任务1 单相变压器的结构
学习目标
（1）掌握变压器的概念及应用。
（2）了解变压器的分类。
（3）知道变压器的额定值含义。
（4）了解变压器的绕组的分类。
（5）知道变压器铁心的组成和类型。
任务描述
单相变压器是指在单相交流电源下工作的变压器，它的容量比较小，一般做控制、照明（低压）和整流用。通过拆装小型单相变压器，直观地认识其结构及作用。
任务分析
变压器的结构比较复杂，要想透彻地了解它的结构，需要掌握变压器的基本概念、应用，还要知道不同类型的变压器结构的区别。
相关知识
一、变压器的基本知识
1．变压器的概念及应用
变压器是利用电磁感应原理，将某一数值的交流电压变换为同频率的另一数值的交流电压的静止电气设备。变压器不仅对电力系统中电能的传输、分配和安全使用有重要意义，而且广泛应用于电气控制、电子技术、焊接技术等领域。
图1-1所示为电能传输分配示意图。发电站发出的电力往往需经远距离传输才能到达用电地区。在传输的功率恒定时，传输电压越高，则线路中的电流和损耗就越小。因此，在传输过程中，采用升压变压器获得较高的传输电压。而电能被送到用电区后，又要根据不同用户的需要，采用降压变压器降压。
图1-1 电能传输分配示意图
日常生活中，各种用电设备所需的电压各不相同见表1-1。电灯、电饭煲、洗衣机等家用电器需要220V的电压；机床上的照明灯需要36V的安全电压；一般手机充电器电压不超过10V，而电视机显像管需要100000V以上的高电压。我们国家民用统一供电电压为220V。为了使那些额定电压不是220V的电器设备正常工作，需要变压器来升压、降压。
表1-1 日常用电设备的额定工作电压
2．变压器的分类
变压器的分类如下：
为适应不同的使用目的和工作条件，变压器通常可按用途、绕组数目、相数、铁心结构、调压方式和冷却方式等具体划分类别。
（1）按用途分类
① 电力变压器。用于电能的传输和分配，如图1-2（a）所示。按其功能不同又可分为升压变压器、降压变压器、配电变压器等。
图1-2 常用变压器的外形（按用途分）
② 仪用互感器。用于电工测量，如电流互感器、电压互感器等，如图1-2（b）所示。
③ 控制变压器。容量一般比较小，用于小功率电源系统和自动控制系统，如图1-2（c）所示。
④ 特种变压器。在特殊场合使用的变压器，如作为焊接电源的电焊变压器，如图1-2（d）所示；专供大功率电炉使用的电炉变压器，如图1-2（e）所示；将交流电整流成直流电时使用的整流变压器，如图1-2（f）所示。
⑤ 其他变压器。如输出电压可调的调压变压器，实验用的高压变压器等。
（2）按绕组数目分类
① 双绕组变压器。高、底压各用一个绕组的变压器。如电炉变压器、整流变压器、电焊变压器等。
② 自耦变压器。高、底压共用一个绕组的变压器，在高、低压绕组之间既有磁的耦合，又有电的联系，如实验室使用的调压变压器。
③ 三绕组变压器。有高压、中压、低压3个绕组。如需要两种输出电压的电源变压器。
④ 多绕组变压器。有3个以上绕组的变压器。如需要多种输出电压的电源变压器。
（3）按相数分类
① 单相变压器。用于单相交流系统的变压器。如家用电器中的电源变压器。
② 三相变压器。用于三相交流系统的变压器。如电力变压器、三相电压互感器。
③ 多相变压器。有多相绕组的变压器。如用于整流的六相变压器。
3．变压器的额定值
按照国家标准规定，标注在铭牌上的，代表变压器在规定使用环境和运行条件下的主要技术数据，称为变压器的额定值（或称为铭牌数据），主要如下。
（1）额定容量：变压器在正常运行时的视在功率，通常以SN来表示，单位为伏安（VA）或千伏安（kVA）。对于一般的变压器，初、次级的额定容量都设计成相等的。
（2）额定电压：在正常运行时，规定加在一次绕组上的电压，称为一次绕组的额定电压，以U1N表示；当二次绕组开路（即空载），一次绕组加额定电压时，二次绕组的测量电压，即为二次额定电压，以U2N表示。
（3）额定电流：根据额定容量和额定电压计算出来的电流值。一、二次绕组的额定电流分别用I1N、I2N表示，单位为安（A）。
（4）额定频率：我国以及大多数国家都规定fN=50Hz。
此外，变压器的铭牌上一般还会标注效率、温升、绝缘等级等。
二、单相变压器的基本结构
变压器的最基本组成部分是铁心和绕组，如图1-3所示。通常连接电源的绕组称为一次绕组或初级绕组，其余的绕组称为二次绕组或次级绕组。工作时，绕组是“电”的通路，而铁心则是“磁”的通路，且起绕组骨架的作用。变压器的符号如图1-4所示。
图1-3 变压器的基本结构图
图1-4 变压器符号
实用变压器除了铁心和绕组之外，还有一些为确保变压器运行安全的辅助器件。图1-5所示为一台油浸式电力变压器。
图1-5 油浸式电力变压器
1—放油阀门；2—绕组；3—铁心；4—油箱；5—分接开关；6—低压套管；7—高压套管；8—气体继电器；9—安全气道；10—油表；11—储油柜；12—吸湿器；13—湿度计
1．变压器铁心
铁心是变压器的主磁路，也是变压器的支撑骨架。
（1）铁心的组成
铁心由铁心柱和铁轭两部分组成，如图1-6所示。铁心柱上套装变压器绕组，铁轭起连接铁心柱使磁路闭合的作用。通常铁心用含硅量较高的，厚度为0.35mm或0.5mm，表面涂有绝缘漆的硅钢片叠装而成。
图1-6 铁心的基本结构图
（2）铁心的类型
根据结构不同，铁心可分为心式和壳式，其性能特点见表1-2。
表1-2 铁心的分类及性能特点
注：1—高压绕组；2—低压绕组。
（3）铁心柱和铁轭的装配工艺
根据铁心柱与铁轭在装配方面的不同，铁心的装配方式有对接式和叠接式两种。
① 对接式。对接式是先将铁心柱和铁轭分别叠装和夹紧，然后再将它们对接在一起，用特殊的紧固件夹紧。对接式有E形、F形、C形等类型，如图1-7所示。对接式主要用于小型变压器。
图1-7 对接式的类型
② 叠接式。叠接式是将铁心柱和铁轭的硅钢片一层一层叠装，各层硅钢片的排列互不相同，叠装之后，各层的接缝不在同一点，如图1-8所示。叠接式主要用于大型变压器。
图1-8 单相四片铁心交叠方法
2．变压器绕组
绕组是变压器传递交流电能的电路部分，一般用绝缘扁铜（铝）线或绝缘圆铜（铝）线在绕线模上绕制而成。变压器中，工作电压高的绕组称为高压绕组，工作电压低的绕组称为低压绕组。
根据高、低压绕组的相对位置、形状不同，以及在绕组铁心柱上排列方式不同，绕组可分为同心式和交叠式两种。
（1）同心式绕组。高压绕组和低压绕组均做成圆筒形，然后同心地套在铁心柱上，如图1-9所示。为减少绕组与铁心间绝缘距离，通常低压绕组在里面，高压绕组在外面，两绕组中间加绝缘纸筒绝缘。
图1-9 同心式绕组
1—高压绕组；2—低压绕组
（2）交叠式绕组。又称饼式绕组，它是将高压绕组及低压绕组分成若干个线饼，沿着铁心柱的高度交替排列，如图1-10。为了便于绝缘，一般最上层和最下层安放低压绕组。交叠式绕组的主要优点是漏抗小、机械强度好、引线方便。这种形式的绕组主要使用在低电压、大电流的变压器上，如容量较大的电炉变压器及电阻电焊机变压器。
图1-10 交叠式绕组
1—高压绕组；2—低压绕组
思考题
一、填空题
1．变压器的基本组成部分是（）和（）。铁心主要由（）和（）两部分组成，根据铁心的结构不同主要有（）和（）两种。
2．变压器按相数分类有（）、（）和多相变压器；按用途分类有（）、（）、（）、（）、（）、（）等。
二、选择题
绕组是变压器的（）部分。
A．电路
B．磁路
C．不确定
三、判断题
1．变压器的结构主要有两部分，即绕组和铁心。（）
2．我国交流电的频率是60Hz。（）