变压器设计原则的探讨

陈海东

摘 要：变压器的主要作用就是改变交流电压大小。它结合了电磁感应的设计宗旨，把其中一种等级的交流电压转换成别的级别交流电压，如此来应对各种负荷的电压种类。随着变压器的新起，有越来越多的人逐渐从认识到应用，而且变压器所涉及的领域也颇多，小到日常生活大到工作运营。目前，变压器的安全性和稳定性也是在发展过程中一个值得注意的问题，因为变压器不单单是在日常工作生活中有所触及，它在电力系统和供用电系统中也发挥着至关重要的功效。文章主要从变压器的设计理念、原理特点对其展开了详细的分析和讨论。

关键词：变压器；设计原则；电磁感应；线圈；技术数据；发展趋势

如今我国社会发展迅速，使得电子元件较多的投入到了电厂的管理、監察测量以及自动回路之中，从而也就促进了小型变压器的使用范围，使之愈来愈普遍。不过，有时候也因为小型变压器的突然损坏，而在市场中变压器的销售并不是很多，所以很难购买得到，造成了机器停止运转不能够继续工作的结果，这类原因形成的问题还比较多见。所以，为了减少不必要的麻烦，平时不光要提高变压器的维修养护之外，还需要了解变压器的绕制方法，文章对变压器如何设计以及设计的方案和技术手段进行了分析。

1 变压器的工作原理以及技术数据

1.1 变压器的工作原理

电力变压器的作用是转换交流电压的大小，变压器通过电磁感应的原理，从而把一种级别的交流电压转换成别的级别的交流电压，来实现每种电流负荷的标准。也正因为其转换电流压力的功能，使它在电力系统和供用电系统都发挥着不可替代的能力。大多相同的磁路组成通常采取硅钢片制作而成的，被称作铁心。双绕组变压器，其构造以及运行理念是把连接到交流电源的绕组称之为原绕组，而把连接到负荷（也称负载）的绕组称之为副绕组，元绕组有时候也被叫做是原边或者是初级，副绕组被叫做副边或者是次级。

变压器中元绕组跟副绕组的电压各不相同，如果次级绕组电流强度超出初级绕组电流强度，那么可以把这类的变压器叫做升压变压器；如果次级电流强度弱于初级电流强度，那么把该变压器叫做低压变压器。工程学中也可以把电流强度强的叫做高压绕组，电流强度弱的叫做低压绕组。

1.2 变压器的数据支持

变压器所有的技能大致分解情况有以下几个部分：额定电压组合、额定电压比、冷却方法、总重量以及大小等。因为重量和大小中包括了铁心、绕组、绝缘构造、油箱、绝缘套管，所以使这个部分成为变压器中的主要成分。而这之中也不能够没有任何一个部件，因为它们的作用都是承上启下相互连接的，如此才能够确保变压器在工作中发挥出自身的全部功能，并且更加有效的对电流电压实行转换。

2 变压器的设计原则

2.1 变压器的工作设计分析

2.1.1 变压器空载运行。变压器的空载运行属于一种超常的工作形式。空载运行的主要含义指的是初级绕组连接到电源，次级绕组开路，并且次级绕组中不存在电流的非常容易实行的工作状态。在相同的电路中，电压和电流的流通方位也要相同，电磁流通的方位要保证和电流电压的通入的方位呈右手螺旋的状态；在电磁感应的现象里产生的电动势要和磁通量两者需要符合电磁感应定律。电量方向标准：电压u1与电流I0同方向，磁通Ф正方向与电流I0正方向符合右手螺旋定则。电势e与I0电流的正方向相同。由于磁通在交变，根据电磁感应定律，电势公式及电势平衡方程式推导。空载时，主磁通Ф在1次侧产生感应电势E1，在2次侧产生感应电势E2，1次侧的漏磁通Φ1σ在1次侧漏抗电势E1σ。而这属于电机学中相当主要的一个公式，叫做4.44公式。讲述了感应电势E1与磁通Φm/频率f/绕组匝数N成正比。上述推理牵扯到了电磁量为正弦的转换，能够用相量来说明。分析正弦稳态的有效办法是相量法，使用该方法的时候不单要注意其有效值，还需要注意反映交流电任何时间状态的物理量。感应电势E在相位上滞后于磁通Φ90°。E1σ=-jX1σI0考虑到1次侧绕组的电阻压里减弱之后，其电势平衡方程式为：

U1=-E1-E1σ+R1I0=-E1+jX1σI0+R1I0=-E1+I0Z11次侧无电流，故：E2=U2对于1次侧来说，电阻压降和漏抗压降都很小。于是U1≈-E1=4.44fN1Φm，如此可见变压器的磁通主要是根据电源电压U1/频率f/和1次侧绕组的匝数N1来决定。在设计过程中，如果电压U1和频率f给定，则变压器磁通由匝数N1决定。用一个阻抗（Rm+jXm）表示主磁通Φ对变压器的作用，用另一个阻抗（R1+jX1σ）1次侧绕组电阻R1和漏抗X1σ的作用，这样能够得出空载时变压器的等效电路。R1和X1σ受饱和程度的影响非常小，一般情况是原地不动的。Rm和Xm随着饱和程度的增大而减小，在实际运用操作时需谨记这项论证结果。变压器正常运转是，因为电源电压转换的范围较小，铁心中主磁通的变化不是特别的大，励磁阻抗Zm也属于不动的状态。变压器，其磁通Φ可以由电压U1和频率f控制。

2.1.2 变压器的负载运行。负载运行是变压器最基本的运行状态，变压器的负载运行是指原绕组接入电源电压，副绕组接负载时的工作情况。这时，变压器的副边也有电流流通。原边的输入电流与空载相比相应增大，副边的端电压将受到负载的影响而发生变化，这是负载运行与空载运行的主要区别。变压器负载运行基本电磁过程：负载后，2次侧电流产生磁势F2=N2I2，该磁势将力图改变磁通Φ，而磁通是由电源电压决定的，也就是说Φ基本不变。要维持Φ不变，1次绕组的电流将由原来的I0变为I1。I1产生磁势F1=I1N1，F1与F2共同作用产生Φ，F1+F2的作用相当于空载磁势F0，也即励磁磁势Fm。负载后，1次侧绕组中的电流由两个分量组成，一个是其负载分量I1L，另一个是产生磁通的励磁分量I0，I1L产生的磁势与2次侧电流产生的磁势大小相等，方向相反，互相抵消。在满载时，I0只占I1L的2%～8%，有时可将I0忽略，即：I1+I2/k=0，I1/I2=1/k。这就是变压器的变流作用，只有在较大负载时才基本成立，用此原理可以设计出电流互感器。

2.2 变压器的设计原则

变压器属于一项产品，具有一定的商品属性特征。变压器在设计时原则问题跟其他商品没有什么太大的区别。在制造过程中要使其的效用合乎标准，以较少的投入获取较大的利益。但是，一些商家在注重减少商品投入的资金时，忽略了设计细节。既想开发出有效的产品，又想节约成品成为了现今此行业对的首要问题。解决措施是要设计创造出更好的变压器，使其方便人们的使用，功能方面稳定有效，还要保证成本在可控范围之内。这样的变压器才能够在市场中更加受到人们的购买和喜爱。

制造方要对产品做出详细的说明介绍，从而帮助购买者，确保变压器在工作中的使用安全和效用，不断的改革创新，改善产品的缺点和不足，稳扎稳打，还要能够承受住市场的长期考验，如此才能在那么多的产品中崭露头角，站稳脚跟。

3 结束语

总而言之，想设计创造出两全其美的变压器，就需要不断的试验和仔细的研究琢磨，直至完全灵活的运用变压器的设计理念和技术手段。因为对变压器的不断摸索探究，作者也制作出了很多的小型变压器，还能够利用已经损坏的小型变压器的铁心和继电器、启动器的线圈来绕制，不仅经济还能解决实际问题，使设备及时投入运行。

参考文献

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