1.变压器的用途
变压器是一种静止的电气设备，是应用电磁感应原理来改变电压、电流的装置。在电力系统和电子线路中，变压器有着广泛的应用。在输送电方面，输电线路的电压越高，线路中的电流和相应的线路损耗就越小。因为发电机受绝缘结构的制约，发出的电压不可能太高，为此要用变压器把发电机发出的电压升高到输电电压，然后接入电路进行传送。
在用电方面，为保证用电安全和满足用电设备的电压要求，要利用变压器把输电线路上的高压降低到配电电压，供用户使用。
在电子线路中，变压器常用于实现信号的传递、阻抗的匹配。在电焊、整流、测量等方面，也需要各种专用的变压器，图1-1-1 所示为变压器的实物外形图。
图1-1-1 变压器外形图
变压器是一种静止的电磁机械，主要由铁心和线圈组成，通过磁的耦合作用把交流电从一次侧传送到二次侧。它利用铁心上一次绕组和二次绕组匝数的不等，改变绕组上的电压与电流。
图1-1-2 是双绕组变压器的原理图。接电源的线圈称为一次绕组，与负载相连的线圈称为二次绕组。一次绕组和二次绕组的匝数分别用N1和N2表示。
变压器的主要组成部分是铁心和绕组，铁心是磁路部分，绕组是电路部分。铁心与绕组构成变压器的主体，它们装配在一起，称为变压器的器身。对于大、中容量的变压器，为了改善散热条件，器身要进行油冷或风冷。油冷是将变压器器身浸在盛满变压器绝缘油的密封油箱中，借助绝缘油的导热作用，通过变压器外壳的散热装置，将变压器工作时产生的热量传送到外界。各绕组的出线端用绝缘套管引出。此外，为了变压器能安全、可靠地运行，一般还设有附件。
图1-1-2 双绕组变压器的原理图
2.变压器的结构
变压器的结构如图1-1-3 所示。
图1-1-3 变压器的结构示意图
1—信号温度计；2—铭牌；3—吸湿器；4—油枕；5—套管；6—防爆灌；7—瓦斯继电器；8/9—高低压套管；10—分接开关；11—油箱；12—铁心；13—绕组；14—放油阀；15、16—接地端子。
1）铁心
变压器的铁心是由 0.28～0.35 mm 厚的硅钢片叠成的。叠片的两面均涂以绝缘漆，使片间绝缘，用以减小涡流损耗。另外，为减小磁阻与励磁电流，铁心中不能有明显的间隙，每层叠片的接缝需要相互错开。因为硅钢片在顺轧制方向有较高的磁导率和较小的损耗，为了避免磁力线与硅钢片轧制方向直交，现在多采用全斜接缝。这样可以使空载电流下降20%～30%，铁心损耗下降7%～10%。
图 1-1-4（a）所示的心式铁心变压器中，一次、二次绕组环绕在铁心柱上。这种铁心构造比较简单，所以是应用较多的结构形式。另外，在这种结构中有较多的位置装设绝缘，所以适用于电压较高的变压器。
图 1-1-4（b）所示的壳式变压器中，一次、二次绕组被铁心包围。这种变压器用铜量较少，铁心散热较容易，适用于小功率大电流的单相变压器和特殊用途的变压器，如电焊变压器、电炉变压器等。
图1-1-4 变压器铁心的结构形式
1—铁轭；2—绕组；3—铁心柱；4—高压绕组；5—低压绕组；6—铁心。
变压器铁心内的磁通是交变的，因此会产生一定的磁滞损耗与涡流损耗。为了减少铁心内的这些损耗，铁心通常都用表面涂有漆膜、厚度为0.35 mm 或0.5 mm 的硅钢片冲压成一定的形状后叠装而成。新型节能变压器的铁心采用非晶合金铁心材料制成后，其空载损耗大为降低，所以要积极推广采用。可以这样说，变压器的发展史就是铁心的发展史，铁心的类型从1885 年的卷铁心、1903 年的热轧硅钢片、1935 年的晶体无取向硅钢片，到 1964 年晶体有取相的冷轧硅钢片，最后发展为 1974年至1980 年的非晶合金钢片。
2）绕组
根据变压器高压绕组与低压绕组的相对位置，绕组可分为同心式与交叠式两种。
同心式绕组适用于心式变压器，同心式绕组大都是低压绕组套在里面，高压绕组套在外面。高压绕组与低压绕组之间有一定的绝缘间隙，并用绝缘纸筒隔开，绝缘的厚度根据绕组额定电压而定。
同心式绕组根据制造方法的不同，又可分为圆筒式、螺旋式、连续式和纠结式等，如图1-1-5 所示。
图1-1-5 同心式绕组的几种形式(www.xing528.com)
3）油箱
油箱由箱体、箱盖、散热装置、放油阀组成，其主要作用是把变压器连成一个整体并进行散热。其内部是绕组、铁心和变压器油。变压器油既有循环冷却和散热作用，又有绝缘作用。绕组与箱体（箱壁、箱底）有一定的距离，通过油箱内的油绝缘。油箱一般采用散热管油箱。散热管的管内两端与箱体内相通，油受热后，经散热管上端口流入管体，冷却后经下端口流回箱内，形成循环。散热管油箱用于1 600 kV·A 及以下的变压器。还有一种带有散热器的油箱，用于2 000 kV·A 以上的变压器。
4）油枕
油枕的容积一般为箱体容积的 10%，其作用是储油和补油，保证变压器的油位高度，减少油面与空气的接触面积，减缓油的氧化过程。空气中吸入的水分、灰尘和氧化油垢沉积于油枕的底部积污区，减缓了绝缘油劣化速度，当变压器内部故障时，箱体内压增大，油枕起到减缓内压的作用。
5）呼吸器
油枕经呼吸器与大气相通，呼吸器内装有氯化钙或氯化钻浸渍过的硅胶，当大气流入后，硅胶吸收空气中的水分和杂质，起到过滤空气、使绝缘油保持良好性能的作用。
6）散热器
运行中的变压器箱体内的上、下油产生温差时，绝缘油经散热管形成对流循环，经散热器冷却后流回油箱底部，起到降低油温的作用。大容量变压器运行中，为了提高油冷却的效果，采用的冷却方式主要有：
（1）油浸自冷式。
（2）油浸风冷式。
（3）强迫油循环风冷式。
（4）强迫油循环水冷式。
7）防爆管
防爆管装于变压器的顶盖上，通过喇叭形的管子与大气相通，管口用玻璃防爆膜封住。当运行中的变压器内部发生故障而其保护装置失灵时，变压器箱体内压增大，超过一定数值后，防爆玻璃破裂，将油分解的气体排出，防止了变压器内部压力骤增对油箱的破坏。
8）绝缘套管
绝缘套管是变压器高、低压绕组引线的固定和连接装置。变压器绕组通过绝缘套管、接线端子从内部引出到外部，与一次、二次电路连接，是变压器相对箱体的绝缘部分。
9）瓦斯继电器
瓦斯继电器是一种非电量的气体继电器，装于变压器油箱和油枕连接管上，是反应变压器内部故障的保护装置。变压器运行中发生故障时，若故障不严重，油箱内压力增大，瓦斯继电器的触点接通发出信号；若变压器内部严重故障，油箱内压力剧增，瓦斯继电器触点接通动作，断路器跳闸，防止故障的扩大。
10）分接开关
分接开关是调整变压器变比的装置，双卷变压器、三卷变压器的一次、二次绕组一般有3～5 个分接抽头挡位。三挡分接头的中间挡位为分接头额定电压，相邻的分接头相差±5%；五挡分接头的变压器相邻的分接头相差±2.5%；对有载调压变压器，相邻的分接头相差±1.25%。改变分接头的位置，可调节中压和低压绕组的输出电压。
无励磁调压是在不带电的情况下进行切换分接头的调压方式，在实际应用中，通过停电来切换变压器分接开关往往是不允许的，这就需要能在带电的情况下切换分接头的调压装置。这就是有载调压方式。
有载调压装置的基本原理就是将变压器引出的分接头通过有载开关，在保证不切断负载电流的情况下，由一个分接头切换到另一个分接头以改变变比，从而实现调压。这种方式可以适用于各种容量的变压器。
3.变压器的分类
按用途分：电力变压器和特种变压器。
按绕组数目分：单绕组（自耦）变压器、双绕组变压器、三绕组变压器和多绕组变压器。
按相数分：单相变压器、三相变压器和多相变压器。
按铁心结构分：心式变压器和壳式变压器。
按调压方式分：无励磁调压变压器和有载调压变压器。
按冷却介质和冷却方式分：干式变压器、油浸式变压器和充气式变压器。
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