中性线，因此它用于不需要中性线的地方，例如输电线。这种输电系统称为三相三线系统。

三角形-星形连接

降压变压器安装在配电层，以降低用于配电的电压水平，并以三角形星形连接方式配置。我们使用星形连接，因为我们在配电层需要中性线。它也被称为三相四线系统。在三角形中，我们在侧有三相，在二次侧有四根电线，包括三相线和一根中性线。在三角形连接中，线电流是相电流的线电压等于相电压。

星形连接

在星形连接中，初级绕组和次级绕组以星形配置连接。星形连接中有两点需要记住：线电流和相电流相等且同相，但线电压是相电压的

星形-三角形连接

在星形-三角形连接中，初级绕组连接到星形，而次级绕组连接到三角形。在变压器的初级侧，以启动配置连接，线电压等于初级相电压的 \(\sqrt{3}\) 倍，初级线电流与相电流相同。同样，变压器的次级绕组以三角形配置连接。线电压等于相电压，线电流是相电流的 \(\sqrt{3}\) 倍。在初级侧采用星形配置的优点是可以使用中性线，可以将其接地以避免失真。这些类型的变压器可以处理较大的不平衡负载。

乘以相电压，线电流与相电流相同。同样，变压器的二次绕组采用三角形连接。线电压等于相电压，线电流为

倍相电流。在初级侧采用星形配置的优点是可以使用中性线，可以接地以避免失真。这些类型的变压器可以处理较大的不平衡负载。

三角形-星形连接常用于高压和低压应用。星形-星形连接用于高压和低电流额定值变压器（KVA）。三角形-三角形连接用于低压和高电流额定值变压器。

输电变压器的故障类型

变压器是输配电网络中昂贵和不可或缺的部件之一。因此，定期维护和测试是先决条件。与所有电气设备一样，变压器因多种原因而出现不同故障。它们可能严重影响电力系统，例如大面积供电中断和火灾风险等。

多种机械和电气因素会导致变压器内部和外部部件发生故障。让我们讨论一下变压器中常见的故障。

开路和短路

开路和短路测试是在变压器不带负载的情况下进行的，目的是确定其效率和调节能力。开路测试也称为空载测试，短路测试称为带载测试。

开路试验是在变压器的低压侧进行的，目的是确定变压器的空载电流和损耗，即铁心和铁损。由于变压器空载，变压器的次级绕组保持开路，并且非常小的“空载”电流流过初级绕组。因此，变压器空载时的功率损耗是由于铜损引起的，由于次级绕组开路，铜损仅发生在初级绕组上。变压器的开路会导致变压器内部异常发热，这是很危险的，这里有必要提一下，当发生开路故障时，重要的是断开并隔离变压器与系统。

在短路试验中，变压器的次级绕组短路，并向初级绕组施加额定电压。该试验旨在确定变压器次级绕组短路时的阻抗和损耗，并使用参数信息确定变压器的效率和电压调节。电流表测量短路电流，电压表测量初级绕组两端的电压。

冷却系统故障

大多数电力和配电变压器都是油浸式的，根据其尺寸采用不同类型的冷却。随着变压器额定功率的增加，必须通过增加外部冷却管、风扇、散热器和热交换器来增加表面积。冷却系统故障会使变压器发热，从而导致变压器内部产生气压。

如果有足够的冷水供应，油浸式水冷变压器是令人满意的。在这种方法中，冷却水通过变压器内部的冷却线圈循环。这种类型的主要缺点是线圈存在泄漏的危险，因为水会从线圈中漏出并污染油。

变压器效率

效率是输出功率与输入功率之比，用符号“η”表示。在理想变压器中，所有输入功率都转换为输出功率；因此，效率为 100%，但在实际应用中，一些损耗会降低变压器的效率。变压器中的损耗可分为两类：

由于导线电阻导致初级和次级绕组中的 I2R损耗

磁滞和涡流引起的磁芯损耗

因此，如果 P c = 总铁芯损耗，则变压器的总损耗为：

磷C+我21R1+我22R2

=

埃FF我C我埃nC是=η

η=磷o你吨页你吨磷我n页你吨

η=磷o你吨页你吨磷o你吨页你吨+升oss埃s

三相变压器

电力变压器是一种昂贵的静态设备，利用电磁感应原理将电能从一个电路传输到另一个电路。变压器的类型和用途因其应用而异，例如发电输配电部门的电力变压器和配电变压器以及用于计量目的的仪器变压器。