變壓器設計原則淺述

馬會娟

摘要：在生活中和建筑造業里，變壓器的應用越來越廣泛，也更加人性化。但是其安全性也是大家所關注的問題，本文就變壓器的設計原則進行淺述。

關鍵詞：變壓器；設計原則；設計要點

1.變壓器

變壓器是一種靜止的電氣設備，它利用電磁感應原理把電壓的交流電能轉變成同頻率的另一種電壓的交流電能。

1.1變壓器的分類

變壓器設備按照用途來區分的話，可以是電力的變壓器，其作用于升高電壓、降低電壓、配送電源等等；特種變壓器，多用于冶金設備等特殊場合；或者是儀用的互感器，其作用也是在調節電壓上面；實驗用的變壓器，其作用在利用電壓成等級高的電壓，也有就是調節電壓強度。

1.2電壓器的輸送功能

發電機的容量往往遠小于變壓器的容量。輸電過程中，通常將電壓升高，通過高壓輸電線傳送到遠方的城市，通過降壓變壓器來將電壓調節到10KV，再通過輸送器將變壓好的電壓傳送到用戶。

1.3單相變壓器的基本結構

鐵心和繞組是變壓器的主要結構之一。

1.4變壓器的其它裝置

變壓器的主要組成部分有：變壓器油、器身、油箱、散熱裝置、開關、絕緣保護等等。

2.變壓器的運行原理

2.1變壓器的空載運行

2.1.1空載運行時的磁通、感應電勢

變壓器的空載運行是指變壓器的一次繞組接入電源，二次繞組開路的工作狀態。

2.1.2電壓平衡方程式

電壓的額定值 1NI，2NI，1NU，2NU，NS，FN。

1NU：在一次繞組端子間電壓保證值

2NU：空載時，一次側加額定電壓，二次側測量得到的電壓

在一個電路里面，如果你選擇了一個方向作為固定參考值的話，那么電源的電壓應該是一個正數的數值，在這個電路上的一個電壓是這個電壓總的相反的數值，所以電壓方向與電流方向其實是相反的。

空載電流：當設備在空載的時候需要載入的電流我們稱之為空載的電流，而這個電流的主要目的是建立主要的磁場流通，還有一個就是提供空載的損耗。

2.1.3負載運行

變壓器次級繞組帶上用電的東西，就叫負載運行。

2.2變壓器的折算法

變壓裝置的兩邊是沒有直接的電路關系的，有的也只是磁場的聯系，所以如果一邊的磁場沒有變化的話，另一邊的物理變化也是不變的，這樣以來就為變壓設備的折算提供了相對來說比較準確的數據依據。其定義就是，在保持一邊磁場不變的然后假設其他的電流改變的電壓的計算方法，稱之為折算法。

2.3變壓器的運行特性

變壓器的運行特性主要是有外特性及其效率。外特性：就是當原本繞在組線的電壓和功率的參考數值不發生改變，兩端的電壓隨著負載的電流變化的規律。效率：就是當原本繞在組線的電壓和功率的參考數值不發生改變時，負載功率也不要發生改變，這個時候變壓裝置隨著電流變化的規律。

3.變壓器的設計原則

3.1絕緣性

在變壓器的設計原則里，首要的設計原則是絕緣，因為變壓器是導體，如果不做好絕緣層的話，帶來的后果是無可估量的。

主絕緣 相---地

內絕緣 相---相

縱絕緣：匝間絕緣

外絕緣：空氣介質，如套管間絕緣

薄絕緣：指繞組首段匝間絕緣低于下表厚度的匝絕緣。

3.2繞組材料

3.2.1高強度縮醛漆包圓銅線

表示方法：縮醛漆包圓銅線 標稱直徑 QQ—2

3.2.2紙包圓銅線

表示方法：紙包圓銅線 Z—導線兩邊絕緣厚度 標稱直徑

絕緣厚度：0.30，0.45，0.80，1.20，1.80，4.25等

3.2.3紙包銅扁線

表示方法：紙包銅扁線 ZB—絕緣兩邊厚度 裸線厚×裸線寬

ZAB—絕緣兩邊厚度 裸線厚×裸線寬

其中：ZB表示電纜紙或電話紙，ZAB表示高密度電纜紙（500kV）。

絕緣厚度：0.45，0.60，0.95，1.35，1.60，1.95，2.45，2.95等。

3.3組合導線

組合導線根數與單根裸線厚度的關系：當組合導線的根數為2的時候，相對應的單根線厚度要為2.5；當組合導線根數為3的時候，相對應的單根線的厚度要2.0；當組合導線的根數為3的時候，相對應的單根線的厚度為1.6。

3.4換位導線

3.4.1表示方法：換位導線 HQQ—絕緣厚度 a×b×n

自粘換位導線 HQQN—絕緣厚度 a×b×n

3.4.2尺寸計算：

徑向尺寸 = （a + ka）（n + 1）/2 + δt

軸向尺寸 = 2（b + kb）+ δt + c

3.5阻抗與負載損耗計算系數

空載損耗：當變壓器二次繞組開路，一次繞組施加額定頻率正弦波形的額定電壓時，所消耗的有功功率稱空載損耗。算法如下：

空載損耗=空載損耗工藝系數×單位損耗×鐵心重量

負載損耗：當變壓器二次繞組短路（穩態），一次繞組流通額定電流時所消耗的有功功率稱為負載損耗。算法如下：

負載損耗=最大的一對繞組的電阻損耗+附加損耗

附加損耗=繞組渦流損耗+并繞導線的環流損耗+雜散損耗+引線損耗

u=4.44*f*B*At，V

其中：B—鐵心中的磁密，T

At—鐵心有效截面積，平方米

可以轉化為變壓器設計計算常用的公式：

當f=50Hz時：u=B*At/450*10^5，V

當f=60Hz時：u=B*At/375*10^5，V

4.結束語

變壓器的普遍性和實用性，讓它迅速地發展并走進人們的生活，但是對此衍生的安全性和穩定性能也是不可忽視的問題，所以在變壓器的設計、生產上一定要嚴格把關，安全控制，讓變壓器的使用更加廣泛，發揮的作用更加大。

參考文獻：

[1]葛為民.變壓器電場分析再議[J].常州工學院學報.2011（8）：90-92.

[2]郭健，林鶴云，徐子宏，金承祥.變壓器階梯接縫鐵心的損耗計算[J].東南大學學報（自然科學版）.2013（4）：20-22.