【PPT】-3.1变压器的工作原理、分类和结构.ppt

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1、3.1 变压器的工作原理、分类和结构,3.2 变压器的空载运行,3.3 变压器的负载运行,3.4 变压器的等效电路及相量图,3.5 变压器参数的测定和标么值,3.6 变压器的运行特性,3.7 三相变压器,3.8 其它用途的变压器,变压器是一种静止电器,它通过线圈间的电磁感应,将一种电压等级的交流电能转换成同频率的另一种电压等级的交流电能.,第三章 变压器,只要一、二次绕 组的匝数不同， 就能达到改变压 的目的。,3.1 变压器的工作原理、分类和结构,3.1.1 变压器的工作原理,变压器的主要部件是铁心和套在铁心上的两个绕组。两绕组只有磁耦合没电联系。在一次绕组中加上交变电压，产生交链一、二次绕

2、组的交变磁通，在两绕组中分别感应电动势。,3.1.2 变压器的基本结构,变压器结构上的分类：,心式变压器,壳式变压器,一、铁心,变压器的主磁路，为了提高导磁性能和减少铁损，用0.35mm厚、表面涂有绝缘漆的硅钢片叠成。,铁心的分类：,叠接式铁心,渐开线式铁心,卷式铁心,叠接式铁心的叠片次序：,变压器的电路，一般用绝缘铜线或铝线绕制而成。,二、绕组,三、其它结构部件,油箱 油浸式变压器的器身浸在变压器油的油箱中。油是冷却介质，又是绝缘介质。油箱侧壁有冷却用的管子（散热器或冷却器）。 绝缘套管 将线圈的高、低压引线引到箱外，是引线对地的绝缘，担负着固定的作用。 此外还有储油柜、吸湿器、安全气道、净

3、油器和气体继电器。,四、变压器的额定值,指铭牌规定的额定使用条件下所能输出的视在功率。,符号：SN；单位：VA或kVA。,三相变压器：三相容量之和。,S1N = S2N = SN,额定电压,指长期运行时所能承受的工作电压。,符号：U1N / U2N ；单位：V或kV。,三相变压器：额定值为线电压。,U1N是指加在一次侧的额定电压；,U2N是指一次侧加额定电压，二次侧的空载电压；,额定容量,额定电流,指在额定容量下，允许长期通过的额定电流。,符号：IN1 / IN2 ；单位：A。,三相变压器：额定值为线电流,其数值是根据额定容量和额定电压计算出的值。,额定频率,此外，额定值还有额定频率、效率、温

4、升等。 额定频率：工频50Hz。 温升：电机某部分温度和周围冷却介质的温度之差。,对单相变压器: 对单相变压器:,3.2 变压器的空载运行,3.2.1 空载运行时的物理情况,性质上： 与 成非线性关系； 与 成线性关系； 数量上： 占99%以上， 仅占1%以下； 作用上： 起传递能量的作用， 起漏抗压降作用。,主磁通与漏磁通的区别,感应电动势分析,主磁通感应的电动势主电动势,设,则,有效值,相量,可见，当主磁通按正弦规律变化时，所产生的一次主电动势也 按正弦规律变化，时间相位上滞后主磁通 。主电动势的大小 与电源频率、绕组匝数及主磁通的最大值成正比。,漏磁通感应的电动势漏电动势,漏电动势也可以

5、用漏抗压降来表示，即,根据主电动势的分析方法，同样有,由于漏磁通主要经过非铁磁路径,磁路不饱和,故磁阻很大且为常数,所以漏电抗 很小且为常数,它不随电源电压负载情况而变.,空载运行的电压方程,3.2.2 空载电流和空载损耗,一、空载电流,作用与组成,性质和大小,性质：由于空载电流的无功分量远大于有功分量，所以空载电流主要是感性无功性质也称励磁电流；,空载电流 包含两个分量，一个是励磁分量，作用是建立磁场，产生主磁通无功分量 ；另一个是铁损耗分量，作用是供变压器铁心损耗有功分量 。,波形,由于磁路饱和，空载电流 与由它产生的主磁通 呈非线性关系。,当磁通按正弦规律变化时，空载电流呈尖顶波形。,当

6、空载电流按正弦规律变化时，主磁通呈尖顶波形。,实际空载电流为是正弦波，但为了分析、计算和测量的方便，在相量图和计算式中常用正弦的电流代替实际的空载电流。,二、空载损耗,对于已制成变压器，铁损与磁通密度幅值的平方成正比，与电流频率的1.3次方成正比，即,空载损耗约占额定容量的0.2%1%，而且随变压器容量的增大而下降。为减少空载损耗，改进设计结构的方向是采用优质铁磁材料：优质硅钢片、激光化硅钢片或应用非晶态合金。,变压器空载时，一次侧从电源吸收少量的有功功率 ，用来供给铁损 和绕组铜损 。由于 和 均很小，所以 ，即空载损耗近似等于铁损。,3.2.3 空载时的相量图和等效电路,一、相量图,根据前

7、面所学的方程，可作出变压器空载时的相量图：,（1）以 为参考量,（2） 与 同相， 滞后 ，,（3） 滞后 ， ；,（4）,（5）,一次侧的电动势平衡方程为,由右图空载时等效电路可知,二、等效电路,由于 ，所以有时忽略漏阻抗，空载等效电路只是一个 元件的电路。在 一定的情况下， 大小取决于 的大小。从运行角度讲，希望 越小越好，所以变压器常采用高导磁材料，增大 ，减小 ，提高运行效率和功率因数。,一次侧主电动势与漏阻抗压降总是与外施电压平衡,若忽略漏阻抗压降，则一次主电势的大小由外施电压决定.,主磁通大小由电源电压、电源频率和一次线圈匝数决定，与磁路所用的材质及几何尺寸基本无关。,空载电流大小

8、与主磁通、线圈匝数及磁路的磁阻有关，铁心所用材料的导磁性能越好，空载电流越小。,电抗是交变磁通所感应的电动势与产生该磁通的电流的比值，线性磁路中，电抗为常数，非线性电路中，电抗的大小随磁路的饱和而减小。,综上所述,3.3 变压器的负载运行,变压器一次侧接在额定频率、额定电压的交流电源上，二次接上负载的运行状态，称为负载运行。,负载运行示意图,忽略了漏阻抗压降， 主磁通 不变。从空载到负载，初级绕组电流 增加一个分量 以平衡次级绕组的作用，,原边绕组从电网吸收的功率传递给副边绕组。 副边绕组电流增加或减小的同时，引起原边电流的增加或减小，吸收的功率也增大或减小。,3.3.1 负载运行时的物理情况

9、,3.3.2 负载运行时的基本方程式,一、磁动势平衡方程式,空载时,由一次磁动势 产生主磁通 ,负载时,产生 的磁动势为一、二次的合成磁动势 。由于 的大小取决于 ，只要 保持不变，由空载到负载， 基本不变，因此有磁动势平衡方程：,用电流形式表示,表明:变压器的负载电流分成两个分量,一个是励磁电流 ,用来产生主磁通,另一个是负载分量 ,用来抵消二次磁动势的作用。电磁关系将一、二次联系起来,二次电流增加或减少必然引起一次电流的增加或减少.,二、电动势平衡方程,根据基尔霍夫电压定律可写出一二次侧电动势平衡方程,可得出变压器负载运行的基本方程式,综上所述,3.4 变压器的等效电路及相量图,3.4.1

10、 绕组折算,折 算：将变压器的二次（或一次）绕组用另一个绕组来等效，同时对该绕组的电磁量作相应的变换，以保持两侧的电磁关系不变。,目 的：用一个等效的电路代替实际的变压器。,折算原则：保持二次侧磁动势不变； 保持二次侧各功率或损耗不变。,方 法：（将二次侧折算到一次侧),折算后 变压器的负载运行基本方程式为,T型等效电路,3.4.2 等效电路,根据折算后的方程，可以作出变压器的等效电路。,近似等效电路,简化等效电路：,由简化等效电路可知，短路阻抗起限制短路电流的作用，由于短路阻抗值很小，所以变压器的短路电流值较大，一般可达额定电流的1020倍。,作相量图的步 骤-对应T型等 效电路,假定变压

11、器带感性负载,3.4.3 相量图,作相量图的步骤（假定变压器带感性负载）-对应简化等效电路,由等效电路可知,已知 、 、 、 和 便可画出简化相量图,3.5 变压器参数的测定和标么值,3.5.1 空载实验,一、目的：通过测量空载电流和一、二次电压及空载功率来计算变比、空载电流百分数、铁损和励磁阻抗。,二、接线图,三、要求及分析,1）低压侧加电压，高压侧开路；,V,5）空载电流和空载功率必须是额定电压时的值，并以此求取励磁参数；,6）若要得到高压侧参数，须折算；,7）对三相变压器，各公式中的电压、电流和功率均为相值；,4）求出参数,一、目的：通过测量短路电流、短路电压及短路功率来计算变压器的短路

12、电压百分数、铜损和短路阻抗。,二、接线图,三、要求及分析,1）高压侧加电压，低压侧短路；,3）同时记录实验室的室温；,4）由于外加电压很小，主磁通很少，铁损耗很少，忽略铁损，认为 。,3.5.2 短路实验,5）参数计算:,6）温度折算：电阻应换算到基准工作温度时的数值。,8）对三相变压器，各公式中的电压、电流和功率均为相值；,7）若要得到低压侧参数，须折算；,四、短路电压：,短路时，当短路电流为额定值时一次所加的电压，称为短路电压,短路电压也称为阻抗电压。,短路电压常用百分值表示,短路电压的大小直接反映短路阻抗的大小,而短路阻抗又直接影响变压器的运行性能。,从正常运行角度看,希望它小些,这样可

13、使副边电压随负载波动小些;从限制短路电流角度,希望它大些,相应的短路电流就小些.,3.5.3 标么值,标么值,就是指某一物理量的实际值与选定的同一单位的基准值的比值,即,一、定义,通常以各物理量的额定值作为基准值,二 、基准值的确定,当以额定值为基值时，一、二次电压、电流的标么值为,一、二次绕组阻抗的标么值为,不论变压器的容量大小和电压高低，用标么值表示时，所有电力变压器的性能数据变化范围很小，这就便于对不同容量的变压器进行分析和比较。,用标么值表示时，无论从高压侧或低压看进去的阻抗标么值都是相等的，故不必进行折算，使运算大为简便。,以上各式中，电压、电流及阻抗均为一相的数值。,三、标么值的优

14、点,由上式可见，短路阻抗的标么值 就是短路电压的标么值 ，短路电阻的标么值 就是短路电压有功分量的标么值 ，短路电抗的标么值 就是短路电压无功分量的标么值 。,3.6 变压器的运行特性,3.6.1变压器的电压调整率和外特性,由于变压器内部存在电阻和漏电抗，因此负载运行时，当负载电流流过二次侧时，变压器内部将产生阻抗压降，使二次侧端电压随负载电流的变化而变化，这种变化关系可用变压器的外特性来描述。 变压器的外特性：指一次侧的电源电压和二次侧负载的功率因数均为常数时，二次侧端电压随负载电流变化的规律，即 U2 = f ( I2 ) 。,变压器带负载运行时，二次侧端电压的变化程度通常用电压调整率来表

15、示。,电压调整率：指当一次侧接在额定频率额定电压的电网上，负载功率因数为常值时，空载与负载时二次侧端电压变化的相对值，用U*表示，即,或,若需要精细计算，则电压的调整率为：,一般情况下，在 （感性）时，额定负载的电压调整率约为（4-5.5）%左右。 当 二次侧端电压随负载电流变化的规律U2=f(I2)，称为变压器的外特性，如图所示。变压器在纯电阻和感性负载时，外特性是下降的而容性负载时，外特性可能上翘。,电压调整率与变压器的参数、负载的性质和大小有关，可由简化相量图求出，下图重绘了变压器感性负载时简化相量图。,3.6.2变压器的损耗与效率,变压器在能量传递过程中会产生损耗。变压器的损耗分为铜损

16、耗和铁损耗两大类，每一类损耗中又包括基本损耗和附加损耗两种。,基本铜耗是电流在绕组中产生的直流电阻损耗。 附加损耗包括因集肤效应、导体中电流分布不均匀而使电阻变大所增加的铜耗以及漏磁通在结构部件中引起的涡流损耗等。,基本铁耗是变压器铁心中的磁滞和涡流损耗。磁滞损耗与硅钢片材料的性质、磁通密度的最大值以及频率有关。 附加铁损耗包括铁心叠片间由于绝缘损伤而引起的局部涡流损 耗以及主磁通在结构部件中所引起的涡流损耗等。附加铁损耗难以准确计算，一般取基本损耗的（15-20）%。,变压器效率是指变压器的输出功率P2与输入功率P1之比，用百分数表示，即,由于变压器效率很高，用直接负载法测量输出功率P2和输

17、入功率P1来确定效率，很难得到准确的结果，工程上常用间接法计算效率，即通过空载试验和短路试验，求出变压器的铁心损耗PFe和铜耗Pcu，然后按下式计算效率,式中：P=PFe+Pcu,在用上式计算效率时，采取下列几个假定： 以额定电压下的空载损耗P0作为铁心损耗PFe，并认为铁心损耗不随负载而变化，即PFe=P0=常值。,由于变压器的电压调整率很小，负载时U2的变化可不予考虑（即认为U2UN2）于是输出功率,以额定电流时的短路损耗PkN作为额定电流时的铜耗PcuN，且认为铜耗与负载电流的平方成正比，即,于是上式可写成,由上式算出的效率称为惯例效率。对已制成的变压器，P0和PkN是一定的，所以效率与

18、负载的大小及功率因数有关。,在 =常值下，效率随负载电流变化的曲线 称为效率曲线，如图所示。,将此式代入 式即可求出变压器的最大效率。,从效率曲线上可以看出， 当负载变化到某一数值时将出现最大效率max。与分析直流电机的最大效率一样，当变压器的可变损耗等于不变损耗时，效率达最大值，即,3.7 三相变压器,电力系统普遍采用三相供电制， 电力系统用的最多的是三相变压器。,当三相变压器的原边和副边绕组均以一定的接法现接， 带上三相对称负载， 原边加上对称的三相电压时 ，因为三相对称电压本身大小相等、相位互差1200，因此求得一相的电压、电流， 其它两相按对称关系求出。,特殊问题：,三相绕组的联接，即

19、电路问题； 三相变压器的磁路系统； 不同磁路下的感应电势的波形；,3.7.1 三相变压器的磁路系统,一、三相变压器组,二、心式磁路变压器,特点：三相磁路彼此无关联。,特点：三相磁路彼此有关联。,3.7.2 三相变压器的电路系统联结组,一、绕组的首端和末端的标志规定,二、绕组的联结法,三相变压器中，不论一次绕组或二次绕组，我国主要采用星形和三角形两种联结。,把三相绕组的三个末端U2、V2、W2联接在一起，而把它们的首端U1、V1、W1引出，便是星形联结（Y接法）用字母Y或y表示,把一相绕组的末端和另一相绕组的首端连在一起，顺次联接成一闭合回路，然后从首端U1、V1、W1引出，如图所示，便是三角形

20、联结，用字母D或d表示。,一、二次绕组的同极性端同标志时，一、二次绕组的电动势同相位。,一、二次绕组的同极性端异标志时，一、二次绕组的电动势反相位。,三、 单相变压器一、二侧电压的相位,四、三相变压器的连接,连接组号：反映三相变压器连接方式及一、二次线电动势（或线电压）的相位关系。,三相变压器的连接组号不仅与绕组的绕向和首末端标志有关，而且还与三相绕组的连接方式有关。,理论和实践证明：无论采用怎样的连接方式，一、二次侧线电动势（可电压）的相位差总是300的整数倍。因此可以采用时钟表示法 作为时钟的分针，指向12点， 作为时钟的时针，其指向的数字就是三相变压器的组别号。组别号的数字乘以300，就

21、是二次绕组的线电动势滞后于一次侧电动势的相位角。,连接组别可以用相量图来判断：,1、Y，y连接,将一、二次绕组的同名端标记首端。这时一、二次侧对应的相电动势同相位，同时一、二次侧的电动势 也同相位，如右图b所示。这时如把 指向钟面的12，则 也指向12，是为零点，故其组号为“0”用Y，y0表示。,如将上例中一、二次绕组的非同名端作为首端，如右图所示，这时一、二次侧对应相的相电动势反向，则线电动势 的相位相差180，如图b所示，因而就得到了Y，y6联结组。,2、Y，d连接,第一、二次绕组的同名端标为首端。二次绕按u1v2v1w2w1u2u1的顺序依次联接成三角形联结。这时一、二次侧对应相的相电动

22、势也同相位线电动势 的相位差为330如图b所示。当 指向钟面的12时，则 指向11，故其组号为11，用Y，d11表示。,如下图所示。这时一、二次绕组对应相的相电动势也同相，但线电动势 的相位差为30，如图b所示，故其组号为1，则得到了Y，d1联结组。,不论是Y，y联结组还是Y，d联结组，如果一次绕组的三相标记不变，把二次绕组的三相标记u、v、w顺序改为w、u、v(相序不能变)，则二次侧的各线电动势相量将分别转过120，相当于转过4个钟点；若改标记为v、w、u，则相当于转过8个钟点 对Y,y联结而言，可得0、4、8、6、10、2等六个偶数组号； 对Y,d联结而言，可得11、3、7、5、9、1等六

23、个奇数组号。,变压器联结组的种类很多，为了制造和并联运行时的方便，我国规定Y，yn0；Y，d11；YN，d11；YN，y0和Y，y0等五种作为三相双绕组电力变压器的标准联结组。其中以前三种最为常用。 Y，Yn0联结组的二次侧可引出中性线，成为三相四线制，用作配电变电器时可兼供动力和照明负载。 Y，d11联结组用于二次侧电压超过400V的线路中，这时二次侧接成三角形，对运行有利。 YN，d11联结组主要用于高压输电线路中，使电力系统的高压侧有可能接地。,3.7.3 三相变压器的联结法和磁路系统对电动势波形的影响,单相变压器，当外加电压u1是正弦波时，电动势e1及产生e1的主磁通 也应是正弦波，但

24、由于磁路饱和的关系，空载电流i0将是尖顶波，其中除基波外，还含有较强的3次谐波和其它高次谐波,对三相变压器中，由于一、二次绕组的联接方法不同，空载电流中不一定能含有3次谐波分量，这就将影响到主磁通和相电动势的波形，并且这种影响还与变压器的磁路系统有关。,一、Y，y联结三相变压器的电动势波形,电路理论中已分析过，3次谐波电流因构成零序对称组，而不能存在于无中性线星形联结的对称三相电路中。因而当一次绕组采用星形联结且无中性线引出时，空载电流中不可能含有三次谐波分量，空载电流就呈正弦波形（5次及其以上的高次谐波，由于其值不大，可不计）。由于变压器磁路的饱和特性，正弦波形的空载电流，激励出呈平顶波的主

25、磁通，如下图所示。,平顶波主磁通中除基波磁通 外，还含有3次谐波磁通 。3次谐波磁通多大，影响如何，这取决于磁路系统的结构，现分三相变压器组和三相心式变压器两种情况来讨论。,三相心式变压器 3不能在铁心中流过，只能借助油和油箱壁等形成回路，如右图，磁路磁阻很大， 3很小， 基本为正弦波，感应电动势 e 也基本为正弦波 。但通过油箱壁时将产生涡流损耗，造成局部过热，降低变压器的效率，因此，容量大于1600kVA时，不宜采用心式Y，y连接。,三相组式变压器,3可以在铁心中存在，所以为平顶波，感应电动势e 为尖顶波，其中的三次谐波幅值可达基波幅值的45%60%，如右图，使相电动势的最大值升高很多，可

26、能击穿绕组绝缘，因此，三相组式变压器不采用Y，y连接。,一、D,y或Y，d联结三相变压器的电动势波动,当三相变压器采用D,y接法时，一次侧空载电流以的三次谐波分量可以流通，于是主磁通和由它感应的相电动势e1和e2都是正弦波。 当三相变压器采用Y，d联结时，如下图所示。,Y，d联结三相变压器,一次侧空载电流中不存在3次谐波分量，因此主磁通和一、二次侧相电动势中都会有3次谐波分量。但因二次侧是三角形联结，三次谐波相电动势 也是零序对称组，沿三角形联结回路之和不等于零，于是在二次绕组中产生三次谐波电流 。由于二次绕组的电阻远小于绕组对3次谐波的电抗，所以 接近滞后 90， 建立的磁通 在相位上接近相

27、反，其结果几乎完全抵消了 的作用，如右图所示。因此合成磁通及其感应的电动势都接近正弦波形。,三相变压器的相电动势波形与绕组接法及磁路系统有密切关系。 只要变压器有一侧是三角形联结，就能保证主磁通和电动势为正弦波形，这是因铁心中的磁通取决于一、二次绕组中总磁动势，所以三角形联结的绕组在一次侧或在二次侧，其作用是一样的。因此一般三相变压器常采用Y，d或D，y联结。 在大容量高压变压器中，当需要一、二次侧都是星形联结时，可另加一个接成三角形的小容量的第三绕组，兼供改善电动势波形之用。,综上所述,3.7.4 变压器的并联运行,并联运行是指将几台变压器的一、二次绕组分别接在一、二次侧的公共母线上，共同向

28、负载供电的运行方式。,并联运行的优点： 提高供电的可靠性。并联运行时，如果某台变压器发生故障，可以把它从电网切除检修，而电网仍能继续供电。 可以根据负载的大小调整投入并联运行变压器的台数，以提高运行效率。 可以减少总的备用容量，并可随着用电量的增加分批增加新的变压器。并联的台数过多也是不经济的，因为一台大容量变压器的造价要比总容量相同的几台小变压器的造价低，占地面积也小。,空载时并联的各变压器之间没有环流，以避免环流铜耗。 负载时，各变压器所承担的负载电流应按其容量的大小成正比例分配，防止其中某台过载或欠载，使并联组的容量得到充分利用。 负载后，各变压器所分担的电流应与总的负载电流同相位。 这

29、样在总的负载电流一定时，各变压器所分担的电流最小。 如果各变压器的二次电流一定，则共同承担的负载电流为最大。 要达到上述理想并联运行的要求，需满足下列诸条件： 各台变压器的额定电压应相等，并且各台变压器的电压比 应相等。 各台变压器的联结组别必须相同。 各台变压器的短路阻抗（或短路电压）的标么值应相等。,变压器并联运行的理想情况：,两台变压器的电压比和短路阻抗标么值均相等，但是联结组别不同，并联运行时其后果更为严重。因为联结组别不同，两台变压器二次侧线电压的相位就不同，至少相差30，因此会产生很大的电压差。 由于变压器的短路阻抗很小，这样大的电压差将在两台变压器的二次绕组中产生很大的环流，其数

30、值会超过额定电流的很多倍，可能使变压器的绕组烧毁，所以联结组别不同的变压器是绝对不允许并联运行的。,满足条件的必要性,一、联结组别不同时变压器的并联运行,假设有两台电压比相等，联结组别也相同的变压器并联运行。现在来研究这个并联组在负载时，如何达到负载的合理分配。,二、短路抗阻标么值不等时变压的并联运行,由于两台变压器的一、二次侧分别并联在公共母线上，其电压比、组别又相同，故可得所示的简化等效电路。由图可知 此外两台变压器内部的阻抗压降应相等，即 从上式知，并联运行各台变压器所分担的电流与其短路阻抗成反比，即短路阻抗大的分担的是电流小，短路阻抗小的分担电流大。,并联运行的简化等效电路,把式 表示

31、为相对值可得,上式说明：各变压器负载电流的标么值与其短路阻抗（或短路电压）的标么值成反比分配。合理的分配是，各台变压器应根据其本身的能力（容量）来分担负载，即 。这就要求各台变压器短路阻抗标么值相等，即 。,由于并联运行的变压器容量不一定相等，故负载的分配是否合理，不能直接从电流的安培值来判断，而应从相对值（即负载电流与额定电流之比，也就是标么值）的大小来判断。 由于 即,从上式可知，要使各台变压器所分担的电流均为同相，则各台变压器的短路阻抗的幅角均应相等。根据实际计算得知，即使各变压器的阻抗角相差10 30，影响也不大，故在实际计算中，一般都不考虑阻抗角的差别，故认为总的负载电流是各变压器二

32、次电流的代数和。 实际并联时，希望各变压器的电流标么值相差不超过10%，所以要求各变压器的短路阻抗标么值相差不大于10%。,3.8 其它用途变压器,3.8.1 自耦变压器,一、自耦变压器的联接法和容量关系,普通双绕组变压器的一、二次绕组之间互相绝缘，它们之间只有磁的耦合，没有电的联系。自耦变压器的特点在于一、二次绕组之间不仅有磁的耦合，而且还有电的直接联系。,保持一台双绕组单相变压器两个绕组的额定电压和额定电流不变，把一、二次绕组串联起来作为新的一次绕组，而二次绕组还同时作为二次侧，它的两个端点接到负载阻抗ZL上，便得到一台降压自耦变压器。如下图：,对于降压自耦变压器，由图可见，一、二次电压为

33、,自耦变压器的电压比：,式中， ，是双绕组变压器的电 压比。,一次电流为 对于接点u，利用基尔霍夫定律，可得自耦变压器的二次电流为 在忽略励磁电流的情况下，根据磁动势平衡关系得 即 将上式代入式 便得 上式表明，当忽略励磁电流时， 同相位，并 且 ，就有效值来说 。,于是，从式可求得自耦变压器的额定容量为,上述可见：当把额定容量为SN、电压比为k的普通双绕组变压器改接成自耦变压器后，自耦变压器的额定容量增加到 ，而电压比为（1+k）。这时自耦变压器的额定容量SaN可以分成两部分，第一部为 ，与这一部分容量对应的功率是公共线圈和串联线圈之间通过电磁感应关系传递给负载的，即通常所说的电磁功率。这一

34、部分容量决定了变压器的主要尺寸和材料消耗，是变压器的设计依据，称为自耦变压器的计算容量。第二部分为 ，与此对应的功率是一次电流IN1通过传导关系直接传递给负载的，称为传导功率。传导功率不影响变压器的计算容量。,可得自耦变压器计算容量SN与额定容量SaN的关系为,由上式可见，自耦变压器的计算容量比额定容量小，当ka越接近1时，计算容量越小，自耦变压器的优点就越显著。因此自耦变压器适用于变压比ka不大的场合，一般ka2。,二、自耦变压器的特点,绕组容量小于额定容量， 与额定容量相同的普通变压器比， 消耗的材料少、体积小、造价低， 同时效率高。 短路电流较大。为了提高自耦变压承受突然短路的能力，设计

35、时对自耦变压器的机械结构应适当加强，必要时可适当增大短路阻抗以限制短路电流。 由于自耦变压器一、二次之间有电的直接联系，当高压侧过电压时，会引起低压侧产生严重的过电压。为避免这种危险，一、二次侧都需装设避雷器。,3.8.2 仪用互感器,互感器是一种测量用的设备，有电流互感器和电压互感 器两种，它们的作用原理与变压器相同。 使用互感器目的： 为了工作人员的安全，使测量回路与高压电网隔离 可以使用小量程的电流表测量大电流，用低量程的电 压表测量高电压。 互感器除了用于测量电流和电压外，还用于各种继电保 护装置的测量系统，因此它的应用很广泛。,一、电流互感器,由于电流互感器要求误差较小，所以励磁电流

36、越小越好，因此铁心磁通密度较低，一般在（0.08-0.10）Wb/m2范围。如忽略励磁电流，由磁动势平衡关系可得,电流互感器的一次绕组由1-n匝截面较大的导线构成，并与需要测量电流的电路串联；二次绕组的匝数较多，导线截面较小，并与阻抗很小的仪表（如电流表、瓦特表的电流线圈等）接才闭路。因此电流互感器的运情况相当于变压器的短路运行,互感器内总有一定的励磁电流，因此测量的电流总是有一定的误差，按照误差的大小，电流互感器分为0.2，0.5，1.0，3.0和10.0等五个标准等级。,注意事项：,副边绝对不允许开路。 开路时， 原边电流将成为励磁电流， 造成铁损耗急剧上升， 过热， 烧毁绝缘， 并在副边

37、出现极高的电压。,副边可靠接地,串入阻抗值不能超过规定值 副边阻抗大后， 副边电流减小， 励磁电流增大， 误差增加。,二、电压互感器,U1/U2=N1/N2=ku（ku为电压互感器的电压比）。因此，利用一、二次侧不同的匝数比可将线路上的高电压变为低电压来测量。电压互感器二次侧的额定电压一般都设计为100V，而一次侧绕组可以有许多抽头，根据被测电压的大小，可适当选取电压互感器的电压比ku。,电压互感器的的一次绕组匝数N1很多，直接并联到被测的高压线路上；二次绕组匝数N2较少，接在高阻抗的测量仪表（例如电压表、互特表的电压线圈等）上。由于二次绕组接在高阻抗的仪表上，二次侧电流很小，所以电压互感器的

38、运行情况相当于变压器的空载运行状态。如果忽略漏阻抗压降，则有,为了提高电压互感器的准确度，必须减小励磁电流和一、二次绕组的漏阻抗，所以电压互感器的铁心一般采用性能较好的硅钢片制成，且使铁心不饱和，磁通密度约（0.6-0.8）Wb/m2。 我国目前生产的电力电压互感器，按准确分为0.5，1.0和3.0等三级。,注意事项：,副边绝对不允许短路 正常运行时，接近空载。短路时， 电流将变得很大， 引 起绕组 过热而烧毁。,副边可靠接地,串入阻抗值不能太小 副边阻抗小后，原、 副边电流增大， 原、副边漏阻抗压降增加， 误差增加。,三、电焊变压器,交流电弧焊在生产实际中应用很广泛。从结构上来看，交流弧焊机就是一台特殊的降压变压器，通称为电焊变压器。 电焊变压器的几点要求： 电焊变压器应具有60-75V的空载电压，以保证容易起弧，为了操作者的安全，电压一般不超过85V。 电焊变压器应具有迅速下降的外特性，以适应电弧特性的要求。 为了适应不同的焊件和不同的焊条，还要求能够调节焊接电流的大小。 短路电流不应过大，一般不超过额定电流的两倍，在工作中电流要比较稳定。,满足上述要求，电焊变压器必须具有较大的电抗，而且可以调节。电焊变压器的一、二次绕组一般分装在两个铁心柱上，使绕组的漏抗比较大。 改变漏抗的方法很多，常用的有磁分路法和串联可变电抗法，如下图所示。,