1.4 其他常用变压器

1.4.1 自耦变压器

1.自耦变压器的结构特点

普通的双绕组变压器一、二次绕组是相互绝缘的，它们之间只有磁的耦合，没有电的直接联系。如果将双绕组变压器的一、二次绕组串联起来作为新的一次侧，而二次绕组仍作二次侧与负载相连接，便得到一台降压自耦变压器，如图1-20所示。显然，自耦变压器一、二次绕组之间不但有磁的联系，而且还有电的联系。

2.自耦变压器的工作原理

自耦变压器的工作原理与双绕组变压器相似，也具有变压、变流和变阻抗的作用。

1）变压作用

2）变流作用

3）变阻抗作用

自耦变压器能节省大量材料、降低成本、减小变压器的体积和重量且有利于大型变压器的运输和安装。目前，在高电压、大容量的输电系统中，自耦变压器主要用来连接两个电压等级相近的电力网，作为联络变压器使用。在实验室中还常采用二次侧有滑动接触的自耦变压器作为调压器，此外，自耦变压器还可用作异步电动机的起动补偿器。

1.4.2 仪用互感器

由于电力系统的电压范围高达几百千伏，电流可能为数十千安，这就需要将这些高电压、大电流用变压器变为较为安全的等级形式，提供给测量仪器。测量高电压的专用变压器叫电压互感器（PT），测量大电流的专用变压器叫电流互感器（CT）。

1.电压互感器

电压互感器是一次侧接高压，二次侧接阻抗很大的测量仪器，所以将电压互感器设计为正常运行时相当于普通变压器的空载运行。电压互感器一次侧匝数N₁大，二次侧匝数N₂小，因此电压互感器实际上就是一台降压变压器。一次侧电压是二次侧的K倍，K=N₁/N₂为电压互感器的电压变比。从而将一次侧高压变为二次侧低压，为测量仪器提供被测信号或控制信号，如图1-21所示。

电压互感器的设计特点是：应具有较大的励磁阻抗，较小的绕组电阻和漏电抗，铁心磁密度较低且不饱和，从而提高测量精度。同时，负载阻抗必须保持在某一最小值之上，以避免在所测量的电压大小和相位中引入过大的误差。

使用电压互感器必须注意以下几点：

① 电压互感器的二次侧绝不允许短路，否则将产生很大的电流，使绕组过热而烧坏。

② 电压互感器的铁心和二次绕组应可靠接地，以防止因绝缘损坏时二次侧出现高压，危及操作人员的人身安全。

③ 电压互感器的额定容量与相应的精度等级对应的，在使用时二次侧所接的阻抗值不能小于规定值，即不能多带电压表或电压线圈，否则电流过大，降低电压互感器的精度等级。

2.电流互感器

电流互感器的一次侧绕组是直接串入被测电路，因此，被测电流I₁直接流过一次侧绕组，一次侧绕组N₁仅有一匝或几匝，二次侧绕组匝数N₂较多，因此电流互感器实际上就是一台升压变压器。电流互感器的二次侧与阻抗很小的仪表（如电流表、功率表）接成闭合回路，有电流I₂流通，如图1-22所示。

由于电流互感器二次侧阻抗很小，所以电流互感器正常运行时，其电磁原理相当于二次侧短路的变压器。

为了提高电流互感器的测量精度，使二次侧电流准确反映一次侧电流。需要尽可能减小励磁电流，这样在电流互感器中应尽量减少磁路中的气隙，选择导磁性能好的铁心材料，使电流互感器铁心的磁密值较低且不饱和。这时可以对励磁电流I₀忽略不计，即

式中，K_i=I₁/I₂=N₁/N₂称为电流互感器的电流变比。

通常电流互感器二次侧电流额定值为1A或5A，而一次侧电流的测量范围较宽。不同的测量情况可以选取不同的电流互感器。由于式（1-18）忽略了励磁电流，因而实际应用中的电流互感器总是存在着误差，即电流误差和相位误差。其电流误差用相对误差表示为

根据相对误差的大小，国家标准规定电流互感器分下列五个等级，即0.2、0.5、1.0、3.0、10.0。如0.2级的电流互感器是指在额定电流时其电流误差最大不超过±20%，对各级的允许误差（电流误差和相位误差）参见有关国家标准。

使用电流互感器应注意如下事项：

① 二次侧绝对不允许开路。因为二次侧开路时，一次侧的大电流I₁（由主电路决定，与互感器状态无关）全部成为互感器的励磁电流，使铁心磁密度急剧增高、铁耗剧增，铁心过热烧毁绕组绝缘，导致高压侧对地短路。更严重的是，使二次侧感应出的高电压危及设备和人身安全。

② 二次绕组一端必须可靠接地，以防绝缘损坏后二次绕组带高压引起伤害事故。

③ 二次侧串入的电流表等测量仪表的总数不可超过规定值，否则阻抗过大，I₂变小，I₀增大，误差增加。

④ 在更换测量仪器时，首先应闭合图1-22中的短路开关QS，然后再更换测量仪器。

1.4.3 电焊变压器

电焊变压器由于结构简单、成本低廉、制造容易和维护方便而被广泛采用。电焊变压器是交流弧焊机的主要组成部分，它实际就是一台特殊的降压变压器。在焊接中为了保证焊接质量和电弧的稳定燃烧，要求电焊变压器具有以下特点：

① 具有60V～70V的空载电压，以保证容易起弧；

② 具有迅速下降的外特性，以适应电弧的特性要求；

③ 工作时常处于短路状态，短路电流一般不超过额定电流的2倍；

④ 焊接电流的大小能够调节，以适应不同的焊条和焊件。

因此，电焊变压器必须具有较大的可以调节的漏电抗，电焊变压器的一、二次绕组一般被分装在两个铁心柱上，使绕组的漏电抗比较大。改变漏抗的方法很多，如串可变电抗器法和磁分路法等。

1.串可变电抗器的电焊变压器

串可变电抗器的电焊变压器由普通变压器和可变电抗器串联组成。通过螺杆调节可变电抗器的气隙大小，可以改变电抗的大小，从而得到不同的外特性和不同的焊接电流。当可变电抗器的气隙增大时，电抗器的电抗减少，焊接电流增大；反之，当气隙减小时，电抗器的电抗增大，焊接电流减少。另外，通过一次绕组的抽头可以调节起弧电压的大小。

2.磁分路的电焊变压器

磁分路的电焊变压器，它在一次绕组和二次绕组的两个铁心柱之间，安装了一个可移动的铁心。提供了磁分路，当移出铁心时，一、二次绕组的漏电抗减小，电焊变压器的工作电流增大；当移进铁心时，一、二次绕组的漏电抗增大，焊接时二次侧电压迅速下降，电焊变压器的工作电流变小。通过调节螺杆可将磁分路动铁心移进或移出到适当位置，使得漏磁通增大或减小，同时漏电抗也增大或减小，由此即可改变焊接电流的大小。另外，在二次绕组中还常备有分接抽头，以便空载时调节起弧电压的大小。