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1、第六章 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
2、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、
3、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
4、、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
5、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50M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，
6、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
7、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
8、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 - P14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4050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
9、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
10、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，
11、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
12、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“+
13、”，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
14、，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
15、论推导有E1 = 4.44 f N1m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 = 4.44 f N2 m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0250V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
