簡單的雙繞組變壓器結構包括每個繞組纏繞在一個單獨的軟鐵支臂或鐵芯上，提供必要的磁路

這種磁路，更常見的是“變壓器鐵芯“設計用于為磁場提供流動路徑，這對于感應兩個繞組之間的電壓是必要的。

然而，這種變壓器結構由于初級和次級繞組彼此很好地分開，因此兩個繞組纏繞在分開的分支上的效率不是很高。這導致兩個繞組之間的低磁耦合以及來自變壓器本身的大量磁通量泄漏。但是除了這種“O”形結構外，還有不同類型的“變壓器結構”和可用的設計，用于克服這些低效率，從而產生更小更緊湊的變壓器。

通過使兩個繞組彼此緊密接觸可以改善簡單變壓器結構的效率，從而改善磁耦合。增加和集中線圈周圍的磁路可以改善兩個繞組之間的磁耦合，但它也具有增加變壓器磁芯的磁損耗的效果。

以及提供低磁阻路徑對于磁場，磁芯設計用于防止鐵芯本身內的循環電流。稱為“渦流”的循環電流會導致磁芯內的發熱和能量損失，從而降低變壓器的效率。

這些損耗主要是由鐵電路中的電壓引起的，鐵電路經常受到交替電壓的影響。通過外部正弦電源電壓設置磁場。減少這些不必要的功率損耗的一種方法是用薄鋼板制造變壓器鐵芯。

在所有類型的變壓器結構中，中心鐵芯由薄硅鋼制成的高滲透性材料制成。疊片。這些薄的疊片組裝在一起，以提供所需的磁路，并具有最小的磁損耗。鋼板本身的電阻率很高，因此通過使疊層非常薄來減少任何渦流損耗。

這些鋼制變壓器疊片的厚度在0.25mm到0.5mm之間，鋼是導體，疊片和任何固定螺柱，鉚釘或螺栓通過非常薄的絕緣漆涂層或在表面上使用氧化層彼此電絕緣。

芯的變壓器結構

通常，與變壓器結構相關的名稱取決于初級繞組和次級繞組如何繞中心疊層鋼芯纏繞。變壓器結構的兩個最常見和最基本的設計是閉核變壓器和殼核變壓器。

在“閉合鐵芯”中“型（核心形式）變壓器”，初級和次級繞組纏繞在外面并圍繞芯環。在“殼型”（殼型）變壓器中，初級和次級繞組通過鋼磁路（鐵芯）內部，在繞組周圍形成殼體，如下圖所示。

變壓器鐵芯結構

在兩種類型的變壓器磁芯設計中，連接初級繞組和次級繞組的磁通量完全在磁芯內傳播，不會損失通過空氣的磁通量。在鐵芯式變壓器結構中，每個繞組的一半纏繞在變壓器磁路的每個支腿（或支腿）上，如上所示。

線圈沒有布置在一條腿上的初級繞組上。次級繞組，但是初級繞組的一半和次級繞組的一半在每個支路上同心地放置在另一個上，以便增加磁耦合，允許幾乎所有的磁力線都通過初級和次級繞組同時進行。然而，對于這種類型的變壓器結構，一小部分磁力線流到磁芯外部，這被稱為“漏磁通”。

殼式變壓器磁芯克服了這種漏磁通初級和次級繞組纏繞在相同的中心腿或肢上，其具有兩個外肢的橫截面積的兩倍。這里的優點是磁通量具有兩個閉合的磁路，在返回到中心線圈之前，在左右兩側的線圈外部流動。

這意味著磁通量在周圍循環這種變壓器結構的外肢等于Φ/ 2 。由于磁通量在線圈周圍具有閉合路徑，因此具有降低磁芯損耗和提高整體效率的優勢。

變壓器疊片

但您可能想知道如何對于這種類型的變壓器結構，初級和次級繞組纏繞在這些疊層鐵或鋼芯上。線圈首先纏繞在成形器上，該成形器具有圓柱形，矩形或橢圓形橫截面，以適應疊片鐵芯的結構。在殼式和鐵芯式變壓器結構中，為了安裝線圈繞組，各個疊片由較大的鋼板沖壓或沖壓而成，形成類似字母“E”s ，“L”s ，“U”s 和“I”s ，如下所示。

Transformer Core類型

這些層壓沖壓件連接在一起形成所需的核心形狀。例如，兩個“E”沖壓加上兩個結束“I”沖壓，以使 EI 核心形成標準殼體的一個元件 - 型變壓器鐵芯。在變壓器構造期間，這些單獨的疊片緊密對接在一起，以減小接頭處氣隙的磁阻，從而產生高飽和磁通密度。

變壓器鐵芯疊片通常彼此交替堆疊，以產生重疊接頭，添加更多的層壓對，以構成正確的芯厚度。疊片的這種交替堆疊還使變壓器具有減少漏磁和鐵損的優點。 EI 鐵芯疊層變壓器結構主要用于隔離變壓器，升壓和降壓變壓器以及自耦變壓器。

變壓器繞組布置

變壓器繞組構成變壓器結構的另一個重要部分，因為它們是纏繞在鐵芯的疊層部分周圍的主要載流導體。在單相雙繞組變壓器中，如圖所示，將存在兩個繞組。一個連接到電壓源并產生稱為初級繞組的磁通量，另一個稱為次級繞組，其中由于互感而產生電壓。

如果次級輸出電壓小于初級輸入電壓的電壓，變壓器稱為“降壓變壓器”。如果次級輸出電壓大于初級輸入電壓，則稱為“升壓變壓器”。

核心型結構

變壓器繞組中用作主要載流導體的導線類型為銅或鋁。雖然鋁線較輕且通常比銅線便宜，但必須使用較大的導體橫截面積來承載與銅相同的電流量，因此主要用于較大的電力變壓器應用。

用于低壓電氣和電子電路的小型kVA電力和電壓互感器傾向于使用銅導體，因為這些導體具有比等效鋁類型更高的機械強度和更小的導體尺寸。缺點是當完成它們的核心時，這些變壓器要重得多。

變壓器繞組和線圈可大致分為同心線圈和夾層線圈。在鐵芯式變壓器結構中，繞組通常圍繞鐵芯同心布置，如上圖所示，較高電壓的初級繞組纏繞在較低電壓的次級繞組上。

夾層或“扁平”線圈由扁平導體以螺旋形式纏繞，并且由于導體布置成圓盤而得名。可替換的盤以交錯排列從外向中心螺旋，各個線圈堆疊在一起并由絕緣材料如塑料紙隔開。夾芯線圈和繞組更常見于殼型磁芯結構。

螺旋繞組也稱為螺旋繞組，是另一種非常常見的圓柱形線圈布置，用于低壓大電流變壓器應用。繞組由在其側面纏繞的大截面矩形導體構成，絕緣線沿著圓柱體的長度連續地平行纏繞，在相鄰的線圈或盤之間插入合適的間隔物，以使平行線之間的循環電流最小化。線圈向外進展為類似螺旋形螺旋的螺旋。

Transformer Core

用于防止螺旋的絕緣在變壓器中短路的導體通常是空氣冷卻變壓器中的薄層清漆或搪瓷。這種薄的清漆或搪瓷涂料在纏繞在芯線上之前涂在電線上。

在較大的電源和配電變壓器中，導體使用浸油紙或布料彼此絕緣。將整個磁芯和繞組浸入并密封在含有變壓器油的保護罐中。變壓器油充當絕緣體和冷卻劑。

變壓器點方向

我們不能簡單地采用疊片鐵芯并將其中一個線圈配置包裹起來。我們可以但我們可能會發現次級電壓和電流可能與初級電壓和電流的電壓和電流異相。兩個線圈繞組確實具有相對于另一個的不同取向。兩個線圈可以順時針或逆時針纏繞在磁芯上，以便跟蹤它們的相對方向。“點”用于識別每個繞組的給定端。

這種識別方向或方向的方法變壓器繞組被稱為“點公約”。然后纏繞變壓器繞組，使繞組電壓之間存在正確的相位關系，變壓器極性定義為次級電壓相對于初級電壓的相對極性，如下所示。

變壓器結構使用點方向

第一個變壓器在兩個繞組上并排顯示兩個“點”。離開次級點的電流是“同相的”，電流進入初級側點。因此，虛線端的電壓極性也是同相的，因此當初級線圈的虛線端的電壓為正時，次級線圈兩端的電壓在點端也是正的。

第二個變壓器在繞組的兩端顯示兩個點，這意味著變壓器初級和次級線圈繞組以相反的方向纏繞。其結果是離開次級點的電流是180° o “異相”，電流進入主點。因此，虛線端的電壓極性也是異相的，因此當初級線圈的虛線端電壓為正時，相應次級線圈兩端的電壓將為負。

然后，變壓器的結構可以使得次級電壓相對于初級電壓可以是“同相”或“異相”。在具有許多不同次級繞組的變壓器中，每個次級繞組彼此電隔離，重要的是要知道次級繞組的點極性，以便它們可以串聯輔助連接在一起（次級電壓相加）或串聯反電壓（次級電壓是差值）配置。

通常需要調整變壓器匝數比的能力，以補償主電源電壓變化的影響。變壓器或變化的負載條件。變壓器的電壓控制通常通過改變匝數比并因此改變其電壓比來執行，由此高壓側的初級繞組的一部分被抽出以允許容易調節。由于每圈的電壓低于低壓次級側，因此在高壓側優選分接。

變壓器初級分接頭更換

在這個簡單的例子中，主電源電壓變化計算的電源電壓變化為±5％，但可以選擇任何值。一些變壓器可能有兩個或多個初級或兩個或多個次級繞組，用于不同的應用，從單個磁芯提供不同的電壓。

變壓器鐵芯損耗

鐵或鋼的能力攜帶磁通量遠大于空氣中的磁通量，這種允許磁通量流動的能力稱為磁導率。大多數變壓器鐵芯由低碳鋼制成，其滲透率大約為1500，而空氣的滲透率僅為1.0。

這意味著鋼疊片鐵芯的磁通量可以比磁鐵的磁通量高1500倍。空氣。然而，當磁通量在變壓器鋼芯中流動時，鋼中會發生兩種類型的損耗。一個稱為“渦流損耗”，另一個稱為“磁滯損耗”。

磁滯損耗

變壓器磁滯損耗是由于分子與磁流的摩擦引起的磁化磁芯所需的力線，由于正弦電源電壓的影響，它們的值和方向首先在一個方向上不斷變化，然后另一個方向變化。

這種分子摩擦導致熱量產生這表示變壓器的能量損失。過度熱量損失可能超時，縮短了繞組和結構制造中使用的絕緣材料的壽命。因此，變壓器的冷卻非常重要。

此外，變壓器設計為在特定的供電頻率下運行。降低電源頻率將導致磁芯中的滯后增加和溫度升高。因此，將供電頻率從60赫茲降低到50赫茲將提高滯后量，降低變壓器的VA容量。

渦流損耗

另一方面，變壓器渦流損耗是由磁芯周圍磁通量流動引起的鋼中循環電流的流動引起的。產生這些循環電流是因為磁芯的作用類似于單個線圈。由于鐵芯是良導體，由實心鐵芯引起的渦流會很大。

渦流對變壓器的有用性沒有任何貢獻，反而它們反對引起的流動通過像在負核內產生電阻加熱和功率損耗一樣的電流。

層壓鐵芯

變壓器鐵心內的渦流損耗不能完全消除，但可以通過減小鋼芯的厚度來大大減少和控制它們。磁路不是用一個大的實心鐵芯作為變壓器或線圈的磁芯材料，而是分成許多薄的壓制鋼形狀，稱為“疊片”。

變壓器結構中使用的疊片如上所述，非常薄的絕緣金屬條連接在一起，形成堅固但層疊的芯。這些疊片通過清漆或紙涂層彼此絕緣，以增加芯的有效電阻率，從而增加整體電阻以限制渦流的流動。

所有這些絕緣的結果是磁芯中不需要的感應渦流功率損耗大大降低，正是由于這個原因，每個變壓器和其他電磁機器的磁鐵電路都是層壓的。在變壓器結構中使用疊片可以減少渦流損耗。

能量損失，由磁滯和磁路中的渦流引起的熱量，通常稱為“變壓器磁芯損耗”。由于交變磁場，這些損耗發生在所有磁性材料中。即使沒有負載連接到次級繞組，只要初級線圈通電，變壓器鐵心損耗總是存在于變壓器中。這些磁滯和渦流損耗有時也被稱為“變壓器鐵損”，因為引起這些損耗的磁通量在所有負載下都是恒定的。

銅損耗

但是那里也是與變壓器相關的另一種能量損失，稱為“銅損”。變壓器銅損主要是由于初級和次級繞組的電阻。大多數變壓器線圈由銅線制成，其電阻為歐姆（Ω）。該電阻抵抗流過它們的磁化電流。

當負載連接到變壓器次級繞組時，大電流在初級和次級繞組中流動，電能和功率（或 I 2 R ）損失以熱量形式發生。通常銅損隨負載電流而變化，在空載時幾乎為零，在電流最大時滿負載時最大。

變壓器VA額定值可以通過更好的設計和變壓器結構可減少這些鐵芯和銅的損耗。具有高電壓和電流額定值的變壓器需要具有大橫截面的導體，以幫助最小化其銅損耗。通過強制空氣或油提高散熱率（更好的冷卻），或通過改善變壓器絕緣以使其承受更高的溫度也可以增加變壓器VA額定值。

然后我們可以定義一個理想的變壓器具有：

沒有磁滯回線或磁滯損耗→0

芯材的無限電阻率，零渦流損耗→0

零繞組電阻為零 I 2 * R 銅損→0

在下一個關于變形金剛的教程中，我們將看一下變壓器加載次級繞組相對于電氣負載，并看到“無負載”和“負載”連接的變壓器對初級繞組電流的影響。