变压器的体积过大问题或将成为未来无线通信和物联网需要克服的主要障碍。为此，美国伊利诺伊大学Li教授团队设计出新型小体积变压器，采用了Li教授之前开发的用于制造卷绕式电感器的技术。 据该团队介绍，3D卷绕式射频变压器的体积减少了10到100倍，功率传输率增加时性能更好，制造工艺比2D产品更简单。传统变压器变压器使用绕线将输入信号转换为特定的输出信号，以用于像微芯片这样的器件。以前的研究人员已经开发了一些使用堆叠导电材料来解决空间问题的射频变压器，但是这些性能提升有限。这是由于当线圈匝数比高时，线圈之间磁耦合效率低下，这意味着初级线圈比次级线圈长得多，反之亦然。这些叠层变压器需要使用特殊材料制造，制造难度大，体积大且不可弯曲。新变压器原理该团队正使用2D工艺来制作3D结构。他们将金属线图案于成拉伸的2D薄膜之上，一旦张力释放，2D薄膜自卷成小管。这使得初级和次级导线能够相互缠绕并嵌套到更小的区域中，以实现*佳的磁感应和耦合。Li教授补充说，嵌套的3D结构可以产生较高的匝数比线圈。 共同作者，Songbin Gong教授说：“高匝数比变压器可以用作阻抗变压器，以提高极低功率接收器的灵敏度，这将成为物联网无线前端的关键推动力。据称，卷绕式变压器可以接收和处理比大型设备更高频率的信号。”研究意义主要作者和博士后研究员Wen Huang 表示，“无线通信将来会更快，使用更高频率的信号，目前这一代射频变压器根本无法跟上小型化和未来的高频率运行。具有更多匝数的小型变压器可以更好地接收更快更高频率的无线信号，以及物联网应用中的更高等级的集成。” 据该团队介绍，新型变压器具有稳定的制造工艺 - 稳定超越标准制造温度，并与工业标准材料兼容。这项研究使用金丝，但研究人员声称已经成功地演示了使用工业标准铜制造他们的卷绕式器件。下一步工作Li教授表示，“下一步将是使用更薄、更具导电性的金属制造，如石墨烯，从而使这些器件更小，更灵活。这种进步可能使器件能够织入高科技可穿戴设备。”

1什么叫变压器？答：在交流电路中，将电压升高或降低的设备叫变压器，变压器能把任一数值的电压转变成频率相同的我们所需的电压值，以满足电能的输送，分配和使用要求。例如发电厂发出来的电，电压等级较低，必须把电压升高才能输送到较远的用电区，用电区又必须通过降压变成适用的电压等级，供给动力设备及日常用电设备使用。2变压器是怎样变换电压的？答：变压器是根据电磁感应制成的。它由一个用硅钢片(或矽钢片)叠成的铁芯和绕在铁芯上的两组线圈构成，铁芯与线圈间彼此相互绝缘，没有任何电的联系，如图所示。我们将变压器和电源一侧连接的线圈叫初级线圈(或叫原边)，把变压器和用电设备连接的线圈叫作次级线圈(或副边)。当将变压器的初级线圈接到交流电源上时，铁芯中就会产生变化的磁力线。由于次级线圈绕在同一铁芯上，磁力线切割次级线圈，次级线圈上必然产生感应电动势，使线圈两端出现电压。因磁力线是交变的，所以次级线圈的电压也是交变的。而且频率与电源频率完全相同。经理论证实，变压器初级线圈与次级线圈电压比和初级线圈与次级线圈的匝数比值有关。说明匝数越多，电压就越高。因此可以看出，次级线圈比初级线圈少，就是降压变压器。相反则为升压变压器。 2变压器有哪些类型？答：按相数分有单相和三相变压器。按用途分有电力变压器，专用电源变压器，调压变压器，测量变压器(电压互感器、电流互感器)，小型电源变压器(用于小功率设备)，安全变压器，按结构分有芯式和壳式两种。线圈有双绕组和多绕组，自耦变压器，按冷却方式分有油浸式和空气冷却式。 4变压器是由哪些部分组成的？答：变压器主要是由铁芯、线圈组成，此外还有油箱、油枕、绝缘套管及分接开头等。 5变压器油有什么用处？答：变压器油的作用是：(1)绝缘作用。(2)散热作用。(3)消灭电弧作用。 6什么是自耦变压器？答：自耦变压器只有一组线圈，次级线圈是从初级线圈抽头出来的，它的电能传递，除了有电磁感应传递外，还有电的传送，这种变压器硅钢片和铜线数量比一般变压器要少，常用作调节电压。 7调压器是怎样调压的？答：调压器的构造与自耦变压器相同，只是将铁芯作成环形线圈就绕在环形铁芯上。次级线圈抽头用一个可以滑动的电刷触头，使触头沿线圈表面环形滑动，达到平滑的调节电压作用。 8变压器初级线圈与次级线圈的电流关系是怎样的？答：当变压器带有负载运行时，次级线圈电流的变化，会引起初级线圈电流相应的变化。根据磁势平衡原理推导出，初级民次级线圈的电流和线圈匝数成反比，匝数多的一边电流就小，匝数少的一边电流就大。9什么是变压器的电压变化率？答：调压器的电压变化率是变压器的主要性能指标之一。当变压器向负载供电时，在变压器的负载端的电压必然会下降，将下降的电压值与额定电压值相比，取百分数即电压变化率，可用公式表示；电压变化率=［(次级额定电压-负载端电压)/次级额定电压］×100%。通常的电力变压器，接上额定负载时，电压变化率为4～6%。 10如何保证变压器有一个额定的电压输出？答：电压太高或过低都会影响变压器的正常工作和使用寿命，所以必须调压。调压的方法是在初级线圈中引出几个抽头，接在分接开头上，分接开头通过转动触头来改变线圈的匝数。只要转动分接开关的位置，即可得到需要的额定电压值。要注意的是，调压通常应在切断变压器所接的负载后进行。 11通常用的小型变压器是怎样的？应用在哪些场合？答：小型变压器指容量在1千伏安以下的单相变压器，多半用作电气设备控制用的电源变压器，电子设备的电源变压器及安全照明用的电源变压器。 12变压器在运行中有哪些损失？怎样减少损失？答：变压器运行中的损失包括两部分；(1)是由铁芯引起的，当线圈通电后，由于磁力线是交变的，引起铁芯中涡流和磁滞损耗，这种损耗统称铁损。(2)是线圈自身的电阻引起的，当变压器初级线圈和次级线圈有电流通过时，就要产生电能损失，这种损失叫铜损。铁损与铜损的和就是变压器损失，这些损失与变压器容量、电压和设备利用率有关。因此，在选用变压器时，应尽量使设备容量和实际使用量一致，以提高设备利用率，注意不要使变压器轻载运行。 13什么是寄存器的铭牌?铭牌上有哪些主要技术数据？答：变压器的铭牌标明该台变压器的性能、技术规格和使用场合，用来满足用户的选用，通常选用注意的主要技术数据有：(1)额定容量的千伏安数。即额定状态下变压器的输出能力。如单相变压器额定容量=U线×I线；三相变压器容量= U线×I线。(2)额定电压伏数。分别标明初级线圈的端电压和次级线圈的端电压(不接负载时)值。注意三相变压器的端电压指线电压U线值。(3)额定电流安培数。指在额定容量和允许温升条件下，初级线圈和次级线圈允许长期通过的线电流I线值。(4)电压比。指初级线圈额定电压与次级线圈额定电压之比。(5)接线方式。单相变压器仅有高低压各一组线圈，只供给单相使用，三相变压器则有Y/ 式。 除以上技术数据外，没有额定频率、相数、温升、变压器的阻抗百分比等。14怎样选择变压器？如何确定变压器的合理容量？答：首先要调查用电地方的电源电压，用户的实际用电负荷和所在地方的条件，然后参照变压器铭牌标示的技术数据逐一选择，一般应从变压器容量、电压、电流及环境条件综合考虑，其中容量选择应根据用户用电设备的容量、性质和使用时间来确定所需的负荷量，以此来选择变压器容量。在正常运行时，应使变压器承受的用电负荷为变压器额定容量的75～90%左右。运行中如实测出变压器实际承受负荷50小于%时，应更换小容量变压器，如大于变压器额定容量应立即更换大变压器。同时，在选择变压器根据线路电源决定变压器的初级线圈电压值，根据用电设备选择次级线圈的电压值，较好选为低压三相四线制供电。这样可同时提供动力用电和照明用电。对于电流的选择要注意负荷在电动机起动时能满足电动机的要求(因为电动机起动电流要比下沉运行时大4～7倍)。 15为什么变压器不能过负荷运行？答：过负荷运行是指变压器运行时超过了铭牌上规定的电流值。过负荷分为正常过负荷和事故过负荷两种，前者是指在正常供电情况下，用户用电量增加而引起的，它往往使变压器温度升高，促使变压器绝缘老化，降低使用寿命，所以不允许变压器过负荷运行。特殊情况下变压器短时间内的过负荷运行，也不能超过额定负荷的30%(冬季)，在夏季不得超过15%。16变压器在运行中应该做哪几种测试？答：为了保证调压器能够正常运行，应经常进行下列几项测试；(1)温度测试。变压器运行状态是不是正常，温度的高低是很重要的。规程规定上层油温不得超过850C(即温升550C)。一般变压器都装有专用温度测定装置。(2)负荷测定。为了提高变压器的利用率，减少电能的损失，在变压器运行中，必须测定变压器真正能承担的供电能力。测定工作通常在每一季节用电蜂屯蚁聚时期进行，用钳形电流表直接测定。电流值应为变压器额定电流的70～80%，超过时说明过负荷，应立即调整。(3)电压测定。规程要求电压变动范围应在额定电压±5%以内。如果超过这一范围，应采用分接头进行调整，使电压达到规定范围。一般用电压表分别测量次级线圈端电压和未端用户的端电压。(4)绝缘电阻测定。为了使变压器始终处于正常运行状态，必须进行绝缘电阻的测定，以防绝缘老化和发生事故。测定时应设法使变压器停止运行，利用摇表测定变压器绝缘电阻值，要求所测电阻不低于以前所测值的70%，选用摇表时，低压线圈可采用500伏电压等级的。 17什么是变压器的极性？在实用中有何作用？答：变压器极性是用来标志在同一时刻初级绕组的线圈端头与次级绕组的线圈端头彼此电位的相对关系。因为电动势的大小与方向随时变化，所以在某一时刻，初、次级两线圈必定会出现同时为高电位的两个端头，和同时为低电位的两个端头，这种同时刻为高的对应端叫变压器的同极性端。由此可见，变压器的极性决定线圈绕向，绕向改变了，极性也改变。在实用中，变压器的极性是变压器并联的依据，按极性可以组合接成多种电压形式，如果极性接反，往往会出现很大的短路电流，以致烧坏变压器。因此，使用变压器时必须注意铭牌上的标志。 18如何判别变压器极性？答：当遇到变压器铭牌标志不清或系旧变压器，可通过测试加以判别，方法有两种：(1)直流法。测单相变压器时，在初级线圈一侧拉入一个1.5伏的干电池，然后在次级线圈拉入一直流毫伏表。当合上开关K的一瞬间，表针朝正方向摆动(或拉开开关时表针向负方向摆)，说明接电池正极一端是同极性，或叫同名端。测试三相变压器的极性和级别，多采用直流法进行。测试方法为：在初级线圈侧接上干电池和开关K，先在A端接电池正极，B端接电池负极，再在次级线圈a、b、c之间拉入三个毫伏表，接表时要注意按顺序接入，例如在次级线圈a、b间，a端接在电表正极，b端接在电表负极：b、c间，b接正极，c接负极：a、c间，a接正极，c接负极。接好后，将开关K合上，测出ab间、bc间、ac间的电表指示。再将电池改接在初级线圈的BC间和AC间分别进行测量，将测得结果列成表，可以判断出被测变压器的级别。(2)交流法。把初级线圈和次级线圈的一对同名端，例如Aa，用导线接起来。然后在AX初级线圈间拉入交流电(比较低的便于测量的)。用电压表分别测量AX间电压V1值，XX间电压V2值，以及ax间电压V3值。如果V2数值是V1与V3电压之差，则Aa是同极性端，如果V2数值是V1与V3电压之和，则AX是同极性端。

1、引言 线圈是变压器输入和输出电能的电气元件，是*重要、*基本的部件，也是变压器检修的主要部件，有变压器“心脏”之称。因为它基本决定了变压器的容量、电压、电流和使用条件。 线圈形式主要是根据线圈的电压等级和容量的大小来进行选择，同时还要重点考虑电气强度、耐热强度、机械强度、散热面积和制造工艺的可能性等，以保证制造或修理后的变压器可靠的运行。一般对电压低而电流大的线圈，常用多根并联绕制成螺旋式线圈，而对于电压等级较高、电流较小，且在纵绝缘上还有其特殊要求的常可绕制成连续式、纠结式。 2、变压器线圈结构型式 因变压器容量和电压的不同，线圈所具有的结构特点亦各不相同。变压器的线圈大致分为层式和饼式两种。线圈的线匝沿其轴向按层依次排列的称为层式线圈；线圈的线匝在辐向形成线饼（线段）后，再沿轴向排列的称为饼式线圈。变压器线圈形式细分如下： 2.1连续式线圈 连续式线圈是变压器线圈*常用的一种型式。连续式线圈，分为连续式和双连续式线圈。连续式线圈常用于大中型变压器，电压为10～110kⅤ的高压、中压、低压线圈。双连续式线圈常用于大中型变压器，电压为10～66kⅤ中压、低压线圈。根据设计的需要，线圈端部必要时增加保护小角环，并使用成型保护角环，避免了传统纸带型式的角环机械强度不足从而引起堵塞油路的现象。为了改善线圈内部的散热，可以在线圈内部设置挡油板，强迫冷却油按设定的好的路径流动，保证了线圈的散热。对于电压较高的线圈为了改善线圈的冲击电压分布，根据需要采用内屏蔽式线圈或纠结式线圈。 2.2 内屏蔽式线圈 内屏蔽式线圈，是在单根或多根并联的连续式线段内插入一些屏蔽匝。每段插入屏线的匝数根据线圈波过程计算来确定的。内屏蔽式线圈，分为跨两段内屏蔽式线圈和跨四段内屏蔽式。内屏蔽式线圈如与连续式线圈相连接，称为内屏连续式线圈。内屏蔽式线圈对于扁导线和换位导线均可使用，同时避免了导线的焊接，减少焊头。 2.3 纠结式线圈 纠结式线圈的结构与连续式的不同之处，只在于线匝的排列顺序。它的线匝不以自然数序排列，而是在相邻数序线匝之间插入不相邻数序的线匝。这样原连续式线圈段间线匝需借助于纠结换位（纠位），进行交错纠连形成纠结线段，从而组成纠结式线圈。 纠结式线圈，分为普通纠结式和插花纠结式；每种又分为跨两段纠结式和跨四段纠结式。纠结式线圈如与连续式线圈相连，称为纠结连续式线圈。普通跨两段纠结式线圈常用于110kⅤ及以上三相容量<90MⅤA变压器的高压线圈首端加强段或110kⅤ及以上变压器高压、中压线圈的分接段。普通跨四段纠结式线圈常用于110kⅤ及以上自耦变压器调压线圈。插花纠结式线圈只用于特殊重点产品的高压线圈端部加强段中。纠结式线圈可以更有效的改善线圈内部的冲击电压分布，减小冲击电压梯度，并且纠结式线圈抗短路能路更好。 2.4螺旋式线圈 螺旋式式线圈主要用于低电压大电流变压器的电压线圈。单（半）螺旋式、双（半）螺旋式线圈常用于联络变压器电压在35kV以下的低压线圈或500kⅤ及以上发电机变压器高-低-高结构中的高压线圈Ⅱ（靠近铁心侧高压线圈）；双螺旋式、四螺旋式、八螺旋式线圈常用于调压线圈；八螺旋式、十螺旋式、十六螺旋式线圈常用于500kⅤ及以上自耦变压器旁柱激磁的调压线圈；双层螺旋式线圈常用于110kⅤ及以上发电机变压器的低压线圈，也称U型线圈和220kⅤ及以上的轴向双分裂变压器的低压线圈，也称双U型线圈。由于螺旋式线圈并联导线根数较多，一般采用特殊的换位来降低导线间的换流，对于导线换位留下的空隙用成型垫块垫实以提高线圈的抗短路能力。为防止线圈轴向方向的松动，线圈的端部采用合适的绑扎来固定线圈的出线。线圈的端部采用层压端圈来增强线圈的抗短路能力和稳定性。 3、结构设计时应注意的问题 （1）纠结式结构应尽量减少或改为内屏连续式，因为纠结式与内屏连续式相比焊接头比较多，操作复杂，对焊接处打磨完毕后易产生金属粉尘，这对变压器的局放有一定的影响。改用内屏连续式以后，可以减少工艺困难，减少很多导线焊接头，大约能节省三分之一的线圈绕制时间，同时减少了很多隐患；纠结式中纠位组合导线都在纠位打开进行导线的自身换位，与以往在连位打开换位相比可减少焊接位置，尽而减少绕制时间，提高工作效率。 （2）成型角环外尽量不要存在一个外垫，给工艺增加很多困难浪费不必要的时间，为满足幅向，尽量将外垫改为层间垫，加快线圈绕制速度。 （3）设计插花纠的结构时一定重要考虑焊点，避免出现工艺线的焊点，影响线圈的局放，增加线圈工艺难度，浪费时间。 4、结论 以上浅析了变压器线圈的基本型式和特点及适用范围等，并对在设计中遇到的问题进行了分析，希望给变压器线圈设计人员提供借鉴。

可以减小另外一种铁损──“涡流损耗”。变压器工作时，线圈中有交变电流，它产生的磁通当然是交变的。这个变化的磁通在铁芯中产生感应电流。铁芯中产生的感应电流，在垂直于磁通方向的平面内环流着，所以叫涡流。涡流损耗同样使铁芯发热。 变压器为什么用硅钢片做铁芯？它的优势：常用的变压器铁芯一般都是用硅钢片制做的。硅钢是一种合硅（硅也称矽）的钢，其含硅量在0．8～4．8％。由硅钢做变压器的铁芯，是因为硅钢本身是一种导磁能力很强的磁性物质，在通电线圈中，它可以产生较大的磁感应强度，从而可以使变压器的体积缩小。我们知道，实际的变压器总是在交流状态下工作，功率损耗不仅在线圈的电阻上，也产生在交变电流磁化下的铁芯中。通常把铁芯中的功率损耗叫“铁损”，铁损由两个原因造成，一个是“磁滞损耗”，一个是“涡流损耗”。磁滞损耗是铁芯在磁化过程中，由于存在磁滞现象而产生的铁损，这种损耗的大小与材料的磁滞回线所包围的面积大小成正比。硅钢的磁滞回线狭小，用它做变压器的铁芯磁滞损耗较小，可使其发热程度大大减小。既然硅钢有上述优点，为什么不用整块的硅钢做铁芯，还要把它加工成片状呢？这是因为片状铁芯可以减小另外一种铁损──“涡流损耗”。变压器工作时，线圈中有交变电流，它产生的磁通当然是交变的。这个变化的磁通在铁芯中产生感应电流。铁芯中产生的感应电流，在垂直于磁通方向的平面内环流着，所以叫涡流。涡流损耗同样使铁芯发热。为了减小涡流损耗，变压器的铁芯用彼此绝缘的硅钢片叠成，使涡流在狭长形的回路中，通过较小的截面，以增大涡流通路上的电阻；同时，硅钢中的硅使材料的电阻率增大，也起到减小涡流的作用。用做变压器的铁芯，一般选用0．35mm厚的冷轧硅钢片，按所需铁芯的尺寸，将它裁成长形片，然后交叠成“日”字形或“口”字形。从道理上讲，若为减小涡流，硅钢片厚度越薄，拼接的片条越狭窄，效果越好。这不但减小了涡流损耗，降低了温升，还能节省硅钢片的用料。但实际上制作硅钢片铁芯时。并不单从上述的一面有利因素出发，因为那样制作铁芯，要大大增加工时，还减小了铁芯的有效截面。所以，用硅钢片制作变压器铁芯时，要从具体情况出发，权衡利弊，选择*佳尺寸。

一、 允许温度  变压器运行时，它的线圈和铁芯产生铜损和铁损，这些损耗变为热能，使变压器的铁芯和线圈温度上升。若温度长时间超过允许值会使绝缘渐渐失去机械弹性而使绝缘老化。变压器运行时各部分的温度是不相同的，线圈的温度**，其次是铁芯的温度，绝缘油温度低于线圈和铁芯的温度。   变压器的上部油温高于下部油温。 变压器运行中的允许温度按上层油温来检查。对于 A 级绝缘的变压器在正常运行中，当周围空气温度**为 400C 时，变压器绕组的极限工作温度是 1050C。          由于绕组的温度比油温度高 100C，为防止油质劣化，规定变压器上层油温**不超过 950C，而在正常情况下，为防止绝缘油过速氧化，上层油温不应超过 850C。   对于采用强迫油循环水冷却和风冷的变压器，上层油温不宜经常超过 750C。 (这种变压器上层油温**允许值为 800C)二、 允许温升   只监视变压器运行中的上层油温，还不能保证变压器的安全运行，还必须监视上层油温与冷却空气的温差—即温升。 变压器温度与周围空气温度的差值， 称为变压器的温升。   对 A 级绝缘的变压器，当周围**温度为 400C 时，国家标准规定绕组的温升650C， 上层油温的允许温升为 550C。          只要变压器温升不超过规定值， 就能保证变压器在额定负荷下规定的运行年限内安全运行。 (变压器在正常运行时带额定负荷可连续运行 20 年)三、 合理容量  在正常运行时，应使变压器承受的用电负荷在变压器额定容量的 75—90% 左右。四、 合理电流范围变压器低压**不平衡电流不得超过额定值的25%；变压器电源电压变化允许范围为额定电压的正负 5%。如果超过这一范围应采用分接开关进行调整， 使电压达到规定范围。 （调整时应停电进行）通常是改变一次绕组分接抽头的位置实现调压的，连接及切换分接抽头位置的装置叫分接开关，它是通过改变变压器高压绕组的匝数来调整变比的。   电压低对变压器本身无影响，只降低一些出力，但对用电设备有影响；电压增高，磁通增加，铁芯饱和，铁芯损耗增加，变压器温度升高。五、 过负荷过负荷分正常过负荷和事故过负荷两种情况。正常过负荷是在正常供电情况下，用户用电量增加而引起的。它将使变压器温度升高，导致变压器绝缘加 速老化，使用寿命降低，因此一般情况下不允许过负荷运行。  特殊情况变压器可在短时间内过负荷运行，但在冬季不得超过额定负荷 30%，夏季不得超过额定负荷的 15%。此外，应根据变压器的温升与制造厂规定来确定变压器的过负荷能力。    六、变压器维修        变压器的故障有开路和短路两种。开路用万用表档很容易测出，短路的故障用万用表不能测出。       1.电源变压器短路的检查：       （１）切断变压器的一切负载，接通电源，看变压器的空载温升，如果温升较高（烫手）说明一定是内部局部短路。如果接通电源１５～３０分钟，温升正常，说明变压器正常。      （２）在变压器电源回路内串接一支１０００瓦灯泡，接通电源时，灯泡只发微红，表明变压器正常，如果灯泡很亮或较亮，表明变压器内部有局部短路现象。  2.变压器的开路：一种是内部线圈断线，但引出线断线*常见，应该细心检查，把断线处重新焊接好。如果是内部断线或外部都能看出有烧毁的痕迹，那只能换新件或重绕。w