变压器的工作原理及运行维护

摘要：配电电力设备中的变压器，简称“配变”。主要指的是在终端配电设备传输控制系统中根据电磁场的运动感应定律变换交流静止感应电压和交流直交静止电流而传输电压交流电能的一种直流静止式稳压变电器。本文主要探讨变压器的工作原理及运行维护。

关键词：变压器工作原理运行维护

一.变压器的工作原理

变压器由一个铁芯（或者说是磁芯）和一个绕组线圈共同连接组成，线圈一般可以有两个或两个以上的铁芯圈或绕组，其中接电源绕组一般可以叫初级绕组线圈，其余的绕组可以叫次级绕组线圈。它们还包括可以同时用来变换各种工频的交流电压、电流和连接电源线的阻抗。最简单的变电器由一个软磁磁性材料做成的小型铁心及其内部紧套在这个小型铁芯中心上的两个匝数大小不等的铁芯绕组线圈共同构成。

铁心的耦合作用主要是为了加强两个专用线圈间的磁滞留耦合。为了有效减少铁内部对涡流和磁滞留的损耗，铁芯中心由两块涂有油漆的白色硅钢片进行叠压而得制成;两个专用线圈之间几乎没有交流电的相互联系，线圈由铁心绝缘线和铜线（或绝缘铝线）连接绕成。一个专用线圈接入的交流电源线路称为初级专用线圈（或原线圈），另一个专用线圈连接用户电器电源称为次级专用线圈（或副级线圈）。

变压器是利用简单的电磁驱动感应变换原理设计制造的一种静态电路电器。例如，当电力变压器的初级和次级线圈连接到交流电源时，在铁心中可以產生交流磁通量，并且交流相变磁通量由简单的φ函数表示。原、副与正线圈电路中的φ函数是相同的，φ也是简单调谐函数，表达式为φ=φmsinωt。由法拉第电磁感应定律可知，原、副与正线圈电路中的电磁感应电动势为式中e1=-n1dφ/dt、e2=-n2dφ/dt。式中又以n1、n2为原、副与正线圈的匝数。由图所示可知式中u1=-e1，u2=e2（原线圈中物理量一般用线圈下方上角标1表示，副线圈中物理值的量一般用线圈下方上角标2表示），其复有效电压值为式中u1=-e1=jn1ωφ、u2=e2=-jn2ωφ，令原、k=n1/n2，称变压器的感应变压值比。由上式类推可得其令u1/u2=-n1/n2=-k，即电动变压器原、副与正线圈感应电压有效值之比，等于其匝数与之比而且原、副线圈感应电压的位数比相差为π。

进而得出：

U1/U2=N1/N2

在线圈空载稳压电流有效可以完全忽略的这种情况下，有利于i1/i2=-n2/n1，即原、副和主线圈空载电流有效的峰值匝数大小与其匝数大小成正反比，且与其相位有偏差π。

进而可得

I1/ I2=N2/N1

理想化的变压器原、副总线圈的实际功率损耗相等p1=p2。这就说明这种理想化的变压器本身几乎无任何功率驱动损耗。实际理想变压器总线圈存在功率损耗，其节电效率大约为η=p2/p1。利用电力理想变压器的节电效率很高，可达90%以上。

二.几种关于变压器的额定运行方式

2.1变压器电压变化的允许范围

对于一种电力直流变压器来说，在它的电压不大大高于它的额定工作电压的这种情况下，那么这就对电力变压器本身来说不会对它造成很大的不良影响，而是只有它会直接使电力变压器的工作力大大减少;而在其他变压器中，若它的电压已经大大超过它的额定工作电压时，那么这就会直接加大它的电流损失以及电磁铁芯片的损耗。因此，这些都会给电力变压器的漏电绝缘保护性带来一些不良影响。

2.2关于变压器的发热及冷却

根据驱动变压器的均匀工作温度原理我们可知供电绕组与驱动铁芯之间的内部电能相互损耗几乎会全部被铁芯转化来作为外部热量，这就可能会直接造成驱动变压器的各个主要位置的工作温度完全得以均匀提高，但是并不是各个位置部分的工作温度都是可能完全得以均匀被提高的。整个的散热过程是热量会逐渐通过绕组以及铁芯，然后被传送到变压器油箱内，再之后是从油箱散发出的热油热量会通过变压器的散热器而扩散到四周的空气里。

特点是在整个过程中由于变压器每个部位的温度并不是相同的，而是具有很大差异的。其中，温度最高的部位是绕组一带，因为容量大的变压器会使它的损耗和热量更大，所以我们要采取的冷却方式强迫油水冷的方式，即在变压器中的高低绕组里面设置油路，这样做可将散热效率大大提高。

2.3变压器允许温度和温升

变压器的允许温度并不是一成不变的，而是随着由变压器本身的绝缘材料而定的，比如油变采用的绝缘材料就是油和纸。在变压器绕组温度最高点是九十八摄氏度的情况下，那么变压器的使用年限将是二十到三十年之间。然而，在实际运行中，一般情况下绕组的最高点的温度都不会高于九十八度，因此变压器的使用年限是多于三十年的。

综上可知，变压器在工作的情况下，维护方式是加强对绕组温度和顶层油温的检测和监视。针对这一点，我们可以在变压器中装设超温保护装置，那么在变压器已经高于低温的定值的情况下就会发出警报提示声，在温度已比高温定值高时就自动跳闸。

三.变压器的运行维护

3.1防止电动电源变压器发生过载或者持续停止运行。如果长期发生过载或者持续停止运行，会直接影响引起电动变压线的外圈持续发热。

3.2保证机器使用绝缘胶等油品的质量。控制各种变压器设备使用中的绝缘油在机器油品贮存、运输或日常设备运行过程中的日常维护。运行过程中的各类型变压器设备用户也都应定期对其进行检查化验机器绝缘产品油质，对于化验不合格的机器绝缘产品油质一定应及时对其进行保养更换。

3.3防止压力变压器中的铁芯内部绝缘结构老化发生损坏。高压铁芯内部绝缘结构老化或者在夹紧高压螺栓时的套管发生损坏，会直接使高压铁芯绝缘产生很大的高压涡流，引起高压铁芯长期高压发热从而造成铁芯绝缘结构老化。

四.结束语

变压器的运行对于电压变换，电流变换、阻抗变换等有着非常重要的作用。其运行维护对于变压器的日常工作、用户的使用作用很大，所以一定要根据变压器的工作原理来探讨其运行及维护。

参考文献

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[2]范登， 李刚. 浅谈变压器的工作原理与运行维护[J]. 科技风， 2011（13）：92-93.

[3]管鑫. 变压器的运行维护和事故处理[J]. 科研， 2016， 000（005）：P.223-223.

作者简介

陶巧丽（1974年12月30日）女，汉族，籍贯：甘肃省合水县，大专学历，工程师。