不同类型的变压器和应用
May 09, 2025
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变压器是必不可少的电气设备，可在
通过电磁诱导电路。它们的主要功能是向上或降低交流电压，实现有效的长距离功率传输并确保电气安全性。此外，变压器提供电气隔离，保护设备免受潮流的影响并改善系统安全性。
核心功能
电压转换：调整电压水平以适合不同的网格系统或设备要求。
电隔离：防止主要电路和次要电路之间的故障传播，从而提高安全性。
传输效率：高压传输降低了线路电流和能量损失，从而提高了总体效率。
按电压分类
1。电源变压器
加速变压器
定义：将低压增加到高压。
工作原则：Uses a turns ratio (N₂>n₁）在初级和次要绕组之间。电磁诱导与转弯比成比例的AC电压增加（不包括损失）。
应用程序：发电厂，HVDC传输系统。
优点：降低长距离传输损失，提高效率。
缺点：需要高绝缘层；相对昂贵。
降低的变压器
定义：将高压降低到较低的水平。
工作原则：反向转弯比（n₂
应用程序：分销网络，工业电力系统。
优点：简单结构，低维护成本。
缺点：效率随着负载而波动；轻载下的能量浪费。
通过目的和功能分类
1. 电源变压器
定义：用于电力网络，用于向上或向下升压电压（通常高于33kV）；高容量，设计用于连续操作。
应用程序：发电厂，变电站，跨货币传输线，大型工业区。
优点：高效率（高达99％），支持高电流和功率，长期使用寿命。
缺点：笨重，昂贵，复杂的冷却系统。
2. 分配变压器
定义：最终用户向低压（400\/230V）降低中型电压（10–35kV）；通常<2000kVA.
应用程序：住宅社区，办公楼，购物中心，学校，医院。
优点：具有成本效益，易于安装和维护；适用于室外或杆式使用。
缺点：降低全负效率；轻载下的能量损失；电压\/容量范围有限。
3。自动转换器
定义：绕组的主要和次要共享；通过水龙头调节的电压。
应用程序：电机启动，电压调节，电源测试系统。
优点：紧凑，低成本，高效率。
缺点：没有隔离；降低安全性，更大的断层风险。
4. 仪器变压器
电压变压器（VTS）
定义：降低电压以进行测量\/保护。
应用程序：电压计，保护继电器，能量计量。
优点：高精度，从高压系统中进行电隔离。
缺点：不得短路次要；成本敏感。
当前的变压器（CTS）
定义：缩小电流以进行安全测量或保护。
应用程序：电流仪表，故障电流检测，保护系统。
优点：准确的测量，从低压设备中分离出高压。
缺点：次要不得开环；容易出现残留磁性。
通用仪表变压器
定义：将高压\/电流信号转换为安全的低级信号。
应用程序：变电站，计量，继电器保护。
优点：安全测量，高精度，标准化。
缺点：对阻抗和饱和敏感；需要校准并正确接地。
5。隔离变压器
定义：初级和次要之间的完全隔离；通常1：1的比率。
应用程序：医疗设备，数据中心，实验室，精密工具。
优点：提高安全性，减少共同模式干扰并消除地面环。
缺点：通常不会改变电压；成本相对较高；大的足迹。
分类容量
In IEC 60076-6, transformers can be classified by capacity into small, middle, and large transformers. Small mainly refers to transformers without additional radiators/coolers/pipes/corrugated oil tanks. Medium transformers refer to transformers with three-phase capacity ≤100 MVA or single-phase capacity ≤33.3 MVA. Large transformers refer to transformers with three-phase capacity >100 MVA or single-phase capacity >33.3 MVA。
通过冷却介质分类
根据冷却介质，可以将变压器分为脱油的变压器和干型变压器。然后，干型变压器可以分为树脂铸型变压器和真空压力浸渍变压器。真空压力浸渍的变压器通常称为VPI变压器。
石油剥离变压器
定义：使用循环绝缘油进行散热；在大容量的户外系统中常见。
应用程序：变电站，工业电源枢纽，高压传输网络。
优点：出色的冷却，支撑大量负载，稳定的操作。
缺点：发生火灾，泄漏和污染的风险；需要定期维护油；生态敏感地区有限。
定义：使用空气或强制冷却；用环氧树脂或玻璃纤维密封的绕组。
应用程序：商业建筑，医院，地铁，工厂控制室，人口稠密的地区。
优点：安全，环保；没有漏油；易于安装和低维护。
缺点：降低冷却能力；容量有限（通常<35kV); sensitive to humidity.
干燥类型和浸入油的变压器之间的比较
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特征 |
干型变压器 |
石油剥离变压器 |
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冷却媒介 |
空气或其他气体 |
变压器油 |
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安全 |
高，没有火灾和爆炸的风险 |
低，有石油燃烧和爆炸的风险 |
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维护 |
简单，无需定期更换冷却介质 |
需要定期更换油和维护 |
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环境保护 |
高，没有对环境的污染 |
低，存在漏油和环境污染的风险 |
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应用区域 |
高层建筑，地铁，医院等 |
户外变电站，工业公园等 |
按相分类
1. 单相变压器
定义：具有单相交流输入和输出的变压器。
申请：家用电器（空调，EV充电器），农村电网（单相分布），小型电子设备的电源。
优势：简单的结构，低成本，非常适合低容量应用。
缺点：有限的容量（通常<100 kVa）；当相位不平衡时效率下降。
2。三相变压器
定义：具有三相交流输入和输出的变压器，通常由三个单独的绕组或三个LIMB芯组成。
申请：工业电力系统（电动机，生产线），城市电源分销网络，数据中心。
优势：高功率传播，跨相平衡负载的高效；与使用三个单相变压器相比，可以节省约20％的材料和空间。
缺点：复杂的结构，更大的故障影响区域需要精确的相同步和更高的维护成本。
核心材料和设计分类
1。核心材料
铁核变压器
定义：使用层压硅钢板作为磁芯来引导磁通量。核心设计通常包括小节接缝或阶梯层层压，以减少不情愿。硅钢板的厚度与工作频率成反比（例如0。为5 {0 Hz，400 Hz的0.1 mm，3 mm。
申请：电力传输（50\/60 Hz系统），线路频率电源，用于高功率，成本敏感的电气系统的大型电机控制理想。
优势：高效率（95–99％），大功率（最高GVA水平），低成本；层压设计和优化的磁回路提高了能量转换效率。
缺点：由于层压板而笨重；高频（涡流和滞后）的明显损失；容易振动和噪音。由于损失的增加，不适合高频操作。
铁氧体核心变压器
定义：利用铁氧体（陶瓷磁性材料）作为磁芯，适用于高频应用。 Mn-Zn铁素体在1 MHz以下最佳，而NI-ZN铁素体适合1 MHz以上的频率。居里温度（80–300度）确定最高工作温度。
申请：开关电源（例如，电话充电器），高频逆变器，RF电路，适用于紧凑，低损坏，高频设备的电子镇流器。
优势：极低的高频损失（高于1 MHz），紧凑型，强大的抗饱和能力；针对特定频带量身定制的材料可确保高传输效率。
缺点：有限的功率容量（<10 kW), magnetic permeability varies with temperature, fragile and prone to cracking; performance degrades in high-temperature environments.
空气核变压器
定义：缺少磁芯，完全依靠空气或非磁媒体传输磁通量。在微波频率（GHz范围）中有效，例如RFID应用，使用多层或蜂窝绕组结构改善耦合。
申请：RF通信（天线调整），特斯拉线圈，高频测量仪器，高频或高线性环境的超导设备理想。
优势：没有磁滞或涡流损失，没有磁性饱和，高线性；无锻设计消除了磁损失，在高频下提供稳定的性能。
缺点: Low efficiency due to poor magnetic coupling, large size, limited to high-frequency applications (>100 kHz）;不适合低频或高功率方案。
2。核心设计
电磁芯变压器
定义：绕组缠绕在芯的中心肢上，该核心通常是E型或UI类型，通常用于核心型变压器结构，其中磁通磁通循环通过封闭的磁路。
申请：配电变压器，电源变压器和一般工业\/电气设备。
优势：成熟的制造过程，适用于标准化的质量生产；充足的绝缘空间可以进行高压操作；有利于油或空气冷却系统。
缺点：更长的磁路导致泄漏通量更高，振动和噪声略高；相对较大的足迹。
环形核心变压器
定义：使用闭合的磁芯，周围绕过绕组均匀缠绕，从而允许完全封闭的磁通路径。
申请：高端音频设备，医疗设备，精密仪器，实验室设备，电源适配器，紧凑型电源。
优势：极低的磁泄漏和电磁干扰；高效率，安静的操作；紧凑而轻巧，灵活的安装。
缺点：复杂的绕组过程，制造成本更高；不适合高压应用；难以维护或更换。
3。按核心结构
核心型变压器
定义：绕组围绕着核心的四肢，磁通量形成矩形（环状）路径。在大型变压器中常见。
申请：电力传输和配电系统，电站变压器，高和超高电压（110 kV及以上）。
优势：简单的结构，易于制造；良好的绝缘和冷却性能；最小的气隙和相对连续的磁路。
缺点：泄漏通量略高于壳体类型；较弱的短路承受能力；可能需要更多的安装空间。
壳型变压器
定义：绕组被磁芯包围，形成了用于磁通量的矩形“盒子”形状。经常用于特殊用途或精确控制变压器。
申请：铁路牵引变压器，炉变压器，音频变压器和小型电子设备。
优势：低泄漏通量，较强的短路可承受能力；极好的散热和高效率；低EMI，高操作稳定性。
缺点：复杂而沉重的结构；较高的制造成本；更难检查或维护；占据更多的空间。
特殊变压器
1。整流器变压器
定义：向整流器单元提供特定电压；多方面设计减少了谐波。
应用程序：铝冶炼，直流传输，牵引力，电镀。
优点：很好地处理谐波；稳定的输出；适用于高功率纠正。
缺点：由于谐波而引起的高热量；昂贵的冷却系统。
2。炉变压器
定义：为工业炉提供低压（10–100V）和高电流（高达数十ka）。
应用程序：钢材制造，金属冶炼，热加工。
优点：高，可调节的电流输出；支持频繁的短路。
缺点：降低效率；高能消耗；需要冷却。
3。测试变压器
定义：用于短期绝缘测试的高压（最高几百kV）。
应用程序：电缆测试，绝缘测试，工厂接受测试。
优点：高可调输出；强大的短期超负荷能力。
缺点：大尺寸；工作时间有限；复杂的维护。
4。焊接变压器
定义：提供低压的高电流功率用于弧形焊接；使用磁分流或泄漏电抗来塑造输出。
应用程序：手动弧焊接，点焊接和建筑工地。
优点：稳定的输出，适合频繁的弧形；高安全性。
缺点：低功率因数；复杂控制；需要赔偿。
本节概述了通过多个维度的电动变压器分类，包括变压器的电压水平，目的和功能，相位，核心材料，核心设计，核心结构和冷却介质。提供了这些类别的比较分析，以根据特定的操作需求和环境限制来指导最佳变压器选择。
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