第一章变压器的工作原理和基本结构。
变压器是一种静止的电机。它利用电磁感应原理，把一种等级的交流电压、电流转换成同频率的另一种等级的电压、电流，以供生产、生活使用。
变压器是电力系统的重要设备，在国民经济其他部门也获得了广泛的应用。本篇主要研究一般用途的电力变压器。首先简要地介绍变压器的工作原理和结构，然后着重分析变压器的运行原理、三相变压器的连接组别和变压器的并联运行等，最后对三绕组变压器、自耦变压器和**变压器作简要的介绍。
本章主要介绍电力变压器主要结构部件的名称及作用；变压器分类情况；变压器的基本原理和铭牌数据的意义。
第一节变压器的工作原理及分类。
一、工作原理。
变压器是利用电磁感应原理工作的。如图1-1所示，以单相变压器为例，变压器的主要部件是一个闭合铁芯和套在铁芯上的两个绕组。这两个绕组具有不同的匝数且互相绝缘，两绕组间只有磁的耦合而没有电的联系。
其中绕组1接交流电源，称为原绕组、一次绕组或一次侧，它是电能的输入侧；绕组2接负载，称为副绕组、二次绕组或二次侧，它是电能的输出侧。
当一次侧接到交流电源时，绕组中便有交流电流流过，并在铁芯中产生与外加电压频率相同的磁动势，该磁动势产生沿铁芯闭合的交变主磁通。这个交变磁通同时交链着。
一、二次侧。根据电磁感应定律，交变磁通分别在。
一、二次侧中感应出同频率的电动势和。
式中——一次侧绕组匝数；
——二次侧绕组匝数。
由于感应电动势的大小与绕组的匝数成正比，因此，改变。
一、二次侧的匝数即可改变二次侧的电压大小，这就是变压器的变压原理。二次侧有了电动势，便可以向负载输出电能，实现了不同电压等级电能的传递。
二、变压器的分类。
变压器有不同的使用条件、安装场所，有不同电压等级和容量级别，有不同的结构形式和冷却方式，所以应按不同原则进行分类。
1）按相数分：①单相变压器；②三相变压器；③多相变压器。
2）按冷却方式分：①干式（自冷）变压器；②油浸自冷变压器；③油浸水冷或风冷变压器；④气体(sf6)冷却变压器。
3）按绕组结构分：①单绕组变压器；②双绕组变压器；③三绕组变压器；④多绕组变压器。
4）按铁芯结构分：①芯式铁芯变压器；②壳式铁芯变压器；③c型、t型及环形铁芯变压器。
5）按防潮方式分：①开启式变压器；②密封式变压器；③全密封式变压器。
（6）按用途分：①电力变压器；②电炉变压器；③整流变压器；④调压变压器；⑤各种小型电源变压器；⑥各种特殊用途变压器，如试验变压器、焊接变压器等。
（7）按调压方式分： 无载调压变压器和有载调压变压器两类。
（8）按中性点绝缘分：全绝缘变压器和半绝缘变压器两类。
第二节电力变压器的基本结构。
变压器种类繁多，结构又各有特点，但基本结构是相通的。其中油浸式变压器在电力系统使用最为广泛，其基本结构可分成以下几个部分：
1)器身。主要指铁芯和绕组，另外包括绕组绝缘、引线、分接开关等；
2）油箱。包括油箱本体(箱盖、箱壁、箱底)和附件(放油阀门、小车、接地螺栓、铭牌等)；
3)保护装置。包括储油柜(油枕)、油表、防爆管(又称安全气道)或压力释放阀、呼吸器(又称吸湿器)、净油器、测温元件、气体继电器等；
4)冷却装置。散热器等；
5)出线装置。高压套管、低压套管等。
图1-2是油浸式电力变压器结构示意图，下面对其主要部件逐一介绍。
一、铁芯。铁芯是变压器的主磁路，又是它的机械骨架。铁芯由铁芯柱和铁轭两部分构成。铁芯柱上套绕组，铁轭将铁芯柱连接起来形成闭合磁路。
由于变压器铁芯中的磁通为一交变磁通，为了减小涡流损耗，变压器的铁芯用硅钢片（带）经剪切成为一定尺寸的铁芯片，按一定叠压系数叠压而成。硅钢片的厚度为0.35或0.
5两面涂以厚0.01～0.13的绝缘漆膜。
硅钢片有热轧和冷轧两种。冷轧硅钢片又分为有取向和无取向两类，通常变压器铁芯采用有取向的冷轧硅钢片。这种硅钢片沿辗轧方向有较高的导磁性能和较小的损耗。
变压器的铁芯平面如图1-3所示，图1-3（a）为单相变压器，图1-3（b）为三相变压器。铁芯结构可分为两部分，为套线圈的部分，称为铁芯柱。为用以闭合磁路部分，称为铁轭。
单相变压器有两个铁芯柱，三相变压器有三个铁芯柱。
按照绕组在铁芯中的布置方式，变压器又分为芯式和壳式两种。本节内容主要针对芯式变压器分析。
组成铁芯的硅钢片应先裁成所需要的形状和尺寸，称为冲片，然后按交叠方式把冲片组合起来。图1-4（a）表示单相变压器的铁芯，每层由四片冲片组合而成。图1-4（b）表示三相变压器的铁芯，每层由六片组合而成，每两层的冲片组合应用了不同的排列方法，使各层磁路的接缝处互相错开，这种装配方式称为交叠装配。
这种装配可以避免涡流在钢片与钢片之间流通。且因各层冲片交错镶嵌，所以在把铁芯压紧时，可用较少的紧固件而使结构简单。由于冷轧硅钢片沿着轧碾轧方向有较小的损耗和较高的导磁系数，为充分利用这种硅钢片的导磁方向性，硅钢片在搭接处都冲成45的斜度，即铁芯采用全接缝叠装法叠装，如图1-5所示。
装配时常分两步进行。首先，将冲片交叠装配成整体铁芯，然后将下铁扼夹紧，抽去上铁轭冲片使铁芯柱露出，将预制好的绕组套在铁芯柱上，最后再把抽出的上铁扼冲片镶入。
只有当变压器的容量很小时，铁芯柱的截面才用正方形。当变压器的容量较大时，为了使空间利用更为充分起见，可将铁芯截面分为两级或更多级，如图1-6所示。图1-6（a）为正方形铁芯，图1-6（b）为两级铁芯柱。
变压器容量愈大，铁芯截面积愈大，所用的级数也愈多。例如，当铁芯柱的外接直径为100，常用四级铁芯柱；直径为150，可用五级铁芯柱；而当直径达1000，则铁芯截面的级数可达十七级。
在容量较大的变压器中，为保证铁芯温度不致太高，在铁芯的叠片之间常设置油槽，以增强散热效果。油槽分两种，一种与硅钢片平行，如图1-7（a）所示；一种与钢片垂直，如图1-7（b）所示。后一种布置方式散热效果较好，但结构较为复杂。
铁芯要求必须一点接地，因为变压器在运行时或在高压试验中，铁芯及其其金属部件都处于强电场中的不同位置，由静电感应的电位也各不相同，使得铁芯和各金属部件之间或对接地体产生电位差，在电位不同的金属部件之间形成断续的火花放电。这种放电将使变压器油分解，并损坏固体绝缘。为了避免上述情况，对铁芯及其金属部件(除穿芯螺杆外)都必须进行可靠地接地。
穿芯螺杆由于铁芯的屏蔽作用，其电位与铁芯相差不多，可以不必再接地。由于铁芯硅钢片之间的绝缘电阻很小，只须一片接地，即可认为铁芯全部叠片都接地。
接地时应注意以下几点：
1)铁芯只允许一点接地，需要接地的各部件之间只允许单线连接，铁芯中如有两点或两点以上的接地，则接地点之间可能形成闭合回路，当有较大的磁通穿过此闭合回路时，就会在回路中感应出电动势并引起电流，电流的大小决定于感应电动势的大小和闭合回路的阻抗值。当电流较大时，会引起局部过热故障甚至烧坏铁芯。
2)接地片应有一定的强度和截面积，一般采用0.3×2o、0.3×3o或0.
3×4o的镀锡紫铜片制成。接地片插入铁芯的深度对配电变压器不小于3o，主变压器不小于7o，而大型变压器则要求达到14o。
（3）接地片应靠近夹件，不得与铁扼的端面相碰，以防止铁扼的硅钢片短路。
4）器身的其他金属附件均应接地。
5）铁芯接地点一般应设置在低压侧。
6）大型变压器的接地。由于大型变压器每匝电压都很高，当发生两点接地时，接地回路感应的电压也就相当高，形成的电流会很大，将引起较严重的后果。为了对运行中的大容量变压器发生多点接地故障进行监视，检查铁芯是否存在多点接地，接地回路是否有电流通过，须将铁芯的接地先经过绝缘小套管后再进行接地。
这样可以断开接地小套管测量铁芯是否还有接地点存在或将表计串人接地回路中。
7)全斜接缝结构铁芯的接地。在全斜接缝结构的铁芯中，油道不用圆钢隔开，而是由非金属材料隔开(如采用环氧玻璃布板条隔开)，以构成纵向散热油道。采用非金属材料隔开可以减小铁芯的损耗，但油道之间的硅钢片是互相绝缘的。
对于这种结构的变压器在接地时，首先要用接地片将各相邻的经油道相互绝缘的硅钢片之间连接起来，然后再选一点与上夹件连通，最后将上夹件用导线并通过接地小套管引出到外面接地。
二、绕组。变压器的绕组是电的通路，用铜线或铝线绕在铁芯柱上，导线外边采用纸绝缘或纱包绝缘等。
不同容量及电压等级的电力变压器，其绕组型式结构不一样。对于层式绕组类的箔式绕组，目前仅在s8及s9系列低损耗电力变压器中采用；而饼式绕组类的内屏蔽式绕组也只有1l0及以上高电压大型、特大型变压器中采用。一般电力变压器中常采用圆筒式、连续式、纠结式、螺旋式四种绕组。
关于高低压绕组安装位置，因高压绕组都是用较细的导线绕成匝数较多的绕组，为便于抽头和引出，通常将高压绕组放在外侧，作为一次绕组；低压绕组由于电压低和铁芯间的对地绝缘好布置，则放在靠近铁芯的里侧。当然，大型三相电力变压器则大多相反，即低压绕组在外侧，高压绕组在里层。
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