變壓器利用電磁感應的原理來改變交流電壓的裝置，主要構(gòu)件是初級線圈、次級線圈和鐵心(磁芯)。在電器設(shè)備和無線電路中，常用作升降電壓、匹配阻抗，安全隔離等。變壓器的功能主要有：電壓變換;電流變換，阻抗變換;隔離;穩(wěn)壓(磁飽和變壓器);自耦變壓器;高壓變壓器(干式和油浸式)等，變壓器常用的鐵芯形狀一般有E型和C型鐵芯，XED型，ED型CD型。

變壓器的最基本型式，包括兩組繞有導線的線圈，并且彼此以電感方式稱合一起。當一交流電流(具有某一已知頻率)流于其中的一組線圈時，于另一組線圈中將感應出具有相同頻率的交流電壓，而感應的電壓大小取決于兩線圈耦合及磁交鏈的程度。

單相變壓器即一次繞組和二次繞組均為單相繞組的變壓器。

單極性開關(guān)電源，指輸出為單極性，也就是只有正極、負極輸出，相對于雙極性開關(guān)電源說的，雙極性開關(guān)電源有三條輸出，分為正電源、負電源、地線。

單相變壓器結(jié)構(gòu)簡單、體積小、損耗低，主要是鐵損小，適宜在負荷密度較小的低壓配電網(wǎng)中應用和推廣。蘇州市就累計使用1000多臺，節(jié)電45GWh，經(jīng)驗值得推廣。有的資料顯示單相變壓器在發(fā)達國家得到廣泛應用，例如美國、日本，單相供電制成為居民供電的主要方式，在這種宣傳下，有些人因此而認為單相供電具有“降損”的魔力，認為單相變壓器比三相變壓器更節(jié)能，認為單相供電制比三相供電制更優(yōu)越。其實不然，單相變壓器與單相供電制只是當前三相供電制的補充形式，由于其自身特性的約束，它只能應用于某些特定的領(lǐng)域。

鐵心構(gòu)成變壓器磁路系統(tǒng)，并作為變壓器的機械骨架。鐵心由鐵心柱和鐵軛兩部分組成，鐵心柱上套裝變壓器繞組，鐵軛起連接鐵心柱使磁路閉合的作用。對鐵心的要求是導磁性能要好，磁滯損耗及渦流損耗要盡量小，因此均采用0.35 mm厚的硅鋼片制作。目前國產(chǎn)硅鋼片有熱軋硅鋼片、冷軋無取向硅鋼片、冷軋晶粒取向硅鋼片。20世紀60～70年代我國生產(chǎn)的電力變壓器主要用熱軋硅鋼片，由于其鐵損耗較大，導磁性能相應地比較差，且鐵心疊裝系數(shù)低(因硅鋼片兩面均涂有絕緣漆)，現(xiàn)已不用。目前國產(chǎn)低損耗節(jié)能變壓器均用冷軋晶粒取向硅鋼片，其鐵損耗低，且鐵心疊裝系數(shù)高(因硅鋼片表面有氧化膜絕緣，不必再涂絕緣漆)。

根據(jù)變壓器鐵心的結(jié)構(gòu)形式可分為心式變壓器和殼式變壓器兩大類。心式變壓器是在兩側(cè)

的鐵心柱上放置繞組，形成繞組包圍鐵心的形式，如圖2—5所示。殼式變壓器則是在中間的鐵心柱上放置繞組，形成鐵心包圍繞組的形狀，如圖2—6所示。

更節(jié)能

單相變壓器變損是否低?在以前關(guān)于介紹單相變壓器及單相供電技術(shù)的論文中，認為單相變壓器比同容量的三相變壓器空載損耗小、節(jié)能，并且變損低。有的論文列舉出的應用實例，提到改造具有的經(jīng)濟效益時，用D10、D11甚至D12系列的變壓器和同容量的S9系列變壓器進行比較，例如提到同容量的D11單相變壓器比S9三相變壓器空載損耗降低得多，因此認為單相變壓器比三相變壓器運行更經(jīng)濟，其實這是個誤解。舉例時忽略了兩者之間的技術(shù)層次上的差異，根據(jù)JB/T3837-1996《變壓器類產(chǎn)品型號編制辦法》，對變壓器型號的編序的性能水平做了規(guī)定，凡大一號的性能參數(shù)要提高到一個新水平。例如D10系列變壓器是根據(jù)S10變壓器參數(shù)設(shè)計的，論證D10或者D11等系列變壓器的降低損耗的效果時，應選取同型號的S10或S11變壓器進行比較，選取S9系列變壓器作為參照物其實是不公平的。

另外，普通S9系列變壓器采用的是疊裝式鐵芯結(jié)構(gòu)，而D10、D11等大多采用了卷鐵芯結(jié)構(gòu)：疊裝式鐵芯和卷鐵芯存在工藝技術(shù)上的差別，卷鐵芯結(jié)構(gòu)克服了傳統(tǒng)疊裝鐵芯結(jié)構(gòu)中無法克服的缺點，例如在一張鐵芯疊片中，沿外側(cè)和沿內(nèi)側(cè)的磁路長度相差較大，使得磁通在鐵片內(nèi)不是均勻分布，并產(chǎn)生高次諧波，結(jié)果導致?lián)p耗增加。在三相鐵芯中，鐵軛和B相的芯柱交會區(qū)域內(nèi)，由于三相磁動勢的原因產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場使損耗增加，在鐵芯疊片彼此之間對接處有接縫，在此接縫區(qū)域內(nèi)，有橫向穿越疊片的磁通而使損耗增加。因此，卷鐵芯變壓器比疊裝鐵芯變壓器空載損耗小，空載電流小。同是11型號的100 kVA容量的三相卷鐵芯密封變壓器與單相卷鐵芯變壓器除了重量明顯差異外，技術(shù)指標差別并不明顯。所以一直認為的單相變壓器比三相變壓器變損小、節(jié)能的結(jié)論是沒有依據(jù)的。

單相變壓器在10k V配網(wǎng)中的應用

1、對單相變壓器的容量進行合理選擇

1)相變壓器容量選擇原則

當10kV配網(wǎng)中的用電負荷處于正常狀態(tài)的時候，可以通過減少設(shè)備容量來降低線路損耗過高的現(xiàn)狀，低壓配電網(wǎng)的負荷是隨時變化的，會隨著用電時間、季節(jié)等發(fā)生改變，在10kV配網(wǎng)設(shè)計過程中一般采用單三混一的配電變壓器安裝方案，這種方案可以配置一臺或多臺單相配電變壓器，根據(jù)具體的用電負荷的變化情況以及低壓電網(wǎng)的運行方式?jīng)Q定單相變電器的容量需求，從而選擇更合適的變壓器進行供電。

2)對具體的容量進行確定

確定單相變壓器容量就是確定單相變壓器供電范圍的過程，在確定其供電范圍時應該要遵循“小容量、分布緊密”的基本原則，單相變壓器的供電范圍不能太大，盡量減少供電密度。同時，單相變壓器的容量也與安裝方式有很大關(guān)系，單相變壓器的安裝方式一般為單桿柱安裝，由于單相變壓器只有兩個低壓繞組，在相同容量下，變壓器的低壓額定電流比三相變壓器多50%，因此可以確定出單相變壓器的具體容量大小。例如容量 80k VA 單相變壓器低壓側(cè)的額定電流與 125kVA 三相變壓器低壓側(cè)的額定電流接近。在傳統(tǒng)的配網(wǎng)設(shè)計中，構(gòu)架式三相配電變壓器的容量一般不大于 500kVA，這是綜合考慮了多方面因素之后得到的結(jié)果，在具體的配網(wǎng)設(shè)計過程中，通過單桿構(gòu)架式安裝方式安裝的單相變壓器的總?cè)萘繎淮笥?100k VA。

2、安裝方式的選擇

單相變壓器的設(shè)計是為了給用戶提供更加穩(wěn)定的電能產(chǎn)品，減少用電負荷過高帶來的各種問題，在對單相變壓器進行安裝的時候通常有三種方式，要根據(jù)不同的情況選擇合適的安裝方式：

第一，獨立型安裝。單相變壓器的安裝與其他的低壓電網(wǎng)之間沒有聯(lián)系，單相變壓器自成系統(tǒng)、獨立運行。這種安裝方式中單相變壓器最接近負荷中心，尤其是和在一些城鄉(xiāng)結(jié)合部以及零散的村莊使用。

第二，分路型安裝。這種安裝方式中，單相變壓器的低壓支線要與主線保持斷開，并且要接上新的電源，以便三相變壓器電源和單相變壓器電源與支線之間實現(xiàn)良好、順暢地轉(zhuǎn)換。

第三，主線型安裝。這種方式主要適用于三相臺區(qū)末端無三相負荷的情況，首先將主線斷開，并且將單相變壓器接到電源供主線尾端，實現(xiàn)電源間的轉(zhuǎn)換。

3、接線方案的選擇

對單相變壓器進行接線的時候主要有兩種方案，一種是人工搭拆方式，采用人工搭拆方式，在高壓側(cè)與低壓側(cè)的工作方式是不相同的，在高壓側(cè)單相變壓器會以跌落式熔斷器作為主要控制器，進行操作。在低壓側(cè)，當單相變壓器投入運行的時候，需要人工拆除與三相低壓電源的主線連接，然后再搭接單相變壓器低壓側(cè)，當單相變壓器退出運行的時候，需要將單相變壓器低壓側(cè)拆除，再將三相低壓電源主線搭接回去。另一種是刀閘轉(zhuǎn)換方式，采用一把四極雙投刀閘進行控制，可以實現(xiàn)在配網(wǎng)的低壓側(cè)對單相變壓器電源和三相變壓器電源進行轉(zhuǎn)換。

線損低

單相供電方式是否線損低?根據(jù)電路原理，同樣的距離輸送同樣的功率P ，功率因數(shù)為1，三相供電方式與單相供電方式的線路損失如下。假設(shè)使用同截面的導線，導線電阻為R。單相變壓器兩線方式供電，輸送功率P 時，相線、中性線中電流為I ，產(chǎn)生的線路損失為 P 單損 = 2I^2R。三相變壓器三相四線方式供電，輸送功率P時，線路中相電流為I /3，理想狀態(tài)下中性線無電流，相線 P 相損 =(I/3)2R = I2R/9。

本方式下線路損失為P三損 = 3×(I /3)2R = I2R/3。通過計算可見，三相供電方式的線路損失是最低的，單相供電的方式比三線制的損耗高6倍。由此可見，單相供電方式在與三相供電方式在降低線路損失方面并無優(yōu)勢。

用料少

相同容量的單相變壓器比三相變壓器用鐵減少20%，用銅減少10%。尤其是采用卷鐵芯結(jié)構(gòu)時，變壓器的空載損耗可下降15%以上，這將使單相變壓器的制造成本和使用成本同時下降，從而獲得最佳的壽命周期成本。

線路投資低

在電網(wǎng)中采用單相供電系統(tǒng)，可節(jié)省導線33%～63%，按經(jīng)濟電流密度計算，可節(jié)約導線重量42%，按機械強度計算，可降低導線消耗66%。因此可降低整個輸電線路的建設(shè)投資。這在我國地域廣闊的農(nóng)村和城鎮(zhèn)的路燈照明及居民生活用電方面是很有意義的。

利于現(xiàn)代化生產(chǎn)

單相變壓器由于結(jié)構(gòu)簡單，適合大批量的現(xiàn)代化生產(chǎn)，有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量和效益。第四，適于引入新技術(shù)、新材料、新工藝，獲得技術(shù)加分，黨的十六屆五中全會提出把節(jié)約資源作為基本國策，“十一五”規(guī)劃《綱要》進一步把“十一五”時期單位GDP能耗降低20%左右作為約束性指標。在這個大背景下，降損附加值高的新產(chǎn)品將大有所為。在線損理論計算時可以發(fā)現(xiàn)，80%的線路損失發(fā)生在20%的主干線上，因此縮短低壓主干線距離，就可以大大減少低壓線損，由于單相變壓器重量輕，可以靈活安裝在電桿上使用，便于深入負荷中心，就近降壓供電，提高供電質(zhì)量。一般單相變壓器在小范圍內(nèi)供電，發(fā)生故障波及面小，利于提高供電可靠性。同時，因為單相變壓器重量輕，安裝維護方便，使用靈活，可以單相使用，也可以三臺組成三相變壓器使用。

建設(shè)投資少

變壓器小容量化的代價輕負荷地區(qū)進行單相供電制建設(shè)，可減少建設(shè)投資。大負荷地區(qū)進行單相供電制的改造，必須有較大的經(jīng)濟投入。筆者看到，有的單相變壓器在居民小區(qū)的試點，實行的是將大變壓器化成多個小變壓器，臨近負荷安裝，縮短低壓主干線距離，由于電源點到負載的距離是一定的，縮短低壓供電距離，必然要延長高壓輸電距離，此種改造需要大量的投資，例如原來3個單元30戶人家使用160 kVA三相變壓器1臺，改用3臺50 kVA單相變壓器供電，表2列出兩種改造方案的用料及損耗變化，很明顯的增加了建設(shè)投入。其一，為了減少低壓主干線的線損，要將高壓線路引入負荷中心，增加高壓線路建設(shè)投資。其二，采用多臺小容量變壓器后的空載損耗和負荷損耗，都比原先單臺大容量變壓器多。其三，多臺小容量變壓器的購置資金也大于單臺大容量變壓器的購置資金。國外由于居民用電多，幾家或者每家使用一臺單相變壓器，是因為國家富裕，電力部門大量資金投入的結(jié)果。雖然投資較大，對于他們總的來說還是合算的。

應用的局限性

單相變壓器應用的局限性首先，單相變壓器由于電壓單一，只能應用于照明或小型電機，應用范圍具有局限性。而我國農(nóng)村因有副業(yè)和作坊，不能廣泛推廣，即使用，也只是作為三相供電制度的補充使用。單相變壓器得到應用，一是應用于深山區(qū)，居民分散，用電負荷小，基本沒有動力應用，可大大減少線路投資;二是應用于路燈。其次，是單相變壓器所引起的引高壓進負荷中心容易受到人們的抵制。人們法制觀念提高，對于居住環(huán)境的關(guān)心也非常重視，沒有哪個業(yè)主愿意電業(yè)部門在門前樹根“旗桿”，上面掛有變壓器，帶有高壓電，并且還發(fā)出噪音。同時，房地產(chǎn)商人只要求電力方便，他們卻不愿意自己的藍圖里出現(xiàn)電力設(shè)施的影子。一是怕電磁輻射，二是怕危險，三是怕影響景觀。電力部門收費到戶，線路損失是電力部門的事情，業(yè)主與開發(fā)商沒有義務(wù)為電力部門提供方便。