单相变压器的结构及原理

一、单相变压器的结构

（一）铁心

    铁心构成变压器磁路系统，并作为变压器的机械骨架。铁心由铁心柱和铁轭两部分组成，铁心柱上套装变压器绕组，铁轭起连接铁心柱使磁路闭合的作用。对铁心的要求是导磁性能要好，磁滞损耗及涡流损耗要尽量小，因此均采用0.35 mm厚的硅钢片制作。目前国产硅钢片有热轧硅钢片、冷轧无取向硅钢片、冷轧晶粒取向硅钢片。20世纪60～70年代我国生产的电力变压器主要用热轧硅钢片，由于其铁损耗较大，导磁性能相应地比较差，且铁心叠装系数低（因硅钢片两面均涂有绝缘漆），现已不用。目前国产低损耗节能变压器均用冷轧晶粒取向硅钢片，其铁损耗低，且铁心叠装系数高（因硅钢片表面有氧化膜绝缘，不必再涂绝缘漆）。

    根据变压器铁心的结构形式可分为心式变压器和壳式变压器两大类。心式变压器是在两侧

的铁心柱上放置绕组，形成绕组包围铁心的形式，如图2—5所示。壳式变压器则是在中间的铁心柱上放置绕组，形成铁心包围绕组的形状，如图2—6所示。

图2-6壳式变压器结构

    根据变压器铁心的制作工艺可分叠片式铁心和卷制式铁心两种。叠片式铁心的心式及壳式变压器的制作顺序是：先将硅钢片冲剪成如图2—7所示的形状，再将一片片硅钢片按其接口交错地插人事先绕好并经过绝缘处理的线圈中，最后用夹件将铁心夹紧。为了减小铁心磁路的磁阻以减小铁心损耗，要求铁心装配时，接缝处的空气隙应越小越好。

（二）绕组（线圈）

    变压器的线圈通常称为绕组，它是变压器中的电路部分，小型变压器一般用具有绝缘的漆包圆铜线绕制而成，对容量稍大的变压器则用扁铜线或扁铝线绕制。

    在变压器中，接到高压电网的绕组称高压绕组，接到低压电网的绕组称低压绕组。按高压绕组和低压绕组的相互位置和形状不同，绕组可分为同心式和交叠式两种。

    1．同心式绕组

    同心式绕组是将高、低压绕组同心地套装在铁心柱上，如图2—8所示。为了便于与铁心绝缘，把低压绕组套装在里面，高压绕组套装在外面。对低压大电流大容量的变压器，由于低压绕组引出线很粗，也可以把它放在外面。高、低压绕组之间留有空隙，可作为油浸式变压器的油道，既利于绕组散热，又作为两绕组之间的绝缘。

    同心式绕组按其绕制方法的不同又可分为圆筒式、螺旋式和连续式等多种。同心式绕组的结构简单、制造容易，常用于心式变压器中，这是一种最常见的绕组结构形式，国产电力变压器基本上均采用这种结构。

2．交叠式绕组   

交叠式绕组又称饼式绕组，它是将高压绕组及低压绕组分成若干个线饼，沿着铁心柱的高度交替排列着。为了便于绝缘，一般最上层和最下层安放低压绕组，如图2—9所示。交叠式绕组的主要优点是漏抗小、机械强度高、引线方便。这种绕组形式主要用在低电压、大电流的变压器上，如容量较大的电炉变压器、电阻电焊机（如点焊、滚焊和对焊电焊机）变压器等。

图2－8  同心式绕组               图2－9  交叠式绕组

二、变压器的基本工作原理

    变压器是利用电磁感应原理工作的，图2—10为其工作原理示意图。变压器的主要部件是铁心和绕组。两个互相绝缘且匝数不同的绕组分别套装在铁心上，两绕组间只有磁的耦合而没有电的联系，其中接电源u₁的绕组称为一次绕组（曾称为原绕组、初级绕组），用于接负载的绕组称为二次绕组（曾称为副绕组、次级绕组）。

    一次绕组加上交流电压u_l后，绕组中便有电流I₁通过，在铁心中产生与u_l同频率的交变

磁通Φ，根据电磁感应原理，将分别在两个绕组中感应出电动势E₁和E₂。

式中，“—”号表示感应电动势总是阻碍磁通的变化。若把负载接在二次绕组上，则在电动势E₂的作用下，有电流I₂流过负载，实现了电能的传递。由上式可知，一、二次绕组感应电动势的大小（近似于各自的电压u_l及u₂）与绕组匝数成正比，故只要改变一、二次绕组的匝数，就可达到改变电压的目的，这就是变压器的基本工作原理。

图2－10  变压器基本工作原理图