变压器如何工作？

变压器如何工作？

变压器是电力系统中不可或缺的设备，它们能够改变电压的强度，确保电力在传输过程中的安全性和效率。从发电厂到家庭用电，从大型工业设备到小型家用电器，变压器都在发挥着重要作用。本文将详细介绍变压器的工作原理、组成部分以及不同类型，帮助读者全面了解这一重要设备。

图1：变压器

1. 电流和电压解释

电力主要由电流和电压定义。电流以安培（AMP）测量，显示了通过导体的电能流量的速率。电压（V）中测量的电压是驱动该流量并确定每个电子携带的能量的力。

要更好地理解这些概念，可以考虑一个水系统。电流就像流过管道的水量。而电压是推动水的压 力。就像水压通过管道向不同目的地移动水一样，电压将电流推动通过长距离的电路。

高水压会导致问题，例如如果不调节，会爆裂家庭水龙头。同样，高电压可能会冒险。城市水系统使用压力调节器将高 压降低到房屋的安全水平。以同样的方式，电气变压器从电力线（最多300,000伏）到家庭和企业更安全的水平“逐 渐下降”高 压。

变压器用于电网中，以使高传输电压适应更安全的可用级别。它们具有各种尺寸和能力，从整个社区的大型变电站变压器到较小的杆安装在当地。传输线中的高电压对于有效的长距离电力运输是必要的，从而减少了较低电压发生的损失。

在商业和工业环境中，变压器尤为重要。重型机械和工业设备所需的大型三相变压器手柄并调整高 压，通常提供480伏或208伏特，具体取决于系统。这与居民区或小型企业形成鲜明对比，单相变压器提供标准的120/240伏特。需要三相分配变压器来满足工业和商业环境的更高权力需求。它保证了稳定且可靠的电源分配。

三相变压器对于以较小的峰值电流负载提供连续功率是有利的，这对于具有恒定功率需求的复杂电气系统是理想的选 择。这可以确保企业和行业有效运营，可靠的电源可最大程度地减少停电并最大化生产率。

2. 变压器的作用是什么？

变压器是电力发电系统的一部分，电磁感应原理。该原理允许变压器更改交替电流的电压和强度，同时保持功率水平稳定。这种调整对于分发和使用电力至 关重要，尤其是在长距离内。

变压器提高电气系统的安全性和效率。发电厂的电 压在非常高的电压下产生。该高电压对于长距离传输有效。但是，直接在家庭或企业中使用它是不安全的。在传输线中使用高 压可减少长距离的能量损失。这保持了电网的效率。

图2：变压器电磁感应原理

但是，直接引入房屋或企业时，高 压是危险的。它会损坏电基础设施和设备。变压器降低了从高传输水平到更安全的消费者使用的电压。这样可以确保对电 气系统的保护。它还保持能源可用性而没有巨大的损失。

变压器对于弥合有效的高 压发电与安全电力消耗之间的差距也至关重 要。通过将电压降至适当的水平，变压器可以实现从发电到最终消耗的无缝过渡。这对于电网的可靠性和用户电气安装的安全性很重要。

在此过程中，变压器确保电力在长距离内有效地传输并安全地交付给最终用户。他们优化了电源分配过程，以最大程度地减少损失并将功率调整为安全水平以便在房屋和企业中使用。因此，在将高效发电转化为各种环境中的安全和实用的电力使用中，需要变压器。

3. 变压器的功能如何？

变压器利用三个主要组件：磁芯，初级绕组和次级绕组。它们根据法拉第的电磁感应定律运作。该定律指出，电路中不断变化的磁通量会在另一回路中诱导电动力。该原理允许在两个磁连接但电 气隔 离的电路之间有效地转移。

图3：变压器工作操作

这磁芯用作初级和次级绕组之间磁通量的途径。核心由高渗透性硅钢制成，将能量损失最小化为热 量。这提高了变压器的效率。核心中的薄层压减 少了涡流损失，这是产生过量热量的不必要电流。这种优化的磁路径也可以保证有效的能量传递，即使在高 压下也是如此。

这初级绕组开始能量转化过程。连接到电源，当交流电 流流过它时，它会在芯上产生不同的磁通量。这种通量在次级绕组中诱导电动力。转弯数初级和次要绕组确定电压变换比。次级绕组会导致升压变压器的更多转弯。较少的回合导致降压变压器。该设计适应了各种应用的电压水平，从高 压传输线到家用电器。

现代变压器具有高级组件，例如点击更换器。该组件在不同的负载下调整了初级的绕组转弯，以确 切的输出电压控制。一些变压器包括负载断 裂开关这允许断开维护或故障状况的连接，而不会中断整个电源。这些设计功能增强 了操作灵活性，安全性和可靠性。

变压器效率通过使用空气或液体冷却剂从电损耗中耗散热量的冷却系统提高。高功率变压器通常使用油进行冷却和额外的电绝缘材料。安全机制，例如保险丝和断路器，通过在过载和故障期间中断电流流量来保护变压器和较大的电网。

4. 变压器的一部分

变压器有各种类型，例如单位变电站，杆子，中型电压干式和通用低压干式变压器。在这里，我们专注于在电网中通常使用的油填充垫式变压器的组件。

图4：充满油的垫子变压器

在核心和线圈，发生电磁感应。围绕磁芯缠绕的线圈决定了电压转换。这些线圈由铝制成或铜制成，影响变压器的效率和散热。核心和线圈的设计和材料对于变压器的性能和寿命很重要。

衬套是绝缘端子，使电能够通过变压器的储罐壁，而无需直接电 气接 触。从战略上讲，它们将变压器连接到家庭和企业的高 压传入功率和较低的电压输出。衬套管理电流并保护变压器的内部组件免受电 气危害，以确保操作完整性和预防系统故障。

充满油的变压器使用特定的绝缘和冷却液管理温度。这种油在绕组周围循环，既是冷却液和绝缘子。它可以防止过热并保持变压器的运行完整性。

负载断开开关即使在负载和负载下，也可以使变压器从功率电网上安全断开。这些开关需要维护和紧急操作。它们可以快速安全停用，以防止在常规检查或故障期间进行电危害。

电压调节水龙头当原电压波动时，保持正确的二级电压。调整水龙头更换器会修改初级绕组比率。这允许变压器适应输入电压V ariat离 子。这样可以确保在各种负载条件下稳定且可靠的输出，以一致性的电 气性能。

变压器有仪表监测油级，温度和储罐压力等条件。这些仪表提供了指示潜在问题或确认安全操作的实时数据。较大的变压器可以使用高级传感器和诊断来优化性能。

保险丝保护变压器和电 气系统免受过度电流和过量热量的影响。保险丝中的细线或元素在高电流或热量下融化，以中断电流并将变压器与电网隔 离。这样可以防止损坏变压器和下游设备。它可以保护整个网络免受潜在故障的影响。

5. 不同类型的变压器

量身定制的变压器可满足不同应用程序的各类功能需求。每种类型都专门在特定条件下执行以提高电 气系统的安全 性。以下是变压器的几种类型：

电源变压器

图5：电源变压器

电 力变 形金 刚在广泛 的网络上发射电力。它们主要在发电厂和变电站中运行以调节电压。这些变压器在满载条件下处理高 压，使其大，重且健壮。广泛的内部绝缘层保证其运营可靠性。电 力变压器支持高 压传输网络。他们向城市和工业区分发电力，没有直接的最终用户连接。

电 力变压器的类型包括：

• 层压核心变压器。最大程度地减少涡流损失以提高效率。
• 自动转换器。使用单个绕组来发挥一 级和次要作用，以提供具有成本效益的电压调整解决方案。
• 环形变压器。带有面团形的核心。它们提供高效率和减少电 磁干扰。
• 归纳调节器。用于保持系统稳定性的动态电压调节。

分配变压器

图6：分配变压器

也称为服务变压器。分配变压器可为住宅，商业或工业使用提供适当的电压。它们专为在公用事业网络中恒定的负载条件下的高效率而设计，它们基于多种类型。

• 电压类。不同的类别处理各种电 气需求。
• 绝缘类型。充满液体以获得更好的冷却和绝缘材料，或者在可能有问 题的液体泄漏的环境 中进行干式。
• 安装位置。包括钢管杆上的杆子变压器和城市地下库中的地下拱顶变压器。
• 相配置。单相和三相变体可用，可满足不同的功率需求和系统需求。

牵引变压器

图7：牵引变压器

为铁路行业设计。牵引变 形金 刚管理火车的电力。它们以较低的频率（例如16.67 Hz）运行，适合电 动机车的特定功率需求。他们的设计处理铁路系统典型的动态和可变功率需求。

仪器变压器

图8：仪器变压器

仪器变压器专门从事高 压系统内的测量和保护。它们包括：

• 电势或电压变压器。将高 压降低到可管理的水平，以进行安全测量和监视任务，例如电压下降分析和相误差记录。
• 当前的变压器。精确测量电 流流，通常以串联连接。它在系统保护和监视中起着至关重要的作用。

专用的变压器

图9：专业变压器

对于特定的信号和应用需求，使用了各种专用的变压器：

• 脉冲变压器。在不同电压水平的电路之间传输电压脉冲，非常适合数字和通信应用。
• RF变 形金 刚。在射频扇区中用于阻抗匹配。
• 如果变 压器。无线 电接收器的中间频率阶段很重要。它有助于信号处理和增强。
• 音频变压器。隔离和匹配音频信号阻力在不同阶段的音频设备之间。它有助于保持音频质量并降低噪音。

6. 与变压器合作的安全提示

使用变压器，尤其是高 压剂，需要严格的安 全协议来减轻风险并确保运营安全。这些准则对于维持安全环境很重要，应无缝整合到日常操作中。

在安装变压器之前，彻底检查确定损坏的任何迹象。它包括燃烧的气味或折衷的零件。这些问 题的早期发现有助于变压器的功能和安全性。技术人员应立即记录所有发现和地址缺陷，以确保所有组件符合安 全标准，然后再进行安装。

除此之外，请确保变压器处理期间的安 全通过在维护或检查之前完全断开电 流输入，以消除电解风险。人员必须佩戴适当的防护设备。其中包括手套和安全眼 镜，以及严格遵守操作方案。诸如观察电压输出指示等方案，以防止发 生意外电 力潮或电危害的事件。

恰当的电压和负载管理需要考虑系统稳定性和安 全性。对于最大电压变压器可以处理的最大电压变压器以及使用多个变压器来平衡负载的好处。这会提高电 气系统效率并降低过载的风险。因此，防止系统故障和安 全危害。

维持变压器周围的清洁环境防止操作中断或事故。将导电材料（如螺母和螺栓）保持远 离变压器，以避免短路或意外的电弧。确保正确接地的变压器可最大程度地减少静电的风 险，从而导致危险的电 气排放。

最后，保护变压器免受环境元素防止损坏。接触水或 其他液体可能会导致短路。这会降低隔 热性，并可能导致变压器故障。变压器站 点应设计以防止水进入。他们还应该控制湿 度水平。这可以保护设备免受水分引起的损害。它确保了一致的性能和安 全性。

7. 结论

变压器对于正确处理和交付电力非常重要。他们确保力量在不损失大量能量的情 况下行 驶，并以正确的力量安全到达我们。有很多变压器。每个设计用于特定的任务和地点。借助新技术，当今的变压器甚至更好，因为它们更安 全，持续更长的时间，并且更有效地工作。