第六节 变压器的基本构造

一、什么是变压器

变压器是根据电磁感应原理制成的一种静止电器，用它可把某一电压的交流电变换成同频率的另一电压的交流电。

变压器是远距离输送电能所必需的重要设备。输送一定功率的电能时，电压越高，则电流越小，因而可以减少输电线路上的电能损失，并减小导线截面，节约有色金属。

发电厂的交流发电机发出的电压不能太高，因为电压太高，电机绝缘有困难。因此，要用升压变压器将发电机发出的电压升高，然后再输送出去。在用户方面，电压又不宜太高，太高就不安全，所以又需要用降压变压器把电压降低，供给用户使用。升压、降压都需用变压器。

用电设备所需的电压数值往往是多种多样的。例如，机床用的三相交流电动机，一般用300V的电压；机床上的照明灯，为了安全一般使用36V的电压；而指示信号灯又常用6.3V的电压。这就需用变压器把电网的电压变换成适合各种设备正常工作的电压。

变压器除用来变换电压外，在各种仪器、设备上还广泛应用变压器的工作原理来完成某些特殊任务。例如，冶金用的电炉变压器；整流装置用的整流变压器；输出电压可以调节的自耦变压器、感应调压器；供测量高电压和大电流用的电压互感器、电流互感器等；这些特殊用途的变压器，结构形状虽然各有特点，但其工作原理基本上是一样的。

二、变压器的构造

构成变压器的主要部件是铁心和绕组。

变压器铁心用磁滞损耗很小的硅钢片（其厚度为0.35~0.5mm）叠装而成，片间相互绝缘，以减少涡流损失。

按绕组与铁心的安装位置，变压器可分为芯式和壳式两种。芯式变压器的绕组套在各铁心柱上，如图3-16所示；壳式变压器的绕组则只套在中间的铁心柱上，绕组两侧被外侧铁心柱包围，如图3-17所示。电力变压器多采用芯式，小型变压器多采用壳式。

变压器绕组可分为同心式和交叠式两类。同心式绕组的高、低压绕组同心地套在铁心柱上，为便于绝缘，一般低压绕组靠近铁心，如图3-17所示。同心式绕组结构简单，制造方便，国产电力变压器均采用这种结构。交叠式绕组都制成饼形，高、低压绕组上下交叠放置，主要用于电焊、电炉等变压器中。

变压器运行时因有铜损和铁损而发热，为了防止变压器因温度过高而烧坏，必须采取冷却散热措施。按冷却方式，变压器可分为自冷式和油冷式两种。小型变压器多采用自冷式，即在空气中自然冷却；容量较大的变压器多采用油冷式（见图3-18），即把变压器的铁心和绕组全部浸在油箱中。油箱中的变压器油（矿物油）除了使变压器冷却外，它还是很好的绝缘材料。为了容易散热，常采用波形壁来增加散热面。大型电力变压器常在箱壁上焊有散热管，这不但增加了散热面，而且还使油经过散热管循环流动，加强油的对流作用以促进变压器的冷却。

变压器从电源输入电能的绕组称为一次绕组（俗称原绕组或初级绕组）；向负载输出电能的绕组称为二次绕组（俗称副绕组或次级绕组）。变压器的电气符号如图3-19所示。

三、变压器的应用

【专业指导】 在汽车上，需要准确监测信号轮的位置、方向或转速三个参数（或其中两参数）时，通常采用旋转变压器。例如，汽车转向力矩传感器、大众汽车卧式加速踏板位置传感器、最新型的节气门位置传感器、电动汽车的电机转子位置传感器等都采用旋转变压器原理。

基本原理是控制器首先向变压器的一次线圈通入一个高频（通常5kHz、10kHz、12kHz、20kHz之一）正弦交流电（通常幅值为12V，也可低于12V），产生交变磁动势，在一次和二次线圈间放置转子的信号轮，信号轮为硅钢片轮，轮上通过加工出不同的桃尖代表不同转子位置，在转子转动时，改变一次和二次线圈之间的磁阻，这样在一个或两个二次线圈中产生同频交流。

典型案例：在电动汽车的永磁同步直流无刷电机上，变频器内部的电机控制器要知道每次起动车时的电机转子的位置在哪，通常要先通电对转子进行定位，然后，按变速杆确定的D位或R位来实现正转或反转。电动汽车的永磁同步直流无刷电机转子上通常次级采用一个正弦线圈和余弦线圈，正弦线圈产生和初级线圈同相位正弦信号，而余弦线圈产生和初级线圈同相位的余弦信号，两路电压信号经两通道高速数-模转换器转换，再经处理后直接输出位置、方向和转速信号。

【专业指导】 在汽车上，点火系统是发动机上一个最重要的系统，其中的点火线圈（也称升压变压器）就是采用了变压器的原理，只不过初级线圈通过脉冲直流电，次级线圈升压为脉冲直流高压电。