變壓器的物質介紹及成分結構

　　物質介紹

　　在電器設備和無線電路中，[1]變壓器常用作升降電壓、匹配阻抗，安全隔離等。在發電機中，不管是線圈運動通過磁場或磁場運動通過固定線圈，均能在線圈中感應電勢，此兩種情況，磁通的值均不變，但與線圈相交鏈的磁通數量卻有變動，這是互感應的原理。變壓器就是一種利用電磁互感應，變換電壓，電流和阻抗的器件。

　　變壓器的最基本形式，包括兩組繞有導線之線圈，并且彼此以電感方式稱合一起。當一交流電流（具有某一已知頻率）流于其中之一組線圈時，于另一組線圈中將感應出具有相同頻率之交流電壓，而感應的電壓大小取決于兩線圈耦合及磁交鏈之程度。

　　一般指連接交流電源的線圈稱之為一次線圈；而跨于此線圈的電壓稱之為一次電壓。在二次線圈的感應電壓可能大于或小于一次電壓，是由一次線圈與二次線圈間的匝數比所決定的。因此，變壓器區分為升壓與降壓變壓器兩種。

　　大部分的變壓器均有固定的鐵芯，其上繞有一次與二次的線圈。基于鐵材的高導磁性，大部分磁通量局限在鐵芯里，因此，兩組線圈藉

　　此可以獲得相當高程度之磁耦合。在一些變壓器中，線圈與鐵芯二者間緊密地結合，其一次與二次電壓的比值幾乎與二者之線圈匝數比相同。因此，變壓器之匝數比，一般可作為變壓器升壓或降壓的參考指標。由于此項升壓與降壓的功能，使得變壓器已成為現代化電力系統之一重要附屬物，提升輸電電壓使得長途輸送電力更為經濟，至于降壓變壓器，它使得電力運用方面更加多元化，可以這樣說，沒有變壓器，現代工業無法達到現狀。

　　變壓器又有其做試驗而用的，稱之為試驗變壓器，分別可以分為充氣式，油浸式，干式等試驗變壓器，是發電廠、供電局及科研單位等廣大用戶的用來做交流耐壓試驗的基本試驗設備，通過了國家質量監督局的標準，用于對各種電氣產品、電器元件、絕緣材料等進行規定電壓下的絕緣強度試驗。

　　運行維護

　　1、防止變壓器過載運行：如果長期過載運行，會引起線圈發熱，使絕緣逐漸老化，造成匣間短路、相間短路或對地短路及油的分解；

　　2、防止變壓器鐵芯絕緣老化損壞：鐵芯絕緣老化或夾緊螺栓套管損壞，會使鐵芯產生很大的渦流，引起鐵芯長期發熱造成絕緣老化；

　　3、防止檢修不慎破壞絕緣：變壓器檢修吊芯時，應注意保護線圈或絕緣套管，如果發現有擦破損傷，應及時處理。

　　成分結構

　　變壓器組成部件包括器身（鐵芯、繞組、絕緣、引線）、變壓器油、油箱和冷卻裝置、調壓裝置、保護裝置（吸濕器、安全氣道、氣體繼電器、儲油柜及測溫裝置等）和出線套管。

　　1、鐵芯[2]

　　鐵芯是變壓器中主要的磁路部分。通常由含硅量較高，厚度分別為0.35 mm\0.3mm\0.27 mm，由表面涂有絕緣漆的熱軋或冷軋硅鋼片疊裝而成。

　　鐵芯分為鐵芯柱和橫片兩部分，鐵芯柱套有繞組；橫片是閉合磁路之用。

　　鐵芯結構的基本形式有心式和殼式兩種。

　　2、繞組

　　繞組是變壓器的電路部分，它是用雙絲包絕緣扁線或漆包圓線繞成。

　　變壓器的構成

　　一個變壓器通常包括：

　　兩組或以上的線圈：以輸入交流電電流與輸出感應電流。

　　一圈金屬芯：它把互感的磁場與線圈耦合在一起。

　　變壓器一般運行在低頻、導線圍繞鐵芯纏繞成繞組。雖然鐵芯會造成一部分能量的損失，但這有助于將磁場限定在變壓器內部，并提高效率。 電力變壓器按照鐵芯和繞組的結構分為芯式結構和殼式結構，以及按照磁通的分支數目（三相變壓器有3，4或5個分支）分類。它們的性能各不相同。

　　芯

　　薄片鋼芯

　　變壓器通常采用硅鋼材料的鐵芯作為主磁路。這樣可以使線圈中磁場更加集中，變壓器更加緊湊。 電力變壓器的鐵芯在設計的時候必須保防止達到磁路飽和，有時需要在磁路中設計一些氣隙減少飽和。 實際使用的變壓器鐵芯采用非常薄，電阻較大的硅鋼片疊壓而成。 這樣可以減少每層渦流帶來的損耗和產生的熱量。 電力變壓器和音頻電路有相似之處。典型分層鐵芯一般為E和I字母的形狀，稱作“EI變壓器”。 這種鐵芯的一個問題就是當斷電之后鐵芯中會保持剩磁。 當再次加電后，剩磁會造成鐵芯暫時飽和。 對于一些容量超過數百瓦的變壓器會造成的嚴重后果，如果沒有采用限流電路，涌流可造成主熔斷器熔斷。 更嚴重的是，對于大型電力變壓器，涌流可造成主繞組變形、損害。

　　實芯鐵芯

　　在如開關電源之類的高頻電路中，有時使用具有較高的磁導率和電阻率的鐵磁材料粉末鐵芯。 在更高的頻率下，需要使用絕緣體導磁材料，常見的有各種稱作鐵素體的陶瓷材料。 在一些調頻無線電電路中的一些變壓器鐵芯采用可調鐵芯，來配合耦合電路達到諧振。

　　空氣芯

　　卷鐵芯

　　線圈線圈由電磁線所構成，用于環繞鐵蕊，藉以通電產生磁場，或是經由磁場產生感應電流。

　　絕緣保護

　　屏蔽物

　　冷卻劑有的變壓器利用液態物質的循環進行熱量的疏散。常用的液態物質為變壓器油（英語：transformer oil），其主要成分為烷烴、環烷烴、芳香烴等化合物。變壓器油比熱容較大，它吸收熱量體積膨脹上升，在管中形成循環，再通過散熱裝置將熱量散發到空氣中。 有的變壓器利用氣態物質（如六氟化硫）作為冷卻劑。由于導熱能力的限制，氣體冷卻劑一般應用于小容量變壓器。

　　關于變壓器油，絕大多數采用的是礦物油, 極少數的變壓器采用的是植物油。礦物油泄露可能會對環境造成污染，而植物油污染程度就會少很多。而且植物油的閃點要比礦物油的高。所以，在將來，植物油可能會取代礦物油。