变压器是电力系统中的关键设备
广泛应用于电压变换和远距离输电
它的工作原理基于电磁感应定律
结构虽复杂
基本原理却较直观
我们可以从一个简单实验开始理解：
当一块磁铁在一组线圈旁来回移动时
磁通量发生变化
线圈切割磁通线
从而产生感应电流
这就是电磁感应现象
如果将磁铁换成一组接通直流电的线圈
根据安培定律
通电的线圈也会产生一个与磁铁相似的磁场
若接入的是交流电源
由于电流方向不断变化
磁场方向也会周期性反转
临近的线圈就会被动的切割磁通线
从而生成感应电流
实现非接触式能量传递
即隔空输电
但因多数磁通线未被利用 传输效率较低
我们引入一个高磁导率铁芯 并在两端分别缠绕线圈
铁芯提供低磁阻路径
使磁场集中在铁芯内部传播
从而达到集中磁通的效果
在这种结构中
连接电源的一侧称为初级线圈
输出电流的一侧为次级线圈
根据法拉第电磁感应定律 感应电压与线圈匝数成正比
当次级线圈匝数多于初级线圈时
输出电压升高
反之如果是初级线圈的匝数更多
那么输出的电压则变低
这就是变压器的基本原理
但这种单相变压器的效率和稳定性都不高
在电网中应用更广泛的是三相变压器
它的效率更高、运行更稳定
在它的三根铁芯柱上
先包裹一层绝缘片然后再套上绝缘筒
他们的作用是防止低压线圈直接与铁芯接触
随后 依次绕上内层的低压线圈与外层的高中压线圈
所有绕组均采用高导电率的铜制成 并且横截面为矩形
矩形相比圆形的排布更加紧凑
拥有更好的空间利用率
同时也更容易做得粗大从而降低电阻和提升散热
铜线的外面包裹着绝缘纸
这种材料除了绝缘性好
关键还耐高温不易老化
在这个三相系统中
电流按顺序流通绕组
每个绕组的电压波与其他电压波的相位相差120度
他们接力输出从而产生连续稳定的电流
为满足不同电压需求
在外层的绕组上还会延伸出多个抽头
它们全部连接有载分接开关
旁边的电机驱动装置可通过改变匝数的方式
来调节输入及输出的电压
这些装置都被安装在一个密封油箱中
在油箱的上方链接着用于引出电流的套管
他们是绝缘结构
分别为高压、中压、高压中性点和低压套管
这些套管是绝缘结构 防止高压击穿油箱壳体
油箱内部充满绝缘矿物油
具备良好的绝缘性和散热能力
能有效为内部的绕组提供冷却
顶部的油枕用于存储备用绝缘油
同时它还可以过滤湿气
保证油质的纯度