第七節(jié) 特殊變壓器

一、自耦變壓器

普通雙繞組變壓器一、二次繞組之間僅有磁的耦合，并無電的直接聯(lián)系。自耦變壓器只有一個(gè)繞組，如圖3-20所示，即一、二次繞組共用一部分繞組，所以自耦變壓器一、二次繞組之間除有磁的耦合外，又有電的直接聯(lián)系。自耦變壓器實(shí)質(zhì)上就是利用一個(gè)繞組抽頭的辦法來實(shí)現(xiàn)改變電壓的一種變壓器。

以圖3-20所示降壓自耦變壓器為例，將匝數(shù)為N₁的一次繞組與電源相接，其電壓為U₁；匝數(shù)為N₂的二次繞組（一次繞組的一部分）接通負(fù)載，其電壓為U₂。自耦變壓器的繞組也是套在閉合鐵心的鐵心柱上的。工作原理與普通變壓器一樣，一次側(cè)和二次側(cè)的電壓、電流與匝數(shù)的關(guān)系仍為

適當(dāng)選用匝數(shù)N₂，二次側(cè)就可得到所需的電壓。

三相自耦變壓器通常是接成星形的（見圖3-21）。

自耦變壓器的中間出線端，如果做成能沿著整個(gè)線圈滑動(dòng)的活動(dòng)觸頭，如圖3-22a所示，這種自耦變壓器稱為自耦調(diào)壓器，其二次電壓U₂可在0到稍大于U₁的范圍內(nèi)變動(dòng)。圖3-22b所示為單相自耦調(diào)壓器的外形。

小型自耦變壓器常用來起動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)；在實(shí)驗(yàn)室和小型儀器上常用作調(diào)壓設(shè)備；也可用在照明裝置上來調(diào)節(jié)光度。電力系統(tǒng)中也應(yīng)用大型自耦變壓器作為電力變壓器。

因?yàn)樽择钭儔浩鞯囊弧⒍卫@組有直接的電的聯(lián)系，一旦公共部分?jǐn)嚅_，高壓將引入低壓邊，造成危險(xiǎn)。所以自耦變壓器的變比不宜過大，通常選擇變比k<3。而且，不能用自耦變壓器作為36V以下安全電壓的供電電源。

【專業(yè)指導(dǎo)】 在學(xué)校可發(fā)現(xiàn)一些單相交流電機(jī)在需要調(diào)速時(shí)，采用單相自耦調(diào)壓器。

二、多繞組變壓器

圖3-23所示是多繞組變壓器的電路圖。這種變壓器有幾個(gè)二次繞組，可分別提供幾種不同的電壓。因此，它代替了幾個(gè)變壓器。

多繞組變壓器可提高效率、節(jié)省材料；而且體積小，便于裝置；因而應(yīng)用很廣。例如，工業(yè)電子技術(shù)中常用多繞組變壓器來供給電子線路所需要的多種不同的電壓。

電子技術(shù)中，為了減少干擾，常在小型多繞組變壓器的一、二次繞組之間裝有屏蔽層。圖3-23中的虛線（接機(jī)殼）是表示屏蔽層的符號(hào)。

【專業(yè)指導(dǎo)】 在電動(dòng)汽車變頻器內(nèi)部的電機(jī)控制板下有驅(qū)動(dòng)IGBT的多抽頭變壓器來形成驅(qū)動(dòng)IGBT導(dǎo)通的+15V和驅(qū)動(dòng)IGBT截止的-15~-10V電源。

三、電焊變壓器

交流弧焊機(jī)應(yīng)用很廣。電焊變壓器是交流弧焊機(jī)的主要組成部分，它是一種雙繞組變壓器，在二次繞組電路中串聯(lián)一個(gè)可變電抗器。圖3-24所示為它的原理圖。

對(duì)電焊變壓器的要求：空載時(shí)應(yīng)有足夠的引弧電壓（60~75V），以保證電極間產(chǎn)生電弧。帶載時(shí)，二次電壓應(yīng)迅速下降，當(dāng)焊條與焊件間產(chǎn)生電弧并穩(wěn)定燃燒時(shí)，約有30V的電弧壓降。短路時(shí)（焊條與工件相碰瞬間），短路電流不能過大，以免損壞焊機(jī)。另外，為了適應(yīng)不同的焊件和不同規(guī)格的焊條，焊接電流的大小要能夠調(diào)節(jié)。

二次繞組電路中串聯(lián)有鐵心電抗器，調(diào)節(jié)其電抗，就可調(diào)節(jié)焊接電流的大小。改變電抗器空氣隙的長(zhǎng)度就可改變它的電抗，空氣隙增大，電抗器的感抗隨之減小，電流就隨之增大。

為了調(diào)節(jié)引弧電壓，一次繞組配備分接出頭，并用一分接開關(guān)來調(diào)節(jié)二次側(cè)的空載電壓。一、二次繞組分裝在兩個(gè)鐵心柱上，使繞組有較大的漏磁通，漏磁通只與各繞組自身交鏈，它在繞組中產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)起著減弱電流的作用，因此可用一個(gè)電抗來反映這種作用，稱為漏電流，它與繞組本身的電阻合稱為漏阻抗。漏磁通越大，該繞組本身的漏電抗就越大，漏阻抗也就越大。我們知道，對(duì)負(fù)載來說，二次繞組相當(dāng)于電源，那么二次繞組本身的漏阻抗就相當(dāng)于電源的內(nèi)部阻抗，漏阻抗大就是電源的內(nèi)阻抗大，會(huì)使變壓器的外特性曲線變陡，即二次側(cè)的端電壓U₂將隨電流I₂的增大而迅速下降。這樣，就滿足了有載時(shí)二次電壓迅速下降以及短路瞬間短路電流不致過大的要求。

【專業(yè)指導(dǎo)】 當(dāng)然這種老式交流電焊機(jī)越來越少了，主要原因是體積大、不方便。現(xiàn)在修理廠多采用體積小的直流電焊機(jī)。

四、儀用互感器

專供測(cè)量?jī)x表、控制和保護(hù)設(shè)備用的變壓器，稱為儀用互感器。儀用互感器有兩種：電壓互感器和電流互感器。利用互感器將待測(cè)的電壓或電流按一定比率減小以便于測(cè)量，且將高壓電路與測(cè)量?jī)x表電路隔離，以保證安全。互感器實(shí)質(zhì)上就是損耗低、變比精確的小型變壓器。

圖3-25所示為接有電壓互感器和電流互感器的電路。由圖看到，10kV的高壓電路與測(cè)量?jī)x表電路只有磁的耦合而無電的直接連通。為防止互感器一、二次繞組之間絕緣損壞時(shí)造成的危險(xiǎn)，鐵心以及二次繞組的一端應(yīng)當(dāng)接地。

電壓互感器的主要原理是

為降低電壓，N₁>N₂，一般規(guī)定二次側(cè)額定電壓為100V。

電流互感器的主要原理是

為減小電流，N₁<N₂，一般規(guī)定二次側(cè)額定電流為5A。

使用互感器時(shí)，必須注意：由于電壓互感器的二次電流很大，故決不允許短路；電流互感器的一次繞組匝數(shù)很少、而二次繞組匝數(shù)較多，這將在二次繞組中產(chǎn)生很高的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，因此電流互感器的二次側(cè)決不允許開路。

便攜式鉗形電流表就是利用電流互感器原理制成的，圖3-26所示為它的外形；其二次繞組兩端接有電流表，鐵心由兩塊U形元件組成，用手柄能將鐵心張開與閉合。

測(cè)量電流時(shí)，不需要斷開待測(cè)電路，只需張開鐵心將待測(cè)的載流導(dǎo)線鉗入，這根導(dǎo)線就成為互感器的一次繞組；于是可從電流表直接讀出待測(cè)電流值。

【專業(yè)指導(dǎo)】 交流電流鉗和直流電流鉗

交流電流鉗用于測(cè)量交流電電流，價(jià)格較便宜，原理較簡(jiǎn)單。

直流電流鉗在汽車上用于測(cè)量直流電電流，直流電流鉗也是采用類似的外形結(jié)構(gòu)，但原理是霍爾電流傳感器原理，原因是直流導(dǎo)線電流一定時(shí)，外界的磁場(chǎng)將不變其不能互感應(yīng)出電流。