淺談變壓器的應用技術

宋建華

上海寶臨電氣集團有限公司

0 引言

變壓器是電力輸送、使用中必不可少的設備，在電力輸送系統中，變壓器通過大幅度提高電壓、減少電流，從而降低大量電路消耗，使遠距離輸電成為可能；在配電系統中，變壓器可以靈活的調節電壓以達到配電要求。在我們日常生活和生產中，由于很多電器使用電壓不一，而配電站提供的電壓比較單一（220/380V）,因而變壓器廣泛應用于工農業生產，以達到保護電器和發揮電器最佳效能的目的；在電子技術中，變壓器經常用來進行電路間的耦合、信號變換和傳遞、穩壓、隔離、阻抗匹配等[1]。

變壓器在生活生產中的普遍使用，我們有必要了解它的基本知識，以及在實際生活生產的作用，從而才能更好應用于生產實踐。

1 變壓器的基本結構及原理

一般變壓器主要構件有初級線圈、次級線圈和鐵芯，線圈有兩個或兩個以上的繞組，其中接電源的繞組為初級線圈，其余的繞組為次級線圈。鐵芯的作用是加強兩個線圈的磁偶合。為了減少鐵內的渦流合磁滯損耗，鐵芯由涂漆的硅鋼片疊壓而成。此外，還有油箱、油枕、呼吸器、散熱器、防爆器、絕緣套管等。

變壓器是利用電磁感應原理工作。一般情況下，變壓器可作為理想原件，即忽略渦流、漏磁等問題，一次、二次繞組電壓之比為

K=U1/U2≈E1/E2=N1N2

其中K稱為變壓器的比變，等于一次、二次線圈的匝數比。電流之比

I1/I2≈N2/N1=1 K

當負載電流確定時，一次電流將按比例確定，匝數越多電流越小，匝數越少電流越大。

2 變壓器的分類

為了實現不同的功能和作用，在對電磁感應原理基礎，不斷地重新設計和改造。變壓器的種類越來越廣泛，可按不同用途、不同容量、相數、使用方式、調壓方式、制造方式、冷卻方式、冷卻介質、繞組個數等分類。

1)按用途分類：電力變壓器、整流變壓器、電爐變壓器、電抗器、儀用變壓器、調壓變壓器、互感器等。

2)按容量分類：

(1)中小型變壓器為電壓在35 KV以下，容量在10～6 300 KVA；

(2)大型變壓器為電壓在63～110 KV，容量在6 300～63 000 KVA；

(3)特大型變壓器為電壓在220 KV 以上，容量在31 500～36 000 KVA。

3)按相數分類有單相變壓器和三相變壓器。

4)按使用方式分類有升壓變壓器和降壓變壓器。

5)按調壓方式分類有無載調壓變壓器和有載調壓變壓器。

6)按制造方式分類有心式變壓器和殼式變壓器。

7)按冷卻方式分類有油浸自冷式變壓器、油浸風冷式變壓器、油浸強迫油循環風冷卻式變壓器和油浸強迫油循環水冷卻式變壓器。

8)按冷卻介質分類有浸式變壓器、干式變壓器、充氣式變壓器、沖膠式變壓器和填砂式變壓器等。

9)按繞組數量分類：

(1)雙繞組變壓器有高壓繞組和低壓繞組變壓器；

(2)三繞組變壓器有高壓繞組、中壓繞組和低壓繞組的變壓器；

(3)自耦電力變壓器。自耦電力變壓器在于一、二繞組之間，不僅有磁耦聯系，而且還有電的聯系。采用自耦變壓器比采用普通變壓器節省材料、降低成本、縮小變壓器體積和減輕重量，有利于變壓器的運輸和安裝。

3 變壓器的功能

變壓器的主要功能為電壓變換、電流變換、阻抗變換、隔離和穩壓等。

電壓變換包括升壓和降壓。在日常生活中有多種電壓，比如，生活照明電壓是220 V，工業安全照明是36 V，工廠用電一般是380 V，手機電池是5 V，PC 機多為幾十伏，這些均離不開變壓器，輸電使用的是電力變壓器，有升壓變壓器，也有降壓變壓器。對于電子產品使用的是電源變壓器，一般是降壓變壓器。

電流變換。電流互感器是一類特殊的變壓器，它將電力系統的大電流變換為小電流，送至控制、測量、保護和自動裝置使用，對電力系統起監視和測量的作用。

阻抗變換。變壓器的阻抗變換是指變壓器的原邊阻抗與副邊阻抗之比等于原邊匝數與副邊匝數之比的平方。在電子技術中，可用變壓器改變交流阻抗從而實現阻抗匹配，實現最大功率傳輸。比如，電視天線的阻抗是300 Ω，接電視機的天線輸入端為75 Ω，需要用一個磁芯為2∶1 的高頻變壓器將300 Ω與75 Ω進行阻抗匹配。在早期的廣播中，通常采用變壓器進行阻抗匹配以保障信號暢通無阻。

隔離。隔離變壓器將兩相電隔離開，防止觸電事故的發生。隔離變壓器屬于安全電源，一般用于在機器維修保養中起保護、防雷、濾波作用。隔離變壓器是一種1∶1 的變壓器，初級220 V,次級也是220 V。隔離變壓器的次級不與大地相連，減少了各種雜波，因而減少了干擾。隔離變壓器通常用于有電子管和工作電壓高的電子儀器上，比如電子管擴音器，示波器等，也可以用于維修電源。

穩壓。穩壓變壓器是一種十分實用的變壓器，當外界供電網絡電壓波動或負載變動造成電壓波動時能自動保持輸出電壓的穩定，此外，它與其他形式穩壓器相比，還具有容量大、效率高、無波形畸變、電壓調節平穩、適用負載廣泛、能承受瞬間超載、可連續長期工作等優點，對于用電需求大而經濟效益高的工業區來說，穩定電壓使電器免受不穩定電源的威脅是必不可少的。

4 常用的變壓器

4.1 電力變壓器

為電力電路的運轉提供某一數值的交流電壓有效值的變壓器稱為電力變壓器[2]，電力變壓器最常使用的地方是電力系統，在長距離輸電時，對于一定的負載消耗功率值，由P=UI，提供電壓，則減少電流，線路消耗功率P=I2R，一般線路使用的材料為鋁、銅，單位電阻恒定，因而，高壓電輸電有利于遠距離輸送電能。由于電器不能直接使用高電壓，因此，在輸往用戶前，一般用降壓變壓器使電壓處于使用電壓。一般輸電用的變壓器屬于大型變壓器。小型電力變壓器常用在電子設備如電視機、家用計算機等設備。電子晶體管通常在低壓下工作，因此，使用電子晶體管的設備都需要使用降壓變壓器。

4.2 耦合變壓器

耦合變壓器是無線電線路中常用作極間耦合的變壓器。電子電路需要大的放大系數時，尤其是在射頻接收機和發射機上，通常在放大器之間使用耦合變壓器。收音機的中周，輸入變壓器、輸出變壓器等都屬于耦合變壓器。耦合變壓器主要用在耦合電路中，其主要具備隔離、阻抗匹配、給交流信號提供通道的作用。

4.3 電源變壓器

電源變壓器的功能是功率傳送、電壓變換和絕緣隔離，作為一種主要的軟磁電磁原件，在電源技術和電力電子技術中廣泛應用。一般電源變壓器與整流電路一起構成電源適配器，廣泛應用于游戲機、語音復讀機、筆記本電腦、手機、路由器、隨身聽等設備中，幾乎現有的電子產品或多或少都有它的身影。

5 結束語

各種類型的變壓器應用于各類電子設備。在用電設備中，變壓器是大多數電器的必備組成部分。變壓器在現實生活中起著十分重要的作用，在現今的電器化時代，變壓器已成為我們多彩生活中不可或缺的電子設備之一。