其他变压器

1.自耦变压器

图5.4.1（a）为普通双绕组变压器的原理图。设Nab匝的原边绕组与Nb′c′匝的副边绕组共同套在一个铁心柱上，被同一个主磁通Φm由所匝链，因此在Nab和Nb′c′上每一匝的感应电势都相同。若我们在Nab上找一点c并使Nbc和Nb′c′相等，则相应的。于是，当我们把bc和b′c′对应点短接起来也不会有何影响（如图5.4.1（b）所示），这样就可以使用一个绕组（如图5.4.1（c）所示）。这种原、副绕组有共同部分的变压器就称为自耦变压器。当变压器空载运行时从图5.4.1（c），若略去漏阻抗压降，则有：

式中，为每匝的感应电势；ka为自耦变压器的变比。

图5.4.1　从双绕组变压器到自耦变压器的演变过程

自耦变压器空载时，一次侧流过励磁电流，磁路中的磁动势为。自耦变压器的副边接上负载后有电流流过，这里于普通变压器一样，略去一次侧漏阻抗，认为空载和负载时认为不变，因此空载磁动势和负载磁动势相等。

则其磁势平衡方程式为：

或

当不计励磁电流时，则有：

容量关系，自耦变压器的容量和双绕组变压器的容量计算方法相同：

绕组ac段、bc段的容量分别为：

由以上3式的分析可以看出，若变压器的容量为SN，则绕组ac、bc的容量都比SN小。即都只有SN的一般双绕组变压器的原、副边容量相等，绕组容量总和等于2倍的额定容量。

因此，只要比较一下自耦变压器与双绕组变压器就可以看出，自耦变压器不仅可以省去一个绕组，而且在容量相同时，自耦变压器的绕组容量EcbIcb＝ENIN（电磁容量或计算容量）比双绕组变压器要小。这样就可以减少硅钢片、铜（铝）等材料的消耗，并使损耗降低，效率提高。同样，在一定容量的条件下，还使得变压器的外形尺寸缩小。以达到节省材料，减少成本的目的。用自耦变压器改接成调压器是很方便的，如图5.4.1（c）所示，若将c点做滑动接触形式就演变成调压器了。

显然，上述优点的产生是由于自耦变压器的绕组容量小于一般变压器容量所致，即可以看出，当ka越接近1时，系数就越小，上述自耦变压器的优点也就越是显著。故系统又称为效率系数。因而自耦变压器适用于原、副边电压比变化不大的场合（一般希望ka在2以下）。

2.互感器互感器（又称仪用互感器）是一种测量用装置，它是按照变压器原理来工作的。互感器可分为电流互感器与电压互感器两种。对于较大电流、较高电压的电路，这时已不能直接用普通的电流表、电压表进行测量，必须借助互感器将原电路的电量按比例变化为某一较小的电量后，才能进行测量，因此互感器具有以下双重的任务。

（1）将大的电量按一定比例变换为能用普通标准仪表直接进行测量的电量。通常电流互感器的副边额定电流为1A或5A，电压互感器副边的额定电压为100V或150V。这样，还可使仪表规格统一，从而降低生产成本。

（2）使测量仪表与高压电路隔离，以保证可能接触测量仪表的工作人员的安全。互感器除用于电流和电压之外，还要用以供电给各种继电保护装置（一种在电气设备事故时保护设备安全的装置）的测量系统，因此它的应用是十分广泛的。由于互感器是一种测量用设备，所以它必须保证测量的准确度，因此它的基本特性就是准确等级，人们首先关心的也就是它的测量误差有多大。显然，对互感器的许多问题的考虑和分析都以此为重点。以下对两种互感器分别作进一步介绍。

1.电流互感器电流互感器的原理接线如图5.4.2所示。它的原绕组是由1匝或几匝截面较大的导线构成，并串联接入待测电流的电路中。相反，副绕组的匝数比较多，截面积较小，而且与阻抗很小的仪表（如电流表、功率表的电流线圈）构成闭路。因此，电流互感器的运行情况实际上就相当于一个副边短路的变压器。在正常工作时，磁动势关系为：

因为励磁电流I0很小，I0N1可以忽略。上式可以写成

图5.4.2　电流互感器原理图

由于电流互感器要求误差较小，所以希望励磁电流I0越小越好，因而一般选择电流互感器铁心中的磁通密度B的值较低。

一般取B＝0.08－0.1T（800～1000GS），如果忽略产生这样低的磁通密度所需要的极小的励磁电流I0，那么，k称为电流互感器的变比。可见，一次和二次电流比与匝数成反比，据此由I2可以推算出I1的量值和相位。由于电磁互感器内总有一定的励磁电流I0存在，因而电流互感器测量电流总是有误差的。按照误差的大小，电流互感器被分为0.2、0.5、1.0、3.0和10这五个标准等级。例如，0.5级准确度就表示在额定电流时，原、副边电流变比的误差不超过±0.5%。

电流互感器在运行中必须特别注意下列两点。

（1）为了使用安全，电流互感器的副边绕组必须可靠地接地，以防止由于绕组绝缘破坏，原边的高电压传到副边发生人身伤害事故。

（2）电流互感器的副绕组绝对不容许开路。这是由于开路时互感器成了空载状态，这时铁心的磁通密度比它在额定时高出好多倍。这样，不但增加了铁心损耗，使铁心过热，影响电流互感器的性能，更严重的是因为二次侧绕组开路，没有去磁磁势，一次侧电流将全部用于励磁。这样在匝数很多的二次侧绕组中就感应出高电压，有时可高达数千伏，这无疑对工作人员是十分危险的。因此，电流互感器在使用时，任何情况下都不容许副边开路。当我们在运行中要换接电流表时必须事先把电流互感器的副边短路。

2.电压互感器

电压互感器的原理如图5.4.3所示。它实际上相当于一个空载运行的变压器，只是它的负载为阻抗较大的测量仪表，所以它的容量比一般变压器要小得多。它的一次侧匝数N1多，二次侧匝数N2少，一次侧被检测的电压为U1，二次侧电压为U2，有

通过改变匝数可以用小电压U2测得大电压U1。按照误差的大小，电压互感器被分为0.2、0.5、1.0、3.0几个等级，每等级允许误差见有关技术标准。

影响电压互感器误差的原因有两个方面，一是负载过大，副边电流过大，引起内部压降大；二是励磁电流I0过大。为了保证一定的测量准确度，要求：

（1）电压互感器副边的负载不能接得太大；

（2）互感器要用性能好的硅钢片做成，且铁心磁密不饱。电压互感器在使用时应注意副边不能短路，否则将产生大的短路电流。此外，为了安全起见，电压互感器的副边连同铁心，都必须可靠地接地。

3.电焊变压器

交流电焊机在生产上应用很广泛。它实际上是一台特殊的降压变压器，工作原理与普通变压器没有本质的差别，但工作性能则有很大不同。根据弧焊的需要，电焊变压器应能满足：（1）有一定的空载电压，约60～80V，以便容易引燃电弧；（2）电弧产生后，电压要迅速下降，在额定焊接电流时，电压约为30～40V；（3）当焊条碰在工件上，变压器处于短路状态时，则副边短路电流不过大。此外，能调节副边输出焊接电流的大小。

为满足上述要求，电焊变压器的结构必须具有以下特点，即应有较多的漏磁，以得到较大的漏抗和急剧下降的外特性，如图5.4.4所示。副绕组匝数可以改变，绕组漏抗也可以改变，以便调节副边输出电流，满足不同厚度焊件对焊接电流的要求，具有良好的调节特性。

图5.4.3　电压互感器原理图

图5.4.4　电焊变压器的外特性

下面介绍一种较为常用的磁分路动铁式电焊变压器的结构和原理。

这种电焊变压器有三个铁心柱，两边是主铁心，中间是动铁心，如图5.4.5所示。副绕组分成两部分，其中右边铁心往上的绕组有中间抽头，引出端5接焊枪，引出端1接焊件。焊接电流有粗调和细调两种调节方法，粗调依靠更换线匝。如抽头3与抽头2连接，副绕组匝数全部接入，漏抗最大，工作电流较小；抽头3与抽头4连接，副绕组有一部分匝数未接入，漏抗较小，工作电流较大。动铁心的位置是通过螺杆调节，改变磁分路的磁通大小，从而调节漏磁的大小。当动铁心调进时，漏抗增大，工作电流减小，外特性变得陡峭；当动铁心调出时，漏抗减小，工作电流增大，外特性变得平坦。

图5.4.5　电焊变压器结构图