变压器.docx

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变压器

变压器

变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件。

常用于提供动力电源、整机电源、耦合信号和匹配阻抗等。

主要介绍小型变压器的检测与维修技术。

第一节变压器的构造和分类

一．一般变压器的基本结构

变压器主要由铁芯、绕组和附件组成。

（一）铁芯

铁芯是变压器的主体，分为铁芯柱和磁轭两部分，如图6-1所示。

其中铁芯柱构成主磁路，磁轭使磁路形成闭合回路。

为了减少铁芯内部和涡流损耗和磁滞损耗，铁芯多采用含硅钢片叠压而成。

常用小型变压器的铁芯形状有E字形、口字形、C字形、日字形等冲片，如图6-2所示。

为了提高导磁性能，装配时通常要求交替叠装。

（二）绕组

绕组是变压器的电路部分，它由铜或铝绝缘导线绕制而成。

绕组的作用是在通过交变电流时，产生交变磁通和感应电动势。

通过电磁感应作用，一次绕组的电能就可传到二次绕组，一次绕组和二次绕组具有相同或不同的匝数。

绕组在铁芯是常用绕法有两种。

一种为同芯式，常将接电源端的绕组绕在内层，加上绝缘材料后，再将接负载端的绕组绕在外层。

另一种为分段式，将变压器接电源端、负载端绕组各自分段绕在铁芯上。

（三）附件

电力变压器附件较多，这里不作介绍，下面只介绍小型变压器所用的附件。

1．绝缘材料绝缘材料是变压器重要附件之一，其作用是保证变压器的电气绝缘性能。

主要用于铁芯与绕组之间、绕组与绕组之间、绕组的层与层之间、引出线与其他绕组及铁芯之间部位的绝缘。

小型变压器所用绝缘材料有青壳纸、聚酯薄膜青壳纸、聚酯薄膜、黄蜡绸（纸）等。

对于引出线的绝缘，多选用玻璃丝漆管或黄蜡管等。

2．绕组骨架作用是支撑和固定绕组，便于装配铁芯。

3．屏蔽罩在对漏磁通的防护要求较高的场合，变压器的外层应加装用导磁材料制成的金属屏蔽罩，以防止漏磁通干扰线路工作。

如中频变压器，要求较高的电源变压器。

小型变压器部分附件如图6-3所示。

二．小型变压器的分类

在电子电器中，广泛使用小型变压器，小型变压器可按以下几个方面分类：

按用途分为电源变压器、选频变压器、耦合变压器、隔离变压器；按绕组形式分为

双绕组变压器、多绕组变压器、线间变压器；按工作频率分为高频变压器、中频变压器　、低频变压器；按相数分为、单相变压器、三相变压器、多相变压器；按铁芯形式分类芯式变压器、壳式变压器；按导磁材料分类铁芯变压器、铁氧体磁芯变压器；按有无屏蔽罩分类屏蔽罩无屏蔽罩两类。

在电子电器的安装与维修中，可根据具体不同用途，参照其他相关参数，合理选用变压器。

第二节小型变压器的简单测试

无论是新制作的、还是修理完工乃至存放过久的变压器，为了保证它的性能指标基本符合使用条件，在投入使用前，均需对其机械和电气性能进行测试。

一．通电前的检查

1．外观检查检查变压器铁芯、绕组、绕组骨架、引出线及其套管、绝缘材料等有无机械损伤；绕组有无断线、脱焊、霉变或高热烧焦的痕迹；检查绝缘材料是否老化、发脆、剥落等。

2．绕组直流电阻检测绕组直流电阻偏大时，能用万用表电阻挡测量的，可直接用万用表分别检测各个绕组的直流电阻，并与标称值比较；若绕组电阻小，不能用万用表测试时，应用单臂电桥或双臂电桥进行检测。

这样测得的电阻值比用万用表检测结果要精确得多。

3．绕组绝缘电阻检测用兆欧表检测各个绕组之间，各绕组与铁芯、与金属底板，屏蔽层之间的绝缘电阻，冷态时应达50MΩ以上。

二．空载测试

空载电流与空载输出电压的测试

1．小型变压器的通电测试电路如图6-4所示，在该电路中，闭合S1，调节调压器手柄，给一次绕组施加200V额定电压。

分断S2，使变压器处于空载运行状态。

此时电流表

的读数即为所测空载电流。

一般小型变压器空载电流为额定电流的10%～15%。

若空载电流偏大，变压器损耗大，温升也将偏高。

此时二次绕组所并联的电压表

读数为该变压器空载输出电压U2N。

2．耐压试验

变压器使用前应进行如下耐压试验：

即每个绕组和其他绕组、铁芯或屏蔽层之间，加以3000V、50Hz工频电压，持续1min，不发生击穿、打火等现象即为耐压试验合格。

三．负载测试

1．额定输出电压和额定输出电流的测试

在图6-4中，将待测变压器T2一次绕组接与a、b两端，闭合S2，使其带额定负载RL。

当电压表

读数为220V时，

的读数为该变压器额定输出电压。

若该电压与标称值相差太远或无电压输出，说明绕组匝数有错或存在局部短路、开路等故障，应拆开绕组检查。

在该测试电路中，电流表

、

的读数分别为该变压器额定输入电流和额定输出电流。

在输入电压为额定值时，若所测电流数值偏大，不是负载过重，就是一、二次绕组匝数不足。

2．电压调整率的测试

电压调整率指变压器空载输出电压U2N与额定输出电压U2之间差值的百分比。

这个值越小，则变压器性能越好，带负载能力越强。

电压调整率计算公式为

式中，△U%=为电压调整率，正常值在2%～10%之间。

3．空载损耗功率的测试

在图6-4中，在待测变压器T2接入测试电路之前（a、b两端开路），闭合开关S1，调节调压器T1，使输入电压为额定值220V（由电压表

示出），此时功率表

读数为电压表线圈和功率表

电压线圈所损耗的功率P1,此时电路电流很小，功率损耗也很小。

将被测变压器一次绕组接入a、b两端，保持S2的分断状态，重新调节调压器T1,直至

示数为220V,此时功率表读数为变压器空载损耗功率与、两只表损耗功率之和P2。

而变压器实际空载损耗功率为

P0=P2-P1

4．温升测试

按图6-4所示电路加额定负载，通电一至数小时，待温升稳定后测试，温升以不超过40～50℃为宜。

通常，变压器温升可用电阻法测试：

通电前先测出一次绕组冷态直流电阻R1；因多数电源变压器一次绕组在变压器内层，不易散热，温度比较稳定，以它为测试对象比较准确。

然后再加上负载，通电一至数小时后切断电源，再测量一次绕组热态直流电阻R2。

这样连续测几次，在几次所测直流电阻近似相等时，可认为所测温度为稳定时的终端温度，用下列经验

公式即可求出变压器的温升△T。

经过上述测试，合格或基本合格的变压器，即可投入使用。

不合格者多存在不同类型、不同程度的故障，应进一步检查，待排除故障后再投入使用。

小型变压器的故障排除将在本章第五节中讨论。

第三节变压器绕组的同极性端

当变压器只有一个一次绕组和一个二次绕组时，它的极性对于变压器的运行没有任何影响。

但当变压器有两个或两个以上的一次绕组和几个二次绕组时，使用中就必须注意它们的正确连接，即根据绕组的极性正确连接线路，不然轻则不能正常使用，重则烧毁变压器或用电设备。

一．同极性端的概念

如图6-5所示，变压器一次侧有两个相同的绕组，每个绕组的额定电压都是110V。

若把变压器接到交流电压为220V电源上使用，很显然，必须把两绕组串联，串联的方法有两种，一种是将接线端2和3连起来，接线端1和4之间接220V交流电压，如图6-6所示，此时两绕组中的感应电动势方向相同，合成电动势增大，由于感应电动势与电源电压反相，绕组的电流很小，此种连接为正向串联，是正确的。

若像图6-7所示那样，把接线端2和4连接在一起，在接线端1和3之间接220V交流电压，此时两绕组中的感应电动势方向相反，相互抵消，铁芯中无磁通产生，绕组中的合成感应电动势为零，220V电源电压全部加在只有很小直流电阻一次绕组上，绕组中通过的电流很大，将会烧毁绕组，正确连接绕组是很重要的。

为此，特引入同级性端的概念：

当电流分别流入两个绕组时，产生的磁通方向相同，或者说，当磁通发生变化时，两个绕组中产生的感应电动势方向相同，则把两绕组的流入电流端称为同极性端，用符号“·”标出。

习惯上，一个绕组只标对应的一端即可。

若电源电压为110V，两个一次绕组应并联，并联时只能将对应的同极性端连在一起，如图6-8所示，否则将会有烧毁绕组的危险。

反过来如需将两个绕组串联时，应把两绕组的异极性端连在一起，剩下的两个接线端接电源。

同理，二次绕组进行串联或并联时，也必须根据同极性端进行正确连接。

若串联时接错，输出电压为零；并联时接错，将导致绕组烧坏。

不管绕组的串联或并联，都必须分清绕组的同极性端。

那么，对绕组同极性端又如何判断呢？

下面分析同极性端的判断方法。

二．绕组同极性端的判断

1．观察法当已知量绕组的绕向时，可直接从绕组的绕向判断同极性端：

绕组均取上端为首端，下端为末端，两绕组绕向相同时，两首端为同极性端（当然两末端也为同极性端），如图6-9（a）所示；两绕组绕向相反时，两首端为异极性端，即一绕组的首端与另一绕组的末端为同极性端，如图6-9（b）所示。

2．实验法当不知绕组的绕向时，可用直接法和交流法测定绕组的同极性端。

（1）直流法将变压器的两个绕组按图6-10所示连接，当开关S闭合瞬间，如电流表的指针正向偏转，则绕组A的1端和绕组B的3端为同极性端。

这是因为当不断增大的电流刚流进绕组A的1端时，1端的感应电动势极性为“+”，而电流表正向偏转，说明绕组B的3端此时也为“+”，所以1、3端为同极性端。

如电流表的指针反向偏转，则绕组A的1端和绕组B的4端为同极性端。

（2）交流法把变压器两绕组的任意两端连在一起（如2端和4端），在其中一个（如A）上接上一个较低的交流电压，如图6-11所示。

再用交流电压表分别测量U12、U13、U34，若U13等于U12、U34之差，则1端和3端为同极性端；若U13等于U12、U34之和，则1端和3端为异极性端（即1端和4端为同极性端）。

第四节其他常用变压器

一．自变压器

1．典型结构

与普通变压器相比，在结构上自耦变压器也是由铁芯和一次、二次绕组组成。

其特殊性在于，二次绕组不单独绕制，而是与一次绕组共用一个线圈，如图6-12所示。

在技术上，对于小容量自耦变压器多做成绕组中间抽头可滑动接触的形式，以便于连续调节输出电压，这种用于连续调节输出电压的自耦变压器又叫自耦调压器，广泛应用于工程技术和实验室中。

为了方便连续调压，其铁芯冲压成圆环形；将绕组均匀绕在上面，绕组上端面去除绝缘层，便于用碳刷和转柄制成的调压组件在其上旋转而实现连续调压，其外形图和原理图如图6-13所示。

2．工作原理

自耦变压器可以做成升压、降压变压器，由于一次、二次绕组间有直接的电连接，不能做隔离变压器和安全变压器用，如图6-14所示。

下面以降压变压器为例讨论其工作原理。

若一次绕组加上交变电压u1，在变压器铁芯中将产生交变磁通￠m，从而在N1中产生感应电动势E1，经过理论推导有

E1=4.44fN1Фm

因自耦变压器在磁耦合上与普通变压器相同。

又由于u1的作用，一次绕组中的磁通又在二次绕组N2上感应出电动势E2，即

E2=4.44fN2Фm

两式相比，得

若忽略变压器一次绕组与二次绕组的电阻，则有

即

从（式6-2）可以看出，只要一次绕组输入电压u1确定，一次绕组匝数N1确定，则变压器输出电压只与二次绕组匝数N2有关。

选择不同N2的则可得到不同的u2。

自耦变压器就是根据这一原理制成的，连续改变匝数而得到连续可变的输出电压u2。

若将自耦变压器一次、二次绕组制成图6-15所示形式，便为自耦升压变压器。

如将上端制成滑动触点，则既可升压又可降压。

实验室用的输出电压0～250V的自耦调压器即采用这种绕组形式。

3．自耦变压器的应用

由于自耦变压器的结构简单、用料省、效率高、电压调节方便，广泛用于工农业生产，特别广泛用于实验室。

由于一次、二次绕组之间有电路上的直接连接，使用时应注意三点：

（1）不得作隔离变压器。

（2）不得作安全变压器。

（3）不得带电接线和拆线，人体不得随意接触一次、二次绕组及相连电路的裸漏部分。

二．仪用互感器

仪用互感器主要用于测量仪表配合，扩大仪表量程，完成对电路参数的测量。

常用的有电压互感器与电流互感器。

1．电压互感器

电压互感器原理图如图6-16所示。

从图中可以看出，它是一种降压变压器。

使用中将高压电源u1接与互感器高压侧U1～U2两端，输出低电压u2，技术上通常制成额定值为100V，并接与交流电压表以扩大该电压表量程，同时使仪表与高压电源处于电气隔离状态，以保护人身及设备安全。

电压互感器在设计与制作上要求较高，性能优良，接近于理想变压器，电压变换关系满足u1/u2=n1/n2。

由于电压互感器运行时的特殊性，在使用中必须注意如下三点要求：

（1）互感器的二次绕组一端、铁芯、外壳必须妥善接地，以保证使用的安全。

（2）一次、二次绕组绕组两侧都应加熔断器，用以保护电路和设备。

（3）互感器的负荷功率不得超出本本身额定容量，否则将造成测量误差增大，危险时还可能损坏器材。

2．电流互感器

电流互感器也是一种扩大测量仪表量程的变压器。

原理如图6-17所示。

从图中可以看出，就电压而言是一种升压变压器。

它的一次绕组只有几匝串联接入被测线路，工作于低压大电流，二次绕组匝数多接电流表的电流线圈，工作于高压小电流状态。

就电流而言，它扩大了电流表的量程，技术上电流互感器二次绕组输出电流通常设计成5A。

为了安全，一次、二次绕组采用了电气隔离措施。

类似电压互感器，电流互感器的性能亦接近理想变压器，其电流变换关系满足I1/I2=N2/N1。

电流互感器正确使用的注意事项如下：

（1）二次绕组的一端、铁芯及外壳必须接地，以保证使用安全。

（2）所用电流互感器一次绕组额定电流应大于被测电流，其额定电压亦应与被测电路电压一致。

（3）工作中负荷功率不得超过其本身容量，以免增大测量误差甚至危及器材。

（4）严禁将二次绕组开路。

因二次绕组一旦开路，二次绕组输出电流突然减小到零，根据电磁感应原理，二次绕组两端将感应出瞬间高压，危及人身设备安全。

3．三相电力变压器用于输、配电系统，完成电压与电流转换。

其原理结构如图6-18所示，其有三个铁芯柱，每个铁芯柱上对称绕有同一相的高压绕组和低压绕组，三相高压绕组的首尾端分别用U1、V1、W1和U2、V2、W2表示，其对应的低压绕组首尾端分别用u1、v1、w1和u2、v2、w2表示。

按照国家标准，三相电力变压器高、低压绕组的接法有Y，yn、YN，d、YN，y、Y，y和Y，d等。

在表示绕组接法的上述符号中，大写字母Y、YN表示高压绕组按星形联结，前者无中性点，后者有中性线。

小写字母y、yn、d则分别表示低压绕组是无中性线星形联结有中性线星形联结和三角形联结。

无中性结星形联结、三角形联结用三相三线制，有中性线星形联结用三相四线制。

图6-19所示为SJ1系列常用油浸式三相电力变压器外形。

铁芯和绕组组成的变压器置于用钢板制制成的油箱中，油箱外壁焊有供散热的油管（与箱内冷却油空间相通）。

储油箱（又称油枕）冷却油的热胀冷缩提供空间。

变压器一次、二次绕组引出线用绝缘套管将绕组端头与油箱绝缘并联通高、低压电路。

由于SJ1系列三相电力变压器损耗大、效率低，而S9系列（10KV）变压器作为节能变压器，其空载损耗低，负载损耗平均比SJ1系列降低20%，节能效果明显，广泛应用于城乡工农业电网。

如图6-20所示。

第五节变压器的修理

变压器的维修是维修人员必备的一项基本技能，在生产实际中对变压器进行常见故障现象的判别维修修理是必不可免的。

现以电子电器中电源变压器为例将这些内容归纳成小型变压器故障修理一览表如表6-1所示。

表6-1小型变压器故障修理一览表

故障现象

产生原因

修理方法

接通电源无电压输出

1．一次绕组开路或引出线脱焊

2．二次绕组开路或引出线脱焊

3．电源插头或馈线开路

1．拆换修理一次绕组或焊牢引出线接头

2．拆换修理二次绕组或焊牢引出线接头

3．检查修理插头或馈线

温升过高甚至冒烟

1．匝间短路或一次、二次绕组间短路

2．铁芯片间绝缘太差，产生较大涡流

3．铁芯叠厚不足

4．负载过重或输出电路局部短路

5．层间或匝间绝缘老化

1．拆换绕组或修理短路部分

2．拆下铁芯，重新对硅钢片浸绝缘漆

3．条件许可时加厚铁芯或重作骨架

4．减轻负载或排除短路故障

5．更换绝缘，严重的连导线一起换掉

空载电流偏大

1．一次、二次绕组匝数不足

2．铁芯叠厚不足

3．一次、二次绕组局部匝间短路

4．铁芯质量太差

1．增加一次、二次绕组匝数

2．增加铁芯，无法增加时重作骨架，重绕线包

3．拆开绕组，排除短路故障

4．重换或加厚铁芯

运行中有响声

1．铁芯片未插紧

2．电源电压过高

3．负载过重或短路引起振动

1．插紧铁芯片

2．有条件时降低电源电压

3．减轻负载或排除短路故障

铁芯或底板带电

1．一次、二次绕组对地短路或一次、二次绕组间短路

2．长期使用，绕组对地绝缘老化

3．引出线头碰触铁芯或底板

4．线包受潮或环境湿度过大底板感应带电

1．加强对地绝缘或重换绕组

2．更换绝缘或重换绕组

3．排除引出线头与铁芯或底板的短路点

4．烘烤线包或将变压器置于干燥环境中使用

思考练习题

1．小型变压器主要由哪些部分组成？

各部分的作用是什么？

2．如果将电源变压器一次绕组匝数减少、二次绕组匝数不变，通入额定电压时有什么现象发

生？

为什么？

3．小型变压器有哪些类别？

各是怎样划分的？

4．怎样检测绕组的直流电阻和绝缘电阻？

5．用万用表检测变压器某绕组的直流电阻时，若出现电阻为零，可能由哪些原因造成？

若阻

值为无穷大，又可能由哪些原因造成？

6．试判断图6-20所示变压器中的同极性端。

7．简述自耦变压器的结构和工作原理。

8．接通电源后，变压器无电压输出，可能由哪些原因造成，怎样检查和排除故障？

实训6-1小型变压器的测试

一．目的

学会用较简单的设备测试小型变压器的常用参数。

二．实训器材小型电源变压器、0～250V自耦调压器、万用表、交流电压表、交流电流表、直流电桥、功率表、开关、负载电阻。

三．实训步骤与工艺要点

（1）变压器一次、二次绕组直流电阻的检测根据待测绕组直流电阻值的大体范围（可先用万用表初测），10Ω以上用万用表，1～10Ω用单臂电桥，将所测阻值计入表6-2中。

表6-2变压器绕组直流电阻的检查记录

测试用仪器仪表类别

型号规格

测试结果

一次绕组

二次绕组Ⅰ

二次绕组Ⅱ

（2）变压器绝缘电阻的检测用兆欧表检测各绕组对地绝缘电阻（绕组对铁芯）和绕组之间的绝缘电阻，将所测阻值记入表6-3中。

表6-3变压器绕组绝缘电阻测试记录

兆欧表型号规格

对地绝缘电阻∕MΩ

绕组间绝缘电阻∕MΩ

一次绕组对地

二次绕组Ⅰ对地

二次绕组Ⅱ对地

一次绕组与二次绕组Ⅰ

一次绕组与二次绕组Ⅱ

二次绕组Ⅰ与二次绕组Ⅱ

（3）测试空载电流和空载输出电压将待测变压器T2、单相调压器T1、电流表、电压表、功率表、开关及负载电阻按图6-4所示连接成测试电路。

合上S1、使V1W接入电路，调节调压器手柄，向待测变压器输入220V交流电压。

分断S2，使变压器处于空载状态，将电流表A1所示电流数填入表6-4中，并算出它与额定电流的比值。

同时在电压表V2上读出空载电压一并记入该表中，也算出它与标称值的比值。

表6-4变压器空载电流和空载输出电压测试记录

测试仪表型号规格

空载电流／A

空载输出电压／V

电流表

电压表

实测值

与额定值的比值℅

实测值

与额定值的比值℅

（4）额定输出电压、额定输出电流计电压调整率的测试在上述测试电路中，闭合S2使变压器带额定负载RL，调节调压器，使初级输出电压V1为220V，V2读数为额定输出电压；电流表A1读数为额定输入电流，A2读数为额定输出电流，空载输出电压与额定输出电压之差再与空载输出电压之比称为电压调整率△U℅。

将它们及相关数据记入表6-5中。

表6-5变压器额定输出电压、额定输出电流及电压调整率测试记录

额定输出电压

额定输入电流

额定输出电流

电压调整率

△U℅

实测值

与标称值的差值

实测值

与标称值的差值

实测值

与标称值的差值