深度解讀變壓器：再次探索其奧秘所在
現代化生產和生活離不開電，而電力傳輸及獲得各種等級的電壓更離不開變壓器。變壓器是一種靜止的電器，它通過線圈間的電磁感應作用，可以把一種電壓等級的交流電能轉換成同頻率的另一種電壓等級的交流電能。
變壓器按用途可分為：輸配電用的電力變壓器，包括升、降壓變壓器等；供特殊電源用的特種變壓器，包括電焊變壓器、整流變壓器、電爐變壓器、中頻變壓器等；供測量用的儀用變壓器，包括電流互感器、電壓互感器、自耦變壓器（調壓器）等；用于自動控制系統的小功率變壓器；用于通信系統的阻抗變換器等等。
1.1.1變壓器的基本工作原理和結構
變壓器是利用電磁感應原理工作的，圖1.1為其工作原理示意圖。變壓器的主要部件是一個鐵芯和套在鐵芯上的兩個繞組。這兩個繞組具有不同的匝數且互相絕緣，兩繞組間只有磁的耦合而沒有電的聯系。其中，接于電源側的繞組稱為原繞組或一次繞組；用于接負載的繞組稱為副繞組或二次繞組。
圖1.1 變壓器工作原理示意圖
若將繞組1接到交流電源上，繞組中便有交流電流i1流過，在鐵芯中產生與外加電壓u1 相同頻率的且與原、副繞組同時交鏈的交變磁通Φ，根據電磁感應原理，分別在兩個繞組中感應出同頻率的電動勢e1 和e2。
式中，N1 為原繞組匝數；N2為副繞組匝數。
若把負載接于繞組2，在電動勢e2 的作用下，就能向負載輸出電能，即電流i2將流過負載，實現電能的傳遞。
由式（1.1）和（1.2）可知，原、副繞組感應電動勢的大小正比于各自繞組的匝數，而繞組的感應電動勢又近似于各自的電壓，因此，只要改變繞組的匝數比，就能達到改變電壓的目的，這就是變壓器的變壓原理。即
1.1.2 變壓器的基本結構
變壓器的主要部件有鐵芯、繞組、油箱、冷卻裝置、絕緣套管和保護裝置等。圖1.2為油浸式電力變壓器的結構示意圖。
圖1.2 油浸式電力變壓器
散熱和保護器身的作用；變壓器油起絕緣作鐵芯和繞組是變壓器通過電磁感應進行能量傳遞的部件，稱為變壓器的器身。油箱用于裝油，同時起機械支撐、用，同時也起冷卻作用；套管的作用是使變壓器引線與油箱絕緣；保護裝置則起保護變壓器的作用。
（1）鐵芯 鐵芯是變壓器的主磁路，又是它的機械骨架。鐵芯由鐵芯柱和鐵軛兩部分組成，鐵芯柱上套裝繞組，鐵軛的作用則是使整個磁路閉合。疊片式鐵芯，按其結構形式又分為芯式和殼式兩種。芯式變壓器結構簡單，繞組的裝配及絕緣也較容易，國產電力變壓器鐵芯主要采用芯式結構。
（2）繞組 變壓器繞組有同芯式和交疊式兩種型式。我國生產的電力變壓器，基本上只有一種結構型式，即芯式變壓器，所以繞組都采用同芯式結構，如圖1.3所示。
圖1.3 芯式變壓器繞組和鐵芯的裝配示意圖 （a）單相；（b）三相
所謂同芯繞組，就是在鐵芯柱的任一橫斷面上，繞組都是以同一圓筒形線套在鐵芯柱的外面。一般情況下總是將低壓繞組放在里面靠近鐵芯處，將高壓繞組放在外面。高壓繞組與低壓繞組之間，以及低壓繞組與鐵芯柱之間都必須留有一定的絕緣間隙和散熱通道（油道），并用絕緣紙板筒隔開。絕緣距離的大小，取決于繞組的電壓等級和散熱通道所需要的間隙。當低壓繞組放在里面靠近鐵芯柱時，因它和鐵芯柱之間所需的絕緣距離比較小，所以繞組的尺寸就可以減小，整個變壓器的外形尺寸同時也減小了。
（3）油箱和冷卻裝置 油浸式變壓器的器身浸在充滿變壓器油的油箱里。變壓器油既是絕緣介質，又是冷卻介質，它通過受熱后的對流，將鐵芯和繞組的熱量帶到箱壁及冷卻裝置，再散發到周圍空氣中。
（4）絕緣套管 變壓器套管是將線圈的高、低壓引線引到箱外的絕緣裝置，它將引線對地（外殼）絕緣，又起固定引線的作用。套管大多數裝于箱蓋上，中間穿有導電桿，套管下端伸進油箱與繞組引線相連，套管的上部露出箱外，與外電路連接。
（5）保護裝置 儲油柜（又稱油枕） 儲油柜是一種油保護裝置，裝在變壓器油箱蓋上，用彎曲聯管與油箱聯通。儲油柜的作用是保證變壓器油箱內充滿油，減少油和空氣的接觸面積，從而降低變壓器油受潮和老化的速度。 吸濕器（又稱呼吸器） 通過它，大氣與油枕內連通。當變壓器油因熱脹冷縮而使油面高度發生變化時，氣體將通過吸濕器進出。吸濕器內裝有硅膠或活性氧化鋁，用以吸收進入油枕中空氣的水分。 安全氣道（又稱防爆筒） 安全氣道裝于油箱頂部，是一個長鋼圓筒，上端口裝有一定厚度的玻璃板或酚醛紙板，下端口與油箱連通。它的作用是當變壓器內部因發生故障引起壓力驟增時，讓油氣流沖破玻璃板或酚醛紙板釋放出，以免造成箱壁爆裂。 凈油器（又稱熱虹吸凈油器） 凈油器是利用油的自然循環，使油通過吸附劑進行過濾，以改善運行中變壓器油的性能。 氣體繼電器（又稱瓦斯繼電器） 氣體繼電器裝在油枕和油箱的連通管中間，當變壓器內部發生故障（如：絕緣擊穿、匝間短路、鐵芯事故等）產生氣體時，或油箱漏油使油面降低時，氣體繼電器動作，發出信號以便運行人員及時處理；若事故嚴重，可使斷路器自動跳閘，對變壓器起保護作用。
（6）分接開關 變壓器負載運行時，二次端電壓隨負載大小及功率因數的變化而變化，如果電壓變化過大，將對用戶產生不利影響。為了保證二次端電壓的變化在允許范圍內，通常在變壓器高壓側設置抽頭，并裝設分接開關，用以調節高壓繞組的工作匝數，從而調節二次端電壓。分接頭之所以設置在高壓側，是因為高壓繞組套在最外面，便于引出分接頭；再者，高壓側電流相對也較小，分接頭的引線及分接開關載流部分的導體截面積也小，開關觸點也易制造。 中小型電力變壓器一般有三個分接頭，記作UN ±5％。大型電力變壓器則采用五個或更多的分接頭，例如，UN ±2×2.5％或UN±8×1.5％等。 分接開關有兩種形式：一種是只能在斷電的情況下進行調節，稱為無載分接開關；另一種是可以在帶負載的情況下進行調節，稱為有載分接開關。