变压器设计原则浅述

马会娟

摘要：在生活中和建筑造业里，变压器的应用越来越广泛，也更加人性化。但是其安全性也是大家所关注的问题，本文就变压器的设计原则进行浅述。

关键词：变压器；设计原则；设计要点

1.变压器

变压器是一种静止的电气设备，它利用电磁感应原理把电压的交流电能转变成同频率的另一种电压的交流电能。

1.1变压器的分类

变压器设备按照用途来区分的话，可以是电力的变压器，其作用于升高电压、降低电压、配送电源等等；特种变压器，多用于冶金设备等特殊场合；或者是仪用的互感器，其作用也是在调节电压上面；实验用的变压器，其作用在利用电压成等级高的电压，也有就是调节电压强度。

1.2电压器的输送功能

发电机的容量往往远小于变压器的容量。输电过程中，通常将电压升高，通过高压输电线传送到远方的城市，通过降压变压器来将电压调节到10KV，再通过输送器将变压好的电压传送到用户。

1.3单相变压器的基本结构

铁心和绕组是变压器的主要结构之一。

1.4变压器的其它装置

变压器的主要组成部分有：变压器油、器身、油箱、散热装置、开关、绝缘保护等等。

2.变压器的运行原理

2.1变压器的空载运行

2.1.1空载运行时的磁通、感应电势

变压器的空载运行是指变压器的一次绕组接入电源，二次绕组开路的工作状态。

2.1.2电压平衡方程式

电压的额定值 1NI，2NI，1NU，2NU，NS，FN。

1NU：在一次绕组端子间电压保证值

2NU：空载时，一次侧加额定电压，二次侧测量得到的电压

在一个电路里面，如果你选择了一个方向作为固定参考值的话，那么电源的电压应该是一个正数的数值，在这个电路上的一个电压是这个电压总的相反的数值，所以电压方向与电流方向其实是相反的。

空载电流：当设备在空载的时候需要载入的电流我们称之为空载的电流，而这个电流的主要目的是建立主要的磁场流通，还有一个就是提供空载的损耗。

2.1.3负载运行

变压器次级绕组带上用电的东西，就叫负载运行。

2.2变压器的折算法

变压装置的两边是没有直接的电路关系的，有的也只是磁场的联系，所以如果一边的磁场没有变化的话，另一边的物理变化也是不变的，这样以来就为变压设备的折算提供了相对来说比较准确的数据依据。其定义就是，在保持一边磁场不变的然后假设其他的电流改变的电压的计算方法，称之为折算法。

2.3变压器的运行特性

变压器的运行特性主要是有外特性及其效率。外特性：就是当原本绕在组线的电压和功率的参考数值不发生改变，两端的电压随着负载的电流变化的规律。效率：就是当原本绕在组线的电压和功率的参考数值不发生改变时，负载功率也不要发生改变，这个时候变压装置随着电流变化的规律。

3.变压器的设计原则

3.1绝缘性

在变压器的设计原则里，首要的设计原则是绝缘，因为变压器是导体，如果不做好绝缘层的话，带来的后果是无可估量的。

主绝缘 相---地

内绝缘 相---相

纵绝缘：匝间绝缘

外绝缘：空气介质，如套管间绝缘

薄绝缘：指绕组首段匝间绝缘低于下表厚度的匝绝缘。

3.2绕组材料

3.2.1高强度缩醛漆包圆铜线

表示方法：缩醛漆包圆铜线 标称直径 QQ—2

3.2.2纸包圆铜线

表示方法：纸包圆铜线 Z—导线两边绝缘厚度 标称直径

绝缘厚度：0.30，0.45，0.80，1.20，1.80，4.25等

3.2.3纸包铜扁线

表示方法：纸包铜扁线 ZB—绝缘两边厚度 裸线厚×裸线宽

ZAB—绝缘两边厚度 裸线厚×裸线宽

其中：ZB表示电缆纸或电话纸，ZAB表示高密度电缆纸（500kV）。

绝缘厚度：0.45，0.60，0.95，1.35，1.60，1.95，2.45，2.95等。

3.3组合导线

组合导线根数与单根裸线厚度的关系：当组合导线的根数为2的时候，相对应的单根线厚度要为2.5；当组合导线根数为3的时候，相对应的单根线的厚度要2.0；当组合导线的根数为3的时候，相对应的单根线的厚度为1.6。

3.4换位导线

3.4.1表示方法：换位导线 HQQ—绝缘厚度 a×b×n

自粘换位导线 HQQN—绝缘厚度 a×b×n

3.4.2尺寸计算：

径向尺寸 = （a + ka）（n + 1）/2 + δt

轴向尺寸 = 2（b + kb）+ δt + c

3.5阻抗与负载损耗计算系数

空载损耗：当变压器二次绕组开路，一次绕组施加额定频率正弦波形的额定电压时，所消耗的有功功率称空载损耗。算法如下：

空载损耗=空载损耗工艺系数×单位损耗×铁心重量

负载损耗：当变压器二次绕组短路（稳态），一次绕组流通额定电流时所消耗的有功功率称为负载损耗。算法如下：

负载损耗=最大的一对绕组的电阻损耗+附加损耗

附加损耗=绕组涡流损耗+并绕导线的环流损耗+杂散损耗+引线损耗

u=4.44*f*B*At，V

其中：B—铁心中的磁密，T

At—铁心有效截面积，平方米

可以转化为变压器设计计算常用的公式：

当f=50Hz时：u=B*At/450*10^5，V

当f=60Hz时：u=B*At/375*10^5，V

4.结束语

变压器的普遍性和实用性，让它迅速地发展并走进人们的生活，但是对此衍生的安全性和稳定性能也是不可忽视的问题，所以在变压器的设计、生产上一定要严格把关，安全控制，让变压器的使用更加广泛，发挥的作用更加大。

参考文献：

[1]葛为民.变压器电场分析再议[J].常州工学院学报.2011（8）：90-92.

[2]郭健，林鹤云，徐子宏，金承祥.变压器阶梯接缝铁心的损耗计算[J].东南大学学报（自然科学版）.2013（4）：20-22.