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变压器基础知识：原理、结构与应用

更新时间：2025-11-07 09:06:24

晨欣小编

一、前言

变压器（Transformer）是电力系统中极为关键的电气设备之一，它几乎贯穿了电能的整个传输与使用过程。从发电厂升压、长距离输电，到配电网络降压，再到电子设备内部的电压转换，变压器无处不在。
本文将系统讲解变压器的基本原理、内部结构、分类方式、主要参数以及典型应用场景，帮助读者深入理解这一电工核心元件。

二、变压器的基本原理

1. 电磁感应原理

变压器的工作基础是电磁感应定律。当交流电流流经原线圈（初级线圈）时，线圈周围产生交变磁通，该磁通穿过铁心并在副线圈（次级线圈）中感应出电动势。

其基本公式为：

$E = 4.44 \times f \times N \times \Phi_m$

其中：

$E$ ：感应电动势（V）
$f$ ：电源频率（Hz）
$N$ ：线圈匝数
$\Phi_m$ ：最大磁通量（Wb）

由此可知，变压器的电压变换与匝数比直接相关：

$\frac{U_1}{U_2} = \frac{N_1}{N_2}$

当次级线圈匝数多于初级线圈时，为升压变压器；反之则为降压变压器。

三、变压器的基本结构

变压器的基本组成部分包括：铁心、绕组、绝缘系统、油箱（或外壳）及附件。

1. 铁心（磁路部分）

铁心是磁通的通道，一般采用硅钢片叠装，以减少涡流损耗。
常见结构有：

芯式铁心：绕组包在铁心柱上（常用于电力变压器）；
壳式铁心：铁心包绕绕组（多见于电子变压器）。

2. 绕组（电路部分）

绕组分为初级绕组和次级绕组，通常由漆包铜线或铝线绕制。
按电流大小分为：

低压绕组：匝数少、电流大；
高压绕组：匝数多、电流小。

3. 绝缘结构

变压器需在高电压条件下工作，因此绝缘设计极为重要。常用材料包括漆布、电工纸、绝缘油及环氧树脂。

4. 冷却与油箱

中大型变压器需使用变压器油作为冷却与绝缘介质。冷却方式包括：

自然油冷（ONAN）
强迫油循环冷却（OFAF）
风冷（AN、AF）

5. 附件

如油枕、气体继电器、温控器、分接开关、压力释放阀等，用于保护与监控运行状态。

四、变压器的分类

变压器种类繁多，常按以下几种方式分类：

1. 按用途

电力变压器：用于输配电系统电压变换。
配电变压器：供工厂、住宅等用电系统降压。
仪用变压器：如电流互感器、电压互感器，用于测量与保护。
电子变压器：如脉冲变压器、隔离变压器、开关电源变压器。

2. 按相数

单相变压器
三相变压器

3. 按冷却方式

干式变压器（树脂浇注、空气冷却）
油浸式变压器

4. 按铁心结构

芯式
壳式
环形（Toroidal）

5. 按调压方式

无载调压变压器（运行前调节分接）
有载调压变压器（运行中自动调节）

五、变压器的主要参数

了解变压器的主要技术参数，是正确选型与维护的前提。

参数	含义	单位
额定容量	输出功率能力	kVA
额定电压	输入/输出额定电压	V
空载电流	无负载时的励磁电流	%
空载损耗	无负载时的铁损	W
负载损耗	满载时的铜损	W
短路阻抗	电压降比例	%
效率	输出功率与输入功率比	%
温升	工作温度上升值	℃