變壓器設(shè)計(jì)原則的探討

文 琦

（桂林天湖水利電業(yè)設(shè)備有限公司，廣西 桂林 541213）

目前，我國電力變壓器市場的發(fā)展非常迅速。變壓器對其可靠性、安全性要求也越來越高，文章詳細(xì)闡述變壓器在電力系統(tǒng)、供用電系統(tǒng)等各大系統(tǒng)中的重要性，如進(jìn)行變壓器設(shè)計(jì)原則探討、變壓器工作原理等。

1 變壓器的工作原理以及技術(shù)數(shù)據(jù)

1.1 變壓器的工作原理

電力變壓器是用來改變交流電壓大小的電氣設(shè)備。它根據(jù)電磁感應(yīng)的原理，把某一等級的交流電壓變換成另一等級的交流電壓，以滿足不同負(fù)荷的需要。因此，變壓器在電力系統(tǒng)和供用電系統(tǒng)中占有重要的地位。共同的磁路部分一般用的是硅鋼片做成的，稱之為鐵心。雙繞組變壓器。雙繞組變壓器工作原理是把接到交流電源的繞組稱之為原繞組，而把接到負(fù)荷（也稱負(fù)載）的繞組稱之為副繞組，有時(shí)把原繞組稱為原邊或初級，把副繞組稱為副邊或次級。

變壓器副繞組的電壓不等于原繞組的電壓，若副邊電壓大于原邊繞組電壓，則該變壓器稱為升壓變壓器，若副邊電壓小于原邊繞組電壓，則該變壓器稱為降壓變壓器。在工程上也常把電壓高的繞組稱為高壓繞組，電壓低的繞組稱為低壓繞組。

1.2 變壓器的數(shù)據(jù)支持

變壓器的各項(xiàng)技術(shù)數(shù)據(jù)基本可分為額定電壓組合、額定電壓比、冷卻方式、重量和尺寸等。其中重量和尺寸（鐵芯、繞組、絕緣結(jié)構(gòu)、油箱、絕緣套管）這些基本就構(gòu)成了變壓器的全部的數(shù)據(jù)支持。每個(gè)數(shù)據(jù)缺一不可，環(huán)環(huán)相扣。使得變壓器在工作運(yùn)行當(dāng)中能夠安全可靠地對電流進(jìn)行變壓的作用。

2 變壓器的設(shè)計(jì)原則

2.1 變壓器的工作設(shè)計(jì)分析

2.1.1 變壓器空載運(yùn)行

空載運(yùn)行是變壓器的一種極限運(yùn)動狀態(tài)。變壓器的空載運(yùn)行，是指原繞組接入電源電壓，副繞組開路，副繞組里沒有電流的最簡單的運(yùn)行情況。在同一支路內(nèi)，電壓與電流的正方向一致；磁通正方向與電流正方向之間符合右手螺旋關(guān)系；感應(yīng)電動勢與磁通之間滿足電磁感應(yīng)定律。電量方向規(guī)定：電壓u1與電流I0同方向，磁通Ф正方向與電流I0正方向符合右手螺旋定則。電勢e與I0電流的正方向相同。由于磁通在交變，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，電勢公式及電勢平衡方程式推導(dǎo)。空載時(shí)，主磁通Ф在1次側(cè)產(chǎn)生感應(yīng)電勢E1，在2次側(cè)產(chǎn)生感應(yīng)電勢E2，1次側(cè)的漏磁通Φ1σ在1次側(cè)漏抗電勢E1σ。這就是電機(jī)學(xué)最重要的4.44公式。說明感應(yīng)電勢E1與磁通Φm/頻率f/繞組匝數(shù)N成正比。以上推導(dǎo)涉及到的電磁量均為正弦變化，可以用相量來表示。用相量表示時(shí)應(yīng)同時(shí)考慮有效值和相位。感應(yīng)電勢 E在相位上滯后于磁通Φ90 °。E1σ＝－jX1σI0考慮到1次側(cè)繞組的電阻壓降后，其電勢平衡方程為：

U1＝－E1－E1σ＋R1I0＝－E1＋jX1σI0＋R1I0＝－E1＋I(xiàn)0Z11 次側(cè)無電流，故：E2＝U2對于1次側(cè)來說，電阻壓降和漏抗壓降都很小。所以 U1≈－E1＝4.44fN1Φm，可見變壓器的磁通主要由電源電壓U1/頻率f/和1次側(cè)繞組的匝數(shù)N1決定。在設(shè)計(jì)時(shí)，若電壓U1和頻率f給定，則變壓器磁通由匝數(shù)N1決定。

用一個(gè)阻抗（Rm＋jXm）表示主磁通Φ對變壓器的作用，用另一個(gè)阻抗（R1＋jX1σ）1次側(cè)繞組電阻 R1和漏抗 X1σ的作用，即可得到空載時(shí)變壓器的等效電路。R1和X1σ受飽和程度的影響很小，基本上保持不變。Rm和Xm隨著飽和程度的增大而減小，在實(shí)際應(yīng)用中要注意到這個(gè)結(jié)論。變壓器正常工作時(shí)，由于電源電壓變化范圍小，鐵心中主磁通的變化不大，勵(lì)磁阻抗Zm也基本不變。變壓器，其磁通Φ可以由電壓U1和頻率f控制。

2.1.2 變壓器的負(fù)載運(yùn)行

負(fù)載運(yùn)行是變壓器最基本的運(yùn)行狀態(tài)，變壓器的負(fù)載運(yùn)行是指原繞組接入電源電壓，副繞組接負(fù)載時(shí)的工作情況。這時(shí)，變壓器的副邊也有電流流通。原邊的輸入電流與空載相比相應(yīng)增大，副邊的端電壓將受到負(fù)載的影響而發(fā)生變化，這是負(fù)載運(yùn)行與空載運(yùn)行的主要區(qū)別。變壓器負(fù)載運(yùn)行基本電磁過程：負(fù)載后，2次側(cè)電流產(chǎn)生磁勢F2＝N2I2，該磁勢將力圖改變磁通Φ，而磁通是由電源電壓決定的，也就是說Φ基本不變。要維持Φ不變，1次繞組的電流將由原來的 I0變?yōu)镮1。I1產(chǎn)生磁勢F1＝I1N1，F(xiàn)1與F2共同作用產(chǎn)生Φ，F(xiàn)1＋F2的作用相當(dāng)于空載磁勢F0，也即勵(lì)磁磁勢Fm。負(fù)載后，1次側(cè)繞組中的電流由兩個(gè)分量組成，一個(gè)是其負(fù)載分量 I1L，另一個(gè)是產(chǎn)生磁通的勵(lì)磁分量I0，I1L產(chǎn)生的磁勢與2次側(cè)電流產(chǎn)生的磁勢大小相等，方向相反，互相抵消。在滿載時(shí)，I0只占I1L的2%～8%，有時(shí)可將I0忽略，即：I1＋I(xiàn)2/k＝0，I1/I2＝1/k。這就是變壓器的變流作用，只有在較大負(fù)載時(shí)才基本成立，用此原理可以設(shè)計(jì)出電流互感器。

2.2 變壓器的設(shè)計(jì)原則

變壓器作為產(chǎn)品，有商品的屬性特點(diǎn)。變壓器的設(shè)計(jì)原則與其他商品屬性基本一致。在完成功能中追求價(jià)格優(yōu)勢是最佳的。不過在當(dāng)今強(qiáng)調(diào)降低成本的同時(shí)，設(shè)計(jì)成為了一大難題。“節(jié)能不節(jié)錢”引發(fā)的思考，值得大家來深思。所以企業(yè)單位團(tuán)體應(yīng)該設(shè)計(jì)出更加完美的變壓器。輕便、小巧，最重要的是性能俱佳、成本不高。如此的變壓器設(shè)計(jì)得到越來越多的廣大市場的青睞和追求。

公司在確定出產(chǎn)品中有的非常詳盡。例如列出了變壓器的工作頻率、傳輸功率。這種雙贏的行為值得其他企業(yè)和單位的學(xué)習(xí)和效仿。不過在推出產(chǎn)品的同時(shí)也要考慮到其產(chǎn)品的實(shí)踐，能否經(jīng)得起市場的考驗(yàn)，才能在茫茫市場群體中站住腳。

總之，變壓器是一種產(chǎn)品，設(shè)計(jì)原則最好追求價(jià)格占優(yōu)原則為最佳。在設(shè)計(jì)的同時(shí)一定要考慮到能否經(jīng)得起市場的考驗(yàn)。實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，只有經(jīng)受住考驗(yàn)，才能在市場中立于不敗之地。

3 我國變壓器的發(fā)展趨勢

目前，在網(wǎng)運(yùn)行的部分高能耗配電變壓器已不符合行業(yè)發(fā)展趨勢，面臨著技術(shù)升級、更新?lián)Q代的需求，未來將逐步被節(jié)能、節(jié)材、環(huán)保、低噪聲的變壓器所取代。

3.1 未來市場前景廣闊

現(xiàn)今變壓器還未達(dá)到飽和狀態(tài)，發(fā)展前景非常廣闊，對于如何宣傳、推廣、銷售變壓器成為了當(dāng)下政府部門和企業(yè)單位的一大課題。首先技術(shù)必須過硬。其次企業(yè)規(guī)模、軟硬件條件、遠(yuǎn)期規(guī)劃也要擺到明面上，才能被市場接受。

3.2 市場潛力巨大

現(xiàn)今社會對于變壓器的需求越來越大。各大、中、小城市；城鄉(xiāng)、學(xué)校的用電也在不斷地加大。變壓器的種類繁多：如特種變壓器、互感器、干式變壓器、互流變壓器等。只有通過優(yōu)勝劣汰、不斷更新、不斷擴(kuò)大變壓器的種類和性能，才能不斷的挖掘出市場的潛力和需求。只有不斷的改善價(jià)格比和性能比、不斷的改善技術(shù)、加大科技、資金的投入，時(shí)刻與我國政府相關(guān)部門通力合作，了解市場政策和趨勢，才能在變壓器市場上得到穩(wěn)定的發(fā)展。

3.3 在形成穩(wěn)定的市場銷售業(yè)績的同時(shí)也要做好售后、檢修、維護(hù)、試驗(yàn)等工作

切實(shí)做好修理周期的檢修（大修、小修）工作。不斷的完善服務(wù)態(tài)度，形成總結(jié)報(bào)告。定期對市場售后規(guī)劃作出一定的分析和研究。只有這樣，才能確保企業(yè)在變壓器市場中不斷的壯大和發(fā)展。

4 結(jié)束語

通過以上的闡述，對變壓器的工作原理、數(shù)據(jù)支持、設(shè)計(jì)原則有了一定的了解。如何改進(jìn)現(xiàn)有變壓器生產(chǎn)、運(yùn)行中出現(xiàn)的問題成為了當(dāng)前擺在我們面前的重大課題。相信通過政府調(diào)控、依靠科技、加之企業(yè)不斷的改進(jìn)技術(shù)支持。一定會使我國變壓器行業(yè)走向輝煌。

1 丁芳芳.中國配電變壓器行業(yè)的發(fā)展趨勢.百方網(wǎng)，2011

2 尹克寧.變壓器設(shè)計(jì)原理［M］.北京：中國電力出版社，2003

3 趙靜月.變壓器制造工藝［M］.北京：中國電力出版社，2009