单相变压器的运行与维护详解

单相变压器常用于单相交流电路中实现电源隔离、电压等级的变换、阻抗变换等。

1.了解单相变压器的结构

变压器由铁心、缠绕在铁心上的绕组、铁心与绕组之间的绝缘材料等组成，如图4-29所示。

图4-29 变压器的基本组成

下面着重对变压器的主要部件进行介绍。

（1）铁心

铁心在变压器中构成一个闭合的磁路，又是安装线圈的骨架，对变压器电磁性能和机械强度是极为重要的部件。

变压器的铁心由0.35～0.5mm厚的硅钢片（外表涂有绝缘层）交错叠装而成，常见的几种铁心形状如图4-30所示。

图4-30 变压器常见的铁心形状

（2）绕组

绕组一般采用表面涂有绝缘漆的铜线（称为漆包线）绕制而成，大功率的变压器一般用外表带绝缘层的扁铜线或铝线绕制而成。其中与电源相连的绕组称为一次绕组（也叫原线圈、原边、初级）；与负载相连的绕组称为二次绕组（也称为副线圈、副边、次级）。与较高电压相连接的叫高压绕组，其导线直径较细，匝数较多；与较低电压相连接的叫低压绕组，其导线直径较粗，匝数较少。一次绕组或者二次绕组可以是高压绕组，也可以是低压绕组。

对于不同形状的铁心，绕制方式也有所不同。按铁心和绕组的组合结构可分为心式变压器和壳式变压器，心式变压器的铁心被绕组包围，而壳式变压器的铁心则包围绕组，好像形成了一个外壳，如图4-31所示。

图4-31 变压器的绕制方式

从图4-31可以看出，壳式变压器的高、低压绕组并不是各绕在铁心的一侧，而是绕在一起。心式结构的绕组和绝缘装配比较容易，所以电力变压器常常采用这种结构。壳式变压器的机械强度较好，常用于低压、大电流的变压器或小容量电子变压器。

2.理解单相变压器的运行原理和规律

变压器运行时各参数如图4-32所示。

变压器是以电磁感应定律为基础工作的。当一次绕组加上交流电压U₁后，在铁心中产生交变磁通，作用于二次绕组，使二次绕组中产生感应电压U₂（注：二次绕组中的电流也会在铁心中产生交变磁通，一、二次绕组产生的交变磁通共同穿过一、二次绕组），在负载R_L中就有电流通过。

图4-32 变压器运行时基本参数

（1）电压规律

变压器可以升高电压，也可以降低电压。在忽略变压器的电能损耗（比较小）情况下，输入、输出的电压之比等于一、二次绕组的匝数之比，即

U₁/U₂=N₁/N₂=K

式中，K为变压器的电压比。由该式可见：

当N₁＜N₂（即K＜1）时，U₂＞U₁，为升压变压器。(www.xing528.com)

当N₁＞N₂（即K＞1）时，U₂＜U₁，为降压变压器。

当N₁=N₂（即K=1）时，U₂=U₁，为隔离变压器（用于负载与电源之间的隔离）。

（2）功率规律

在忽略变压器的电能损耗情况下，变压器的输出功率等于输入功率，即U₁I₁=U₂I₂。

（3）电流规律

变压器也可以改变电流的大小。变压器若升高电压，则会减小电流，反之则会增大电流。在忽略变压器的电能损耗情况下，由U₁I₁=U₂I₂可得

I₁/I₂=U₂/U₁=N₂/N₁

综上所述，变压器运行时，不管是一次绕组还是二次绕组，匝数越多，它两端的电压就越高，通过的电流就越小。

以上三个规律对于分析、判断与变压器相关的问题是非常有用的。

图4-33 变压器的同名端示意图

3.变压器极性判别的方法

（1）变压器的同名端

同名端是指在同一交变磁通的作用下任意时刻两个或两个以上绕组中都具有相同电动势极性的端点彼此互为同名端。

变压器不能改变交流电的频率。当一次绕组交流电压极性发生变化时，二次绕组上的交流电压的极性也会同时发生变化。如图4-33所示，设某时该是U₁的极性是上正下负，则一次绕组两端的电压也是①正②负，二次绕组感应出的电压有两种可能：一是③正④负，二是③负④正。

如果二次感应电压是③正④负，则③与①极性相同，是一组同名端，当然④与②的极性也相同，是另一组同名端。

如果二次感应电压是③负④正，则④与①极性相同，是一组同名端。当然③与②的极性也相同，是另一组同名端。

为了表示两个端子是同名端，可在该端处标注“●”。

（2）变压器极性的鉴别

掌握变压器极性的鉴别方法，对于将极性不明的变压器接入电路非常重要。常用的鉴别方法详见表4-23。

表4-23 变压器极性的鉴别方法

4.掌握单相变压器的检测方法

单相变压器的检测方法详见表4-24。

表4-24 变压器的检测方法