牽引變壓器是鐵路交通領域中的重要設備，通常安裝在軌道車輛車體底部，負責將25kv的網壓轉換為適合牽引系統使用的電壓，對軌道車輛的安全可靠運行起著至關重要的作用。 當牽引變壓器在額定條件下運行時，漏磁通量和額定電流均較小，其產生的電動力遠小于短路時的電動力。
牽引變壓器的高壓繞組由幾條支路并聯組成， 牽引繞組為額定容量相等的幾部分，分別與高壓繞 組各并聯支路實現緊密的耦合。
與固定式變壓器相比，牽引變壓器變體的工作頻率有時甚至低于 25Hz（與 50 至 60Hz 相比），此外也越來越多地使用Esther或硅基液來應對有時高達150°C的高溫。所以說，牽引變壓器是使用替代型絕緣液的先驅，而替代型絕緣液在其他應用中也越來越多地取代傳統絕緣液。這些替代型絕緣液具有不易燃、節約原材料的優點，在安全方面表現更可靠。雖然重量和安全性是牽引變壓器的核心方面，牽引變壓器還需要滿足各種惡劣天氣條件下的工作環境，因此在設計上需要考慮外殼的防護性能，通常與火車制造商合作開發，確保適應各種車輛類型的需求。
分類標準
1、按相數分：
單相變壓器：用于單相負荷和三相變壓器組。
三相變壓器：用于三相系統的升、降電壓。
2、按冷卻方式分：
干式變壓器：依靠空氣對流進行冷卻，一般用于局部照明、電子線路等小容 量變壓器。
油浸式變壓器：依靠油作冷卻介質、如油浸自冷、油浸風冷、油浸水冷、強迫油循環等。
3、按用途分：
電力變壓器：用于輸配電系統的升、降電壓。
互感器：如電壓互感器、電流互感器、用于測量儀表和繼電保護裝置。
試驗變壓器：能產生高壓，對電氣設備進行高壓試驗。
4、按繞組形式分：
三繞組變壓器：一般用于電力系統區域變電站中，連接三個電壓等級。
自耦變電器：用于連接不同電壓的電力系統。也可做為普通的升壓或降后變壓器用。
5、按鐵芯形式分：
芯式變壓器：用于高壓的電力變壓器。
殼式變壓器：用于大電流的特殊變壓器，如電爐變壓器、電焊變壓器；或用于電子儀器及電視、收音機等的電源變壓器。
工作原理
變壓器的工作原理和分析：變壓器利用電磁感應原理，從一個電路向另一個電路傳遞電能或傳輸信號的一種電器是電能傳遞或作為信號傳輸的重要元件。
1、單相結線變壓器原理：
牽引變壓器的原邊搭電啟動于三相電力系統中的兩相；副邊一端與牽引側母線連接，另一 端與軌道及接地網連接。牽引變壓器的容量利用率高，但其在電力系統中單相牽引負荷產生的負序電流較大，對接觸網的供電不能實現雙邊供電。所以，這種結線只適用于電力系統容量較大，電力網比較發達，三相負荷用電能夠可靠地由地方電網得到供應的場合。另外，單相牽引變壓器要按全絕緣設計制造。
2、單相V,v結線變壓器（三相）原理：
將兩臺單相變壓器以V的方式聯于三相電力系統每一個牽引變電所都可以實現由三相系統的兩相線電壓供電。兩變壓器次邊繞組，各取一端聯至牽引變電所兩相母線上。而它們的另一端則以聯成公共端的方式接至鋼軌引回的回流線。這時，兩臂電壓相位差60o接線，電流的不對稱度有所減少。這種接線即通常所說的60o接線。（三相）原理：將兩臺容量相等或不相等的單相變壓器器身安裝于同一油箱內組成。原邊繞組接成固定的V結線，V的頂點（A2與X1連接點）為C相，A1，X2分別為A相，B相。副邊繞組四個端子全都引出在油箱外部，根據牽引供電的要求，既可接成正“V”，也可接成反“V”。
3、三相YN，d11雙繞組變壓器原理：
三相YN，d11結線牽引變壓器的高壓側通過引入線按規定次序接到110kV或220kV，三相電力系統的高壓輸電線上；變壓器低壓側的一角c與軌道，接地網連接，變壓器另兩個角a和b分別接到27.5kV的a相和b相母線上。由兩相牽引母線分別向兩側對應的供電臂供電，兩臂電壓的相位差為60o，也是60o接線。因此，在這兩個相鄰的接觸網區段間采用了分相絕緣器。
4、斯科特結線變壓器原理：
實際上也是由兩臺單相變壓器按規定連接而成。一臺單相變壓器的原邊繞組兩端引出，分別接到三相電力系統的兩相，稱為座變壓器；另一臺單相變壓器的原邊繞組一端引出，接到三相電力系統的另一相，另一端到M座變壓器原邊繞組的中點O，稱為T座變壓器。這種結線型式把對稱三相電壓變換成相位差為 的對稱兩相電壓，用兩相中的一相供應一邊供電臂，另一相供應另一邊供電臂。M座變壓器原邊繞組匝數，電壓分別用 表示，兩端分別接入電力系統的B，C相；副邊繞組匝數，電壓分別用 表示，向左邊供電臂供電。T座變壓器原邊繞組匝數，電壓分別為，一端接在M座變壓器原邊繞組的中點O，另一端接到接到電力系統的A相；副邊繞組匝數，電壓分別為，向右邊供電臂供電。T座和M座副邊匝數相同，都是，原邊匝數不同，T座原邊匝數是M座的。實際中，通常把兩臺單相變壓器繞組裝配在一個鐵芯上，安裝在一個油箱內。
5、YN，結線阻抗匹配牽引變壓器原理：
副邊繞組三角形結線結構即在非接地相增設兩個外移繞組。內三角形接線的一角c與軌道，接地網連接。兩端分別接到牽引側兩相母線上。由兩相牽引母線分別向兩側對應的供電臂牽引網供電。
6、YN，結線平衡變壓器原理：根據平衡變壓器的工作原理，要求：
① 原邊接三相對稱電源電壓時，副邊二相輸出端口空載電壓對稱（即大小相等，相位差為90o）
② 副邊二相輸出端口帶相同負載時，原邊三相電流對稱。
YN，結線阻抗匹配牽引變壓器，雖然滿足了上述需要和要求，但是平衡繞組（或）與a（或b，c）繞組的匝數比 和阻抗匹配系數 都是固定值。一般來說，繞組匝數的配合比較容易。而無論從設計上還是制造工藝上來講，要得到預先確定的某一阻抗匹配系數都是相當困難的。YN，結線阻抗匹配平衡變壓器的要求，在設計上和制造工藝上的難度是不言而喻的。
7、非阻抗匹配YN，結線平衡變壓器原理：
在前面所述的YN，結線平衡變壓器中，當 時，不需要專門進行阻抗匹配，按結構對稱性布置繞組，就可以使該變壓器達到平衡。這是YN，結線平衡變壓器取 的特例。由于它不需要專門進行阻抗匹配，所以稱為非阻抗匹配YN，結線平衡變壓器。
優缺點
1、單相結線變壓器
優點：容量利用率可達100%；主接線簡單，設備少，占地面積小，投資少。
缺點：不能供應地區和牽引變電所三相負荷用電，在電力系統中，單相牽引負荷產生的負序電流較大，對接觸網的供電不能實現雙邊供電。
適用于：電力系統容量較大，電力網比較發達，三相負荷用電能夠可靠的由地方電網得到供應的場合。
2、單相V,v結線變壓器（三相）
單相：
優點：主結線較簡單，設備較少，投資較省。對電力系統的負序影響比單相結線少。對接觸網的供電可實現雙邊供電。
缺點：當一臺牽引變壓器故障時，另一臺必須跨相供電，即兼供左右兩邊供電臂的牽引網。這就需要一個倒閘過程，即把故障變壓器原來承擔的供電任務轉移到正常運行的變壓器。在這一倒閘過程完成前，故障變壓器原來供電的供電臂牽引網中斷供電，這種情況甚至會影響行車。即使這一倒閘過程完成后，地區三相電力供應也要中斷。牽引變電所三相自用電必須改用劈相機或單相－三相自用變壓器供電。實質上變成了單相結線牽引變電所，對電力系統的負序影響也隨之增大。
三相：
優點：保持了單相V,v結線變壓器的主要優點，完全克服了單相V,v結線變壓器缺點。最可取的是解決了單相V,v結線變壓器不便于采用固定備用及其自動投入的問題，有利于實現分相有載或無載調壓。
3、三相YN，d11雙繞組變壓器
優點：牽引變壓器低壓側保持三相，有利于供應牽引變電所自用電和地區三相電力。在兩臺牽引變壓器并聯運行情況下，當一臺停電時，供電不會中斷，運行可靠方便。三相YN，d11雙繞組變壓器在我國采用的時間長，有比較多的經驗，制造相對簡單，價格便宜。對接觸網的供電可實現兩邊供電。
缺點：牽引變壓器容量不能得到充分利用，只能達到額定容量的75.6%，引入溫度系數也只能達到84%，與采用單相結線牽引變壓器的牽引變電所相比，主接線要復雜一些，用的設備，工程投資也較多，維護檢修工作量及相應的費用也有所增加。
適用于：山區單線電氣化鐵路牽引負載不平衡的場所。
4、斯科特結線變壓器
優點：當M座和T座兩供電臂負荷電流大小相等，功率因素也相等時，斯科特結線變壓器原邊三相電流對稱。變壓器容量可全部利用。（用逆斯科特結線變壓器把對稱兩相電壓變換成對稱三相電壓）。對接觸網的供電可實現兩邊供電。
缺點：斯科特結線牽引變壓器制造難度較大，造價較高。牽引變電所主結線復雜，設備較多，工程投資也較多。維護檢修工作量及相應的費用有所增加。而且斯科特結線牽引變壓器原邊T接地（O點）電勢隨負載變化而產生漂移。嚴重時有零序電流流經電力網，可能引起電力系統零序電流繼電保護誤動作，對鄰近的平行通信線可能產生干擾，同時引起牽引變壓器各相繞組電壓不平衡，而加重繞組的絕緣負擔。為此，該結線牽引變壓器的絕緣水平要采用全絕緣。
5、YN，結線阻抗匹配牽引變壓器
優點：當阻抗匹配系數 時，無論副邊 或，原邊三相電流平衡，即無零序電流。當副邊，時，原邊三相電流對稱，沒有負序電流對電力系統的影響。原邊三相制的視在功率完全轉化為副邊二相制的視在功率，變壓器容量可全部利用。原邊仍為YN結線，中性點引出，與高壓中性點接地電力系統匹配方便。副邊仍有△結線繞組，三次諧波電流可以流通，使主磁通和電勢波形有較好的正旋度。利用斯科特結線變壓器把對稱兩相電壓變換成對稱三相電壓。對接觸網的供電可實現兩邊供電。
缺點：設計計算及制造工藝復雜，造價較高。兩供電臂之間的分相絕緣器兩端承受的電壓為，因此，分相絕緣器的絕緣應注意加強。
適用于：牽引變電所自用電和站區三相電力。
6、YN，結線平衡變壓器
優點：其阻抗匹配系數在一定范圍內任意選取，因而使變壓器的設計和制造更加方便。阻抗匹配系數取值的靈活性對繞組布置具有重要意義。
缺點：需要考慮減小電磁力，環流等問題。
7、非阻抗匹配YN，結線平衡變壓器
優缺點與YN，結線阻抗匹配牽引變壓器基本相同，但還存在若干不同點：
非阻抗匹配YN，結線平衡變壓器與YN，結線阻抗匹配牽引變壓器分別是YN，結線阻抗匹配牽引變壓器取 與 的特例。在YN，結線平衡變壓器中，前者不需要專門進行阻抗匹配，繞組布置最容易，設計制造最方便；后者繞組設計條件最苛刻，設計制造最困難；取其他值的情況則介于二者之間。
使用方法
在制造牽引變壓器時，使用 NOMEX 絕緣紙后需采取以下措施。
（1）加強對變壓器繞組溫升的計算，嚴格控制繞組溫升。
（2）使用模擬計算軟件對變壓器內部的溫度進行模擬計算，為確定 NOMEX 絕緣紙和普通絕緣紙 2 種材料的分界提供依據，根據Satons變壓器油本身特征，合理地確定上述 2 種材料的使用界限，避開油和普通絕緣紙裂解、絕緣電擊穿或熱擊穿的危險。
（3）增加和改善線圈內的油路，以降低變壓器油的溫升，避免油裂解。
（4）改善外部冷卻系統，增加變壓器的冷卻能力，降低變壓器正常負荷時的溫升。
（5）改進內電感線圈在圓周上的支撐，使變壓器能承受高過載及短路時產生的機械壓力。
應用
對于軌道車輛來說，牽引變壓器是最重要的設備之一，是整個電力牽引系統最核心的部分，確保機車、高鐵等軌道車輛穩定運行。過去一個世紀以來，牽引變壓器常常用于鐵路牽引，被認為是傳統燃油牽引系統的最佳選擇。
參考資料 >
數字化變壓器(Sensformer):滿足連接性要求的變壓器.siemens-energy.2024-03-19
牽引變壓器.MR.2024-03-19