1.2 变压器类型

通常，变压器是一种电气设备或机器，被视为一种开关设备，它通过感应方式将一个电路中的电能（在特定电流和电压下运行）传输到另一个在不同电流和电压水平下运行的电路。大多数变压器的制造特性是为了满足特殊应用需求，例如恒定电流、恒定电压、高阻抗等。

在电力传输系统、工业和电子应用中，最常见类型的变压器包括电力变压器、仪表变压器、分接开关变压器、自耦变压器、射频变压器、音频变压器等。它们在尺寸、额定值和形状上各不相同，但它们的基本工作原理是相同的。本文将讨论各种类型的变压器，让我们来看一下。

不同类型的变压器

电力变压器

一些电力变压器用于发电站、变电站和输电线路中，用于升高或降低电压。通过使用升压电力变压器，输电线路中的电压水平得以提高，从而线路中流动的电流减小。因此，输电线路中的 $I^2R$ 损耗得以减少。降压电力变压器用于以额定电压向工业负载供电。

一些电力变压器还为电子电路供电。电力变压器可以是单相或三相单元，具体取决于其应用。分接开关变压器、自耦变压器和配电变压器通常属于电力变压器的范畴。以下讨论一些电力变压器。

分层芯式变压器

这些是最常用的变压器，功率范围从毫瓦到兆瓦。这种类型的变压器用于电力传输，也用于为电器提供低电压。该变压器使用分层芯以减少涡流。对于低功率和高功率变压器，使用薄钢片或冷轧取向硅钢（CRGO）或冷轧无取向硅钢（CRNGO）的“E”和“I”形分层，这些变压器可以是单相或三相的。这些分层用螺栓夹紧。初级和次级绕组绕在绝缘架上，并放置在芯的中央肢上。这些变压器使用分体式线轴为小型电器提供高绝缘。在初级和次级之间，可以使用屏蔽以减少电磁干扰。

环形芯变压器

与分层芯变压器相比，这种变压器提供了许多优势，例如安静且高效的操作，减少了杂散或外部磁场。由于重量轻和体积小，这些变压器可以轻松设计用于低电压或高电压运行的任何应用。使用高效率的环形芯，由取向硅铁制成，并切割成钢带。然后用铜绕组紧密缠绕该芯，类似于非常紧的钟表发条。与EI分层芯变压器相比，环形芯变压器更昂贵。然而，对于给定的额定值，环形变压器将比EI分层芯变压器更小、更轻。此外，它提供更少的磁场泄漏和更高的效率。这些变压器的容量从几十伏安到数千伏安不等。通常，它们通过螺栓、垫圈和橡胶垫从中心单孔安装。

自耦变压器

自耦变压器与传统的双绕组或三绕组变压器不同，因为它只包含一个绕组，该绕组既作为初级绕组又作为次级绕组。在这种情况下，该绕组的一部分对初级和次级来说是共有的，因此它们是电连接的（传统变压器的两个绕组是电隔离的）。因此，这种变压器通过传导和感应工作。在这种情况下，单个绕组绕在分层芯上，该绕组的一部分被划分为初级和次级。

这些变压器分为升压和降压自耦变压器。在降压自耦变压器中，整个绕组作为初级绕组，其一部分作为次级绕组，因此次级感应的电压低于初级。另一方面，升压变压器的情况则相反。三相电力变压器用于电力分配系统，可以是星形或三角形连接的自耦变压器。然而，大多数用于高功率应用的是星形连接的自耦变压器。

可调自耦变压器在单个绕组上有多个抽头，次级连接通过滑动碳刷实现。因此，通过滑动碳刷，在次级侧产生可变电压，该电压等于整个绕组与抽头之间的匝数比。

自耦变压器用于各种电气设备（如同步电机、感应电机等）的安全启动。它们还用作电炉变压器和增压器。

多相变压器

这种类型的变压器通常用于三相电力系统，如电网和输电线路，它们传输大量的高电压电力。由于三相交流发电、传输、分配和利用系统的广泛应用，这种变压器最为经济。这种变压器由三个绕组组成，这些绕组绕在三脚芯上，并浸入油箱中。初级和次级绕组可以以不同的连接方式组合，例如星形-星形、星形-三角形、三角形-三角形和三角形-星形。这些可以是升压或降压三相变压器，具体取决于应用或负载。由于所有绕组共享一个公共芯，因此漏磁通量更少，因此变压器的效率更高。

油冷变压器

油冷变压器是用于各种单元的大功率变压器，范围从大型发电站或变电站单元到电力分配单元。这些变压器充满了标准的变压器油（或矿物油），以提供冷却和绝缘绕组及芯。在油冷变压器中，芯和线圈被浸没在液体或油中。与空气冷却变压器相比，油提供了更好的绝缘，并且作为热的更好导体。这些类型包括：

油浸自冷变压器

在这种类型中，芯和绕组产生的热量通过传导过程传递给油。当油因芯和绕组温度升高时，油开始在油箱内移动并到达其壁面，那里的热量被周围空气自然带走。油继续循环，从而在大气中散发热量。

油浸强迫风冷变压器

在这种冷却方法中，通过使用风扇将强制空气吹向变压器外表面，提高了散热效果。这些风扇在温度达到一定水平时自动运行。

油浸水冷变压器

在这种类型中，通过在浸没在油中的线圈中强制循环水来提取或散发热量，这些线圈位于油箱顶部下方。然后在热交换器、喷淋池或冷却塔中进一步冷却水。

油浸强迫油冷变压器

在这种类型中，通过使用泵循环强制油来提取热量。油被向上泵送到绕组，然后通过外部散热器返回，使得热量通过散热器中的强制空气从风扇中散发。这种冷却方式用于非常高容量的变压器，在这种情况下使用空气冷却散热器。

接地变压器

这些变压器用于为三角形连接或未接地的星形或Wye连接系统创建接地路径。这种变压器提供了低阻抗接地路径，因此系统保持在中性或接地或零电位。当在隔离或未接地系统上发生单线接地故障时，故障电流没有返回路径。因此，没有电流通过故障线路流动，但这导致另外两条线路的电压升高。这导致变压器绝缘和其他部件过应力。因此，接地变压器提供了接地路径以防止这种情况。

这些通常是单绕组变压器，采用曲折接线配置，在某些情况下，它们采用特殊的星形-三角形接线配置。接地变压器的初级星形连接连接到供电系统，次级三角形连接保持空载。对于接地变压器，次级负载是短时的，即在故障事件中，因此接地变压器的功率等级低于电力变压器。这些被设计为能够承载空载，并且如果其中一条线路接地，它为负载供电。由于这个原因，接地变压器的尺寸和成本低于连续运行的电力变压器。这些主要用于电力传输、公用事业和工业系统。

漏感变压器

这些变压器的设计使其具有比其他变压器更大的漏感，通过松散地缠绕初级和次级绕组来实现。这些也被称为杂散场变压器。由于初级和次级绕组之间的松散耦合，它提供了固有的电流限制，有助于防止过载。因此，在所有运行条件下，甚至在次级短路时，输入和输出电流都足够低，以防止热过载条件。这种类型的变压器主要用于弧焊中的焊接变压器，在这种情况下，如果电极与工件接触，会产生短路电流。但由于高漏感，这些电流被限制。这些变压器的其他应用包括高压放电灯和预期频繁短路条件下的超低电压应用，例如儿童玩具和门铃安装。

谐振变压器

谐振变压器是一种高压变压器，由两个高Q值线圈（初级和次级）组成，这些线圈缠绕在同一个铁芯或空气芯上，并且在绕组上连接了电容器。电感与电容的组合形成了两个耦合的LC电路。在某些情况下，只有次级绕组包含电容器，从而作为谐振线圈。

初级绕组连接到周期性交流电源，例如锯齿波或方波，使得每个脉冲在调谐的次级绕组中产生正弦波振荡。由于谐振，次级绕组上会产生高电压。因此，这种变压器用于产生高交流电压。它们还用于电子镇流器中，以点亮荧光灯。这种变压器的其他应用包括无线电发射机、超外差无线电接收机、点火系统等。

谐振变压器的另一种形式是恒压变压器。通过在次级绕组中布置铁磁谐振槽路，并选择合适的铁芯磁性特性，变压器可以在初级输入电压变化时在次级产生恒定电压。次级绕组中的电容器从其抽取电流并使次级磁通饱和。由于磁通饱和，即使输入电压有较大变化，负载或次级端子上也能产生恒定的输出电压。

隔离变压器

隔离变压器主要用于安全目的，用于将设备或负载与电源隔离。它通过磁感应连接两个电路，并通过不提供任何导电路径来将它们分开。任何隔离变压器的匝数比为1，即这些是1:1的变压器。这些变压器提供电隔离，从而防止电击。它们用于医疗设备中，以防止交流电泄漏到连接到患者的设备中。此外，通过使用屏蔽型隔离变压器，可以防止耦合磁性噪声。除了隔离和噪声过滤外，这些变压器还用作浪涌抑制器。

仪表变压器

仪表变压器用于保护或隔离计量设备、继电器、仪器和其他控制设备，使其免受高电压和电流电路的影响，这些电路中需要测量电气量。这些变压器是为电气仪器（如安培表、伏特表、瓦特表、保护继电器、电能表等）特别设计的，以扩大其测量范围。它们作为电压和电流水平转换设备，将高电压电路转换为适合测量的水平。仪表变压器的分类包括电压互感器和电流互感器。

电流互感器

电流互感器用于降低电流水平，以便安培表、其他仪器和继电器的电流线圈不需要直接连接到高功率运行电路。因此，所有这些仪器都与高功率电路隔离。电流互感器由独立的初级和次级绕组组成。初级绕组由缠绕在叠片铁芯上的几匝粗线组成。这个绕组与电源线之一串联连接。在某些电流互感器中，线路导体或电线本身作为初级绕组，穿过铁芯。次级绕组由缠绕在铁芯上的大量小尺寸线圈组成。这个绕组连接到仪器或继电器。电流互感器的次级电流标准额定值为5A。初级绕组电流由负载电流的最大值决定。

电压互感器

电压互感器的工作方式与标准电力变压器类似，唯一的区别是它们是小容量变压器。它们用于将高功率电路中的电压水平降低到适合测量范围的水平。电压互感器并联连接到需要测量电气参数或连接保护系统的线路中。初级或高压侧绕组连接在电源线与地之间或相与相之间。次级或低压侧绕组连接到各种仪器和继电器的负载或电位线圈，或其他控制设备。通常，次级绕组缠绕为115伏或120伏。

组合仪表变压器

这种类型的变压器可以在一个独立的单元中容纳电流和电压互感器。这种变压器将电压和电流转换为标准化的低且可测量的值，这些值适用于计量、保护和其他高压控制系统。这使得空间得到最优利用，减少了支撑结构和安装垫。这些变压器主要用于保护继电器和收入计量应用。

脉冲变压器

脉冲变压器用于在保持隔离的同时将矩形电脉冲（具有恒定幅度和快速上升和下降时间）从一个电路传输到另一个电路。这些可以是小信号、中等功率或高压脉冲变压器。为了减少矩形脉冲的失真，这些变压器必须具有低漏感、高开路电感和对分布电容的低容差。信号型脉冲变压器是用于电信和数字逻辑电路的小型变压器。中等功率脉冲变压器用于保护系统、功率控制电路、相机闪光灯等。这些变压器需要低耦合电容，以保护初级侧电路免受电气负载的瞬态影响。大功率脉冲变压器用于高频功率转换器中，以连接低功率控制电路和功率半导体的高压栅极端子。这些变压器还用于粒子加速器、雷达系统和其他脉冲功率应用。

射频变压器

射频变压器用于各种电子电路，原因包括阻抗匹配以传输最大功率、电路之间的直流隔离、电压和电流的升压或降压、非平衡和平衡电路之间的接口等。这些变压器有连接器封装、表面贴装封装和其他不同配置。射频变压器不使用钢片叠层。这种变压器的工作频率范围为30 kHz到30 MHz，通常通过在绕组上添加电容器来调整其绕组以适应特定频率。

这些可以是空气芯、铁氧体芯或平衡变压器。空气芯射频变压器用于印刷电路板，通过在其上焊接几匝电线来实现。铁氧体芯变压器用于超外差无线电接收机，这些大多是调谐型变压器。平衡变压器用于连接非平衡和平衡电路，例如平衡放大器（共模抑制应用）。

音频变压器

音频变压器是为音频电路中传输音频信号而特别设计的变压器。这种变压器的工作频率范围为20 Hz到20 kHz。它们用于多种功能，例如提升或降低信号电压、将电路从平衡转换为非平衡（反之亦然）、增加或减少电路的阻抗、阻断电流的直流分量并允许交流信号通过，以及在音频设备之间提供电气隔离。这些类型的变压器包括麦克风输入、线路输入、动圈唱机输入、线路输出、级间和功率输出、麦克风输出、分频器、阻抗转换器、直接盒、消除嗡嗡声的设备、扬声器环形音频频率变压器等。

旋转变压器

许多应用需要将电能传输到旋转部件。在这种情况下，使用旋转变压器。大多数使用滑环和电刷的设备或机器都被旋转变压器取代。基本上，这些与传统变压器类似，只是它们被设计成初级和次级绕组都可以旋转。最常见的旋转变压器是轴向旋转和平面旋转变压器。初级和次级之间的功率传输通过空气间隙的电磁感应完成。这种类型的变压器没有磨损接触点，也没有由于润滑、噪声等原因造成的污染问题。这些变压器通常用于磨削应用、安装在电动机上的转矩传感器、录像机等。