1.4 其他常用變壓器

1.4.1 自耦變壓器

1.自耦變壓器的結構特點

普通的雙繞組變壓器一、二次繞組是相互絕緣的，它們之間只有磁的耦合，沒有電的直接聯系。如果將雙繞組變壓器的一、二次繞組串聯起來作為新的一次側，而二次繞組仍作二次側與負載相連接，便得到一臺降壓自耦變壓器，如圖1-20所示。顯然，自耦變壓器一、二次繞組之間不但有磁的聯系，而且還有電的聯系。

2.自耦變壓器的工作原理

自耦變壓器的工作原理與雙繞組變壓器相似，也具有變壓、變流和變阻抗的作用。

1）變壓作用

2）變流作用

3）變阻抗作用

自耦變壓器能節省大量材料、降低成本、減小變壓器的體積和重量且有利于大型變壓器的運輸和安裝。目前，在高電壓、大容量的輸電系統中，自耦變壓器主要用來連接兩個電壓等級相近的電力網，作為聯絡變壓器使用。在實驗室中還常采用二次側有滑動接觸的自耦變壓器作為調壓器，此外，自耦變壓器還可用作異步電動機的起動補償器。

1.4.2 儀用互感器

由于電力系統的電壓范圍高達幾百千伏，電流可能為數十千安，這就需要將這些高電壓、大電流用變壓器變為較為安全的等級形式，提供給測量儀器。測量高電壓的專用變壓器叫電壓互感器（PT），測量大電流的專用變壓器叫電流互感器（CT）。

1.電壓互感器

電壓互感器是一次側接高壓，二次側接阻抗很大的測量儀器，所以將電壓互感器設計為正常運行時相當于普通變壓器的空載運行。電壓互感器一次側匝數N₁大，二次側匝數N₂小，因此電壓互感器實際上就是一臺降壓變壓器。一次側電壓是二次側的K倍，K=N₁/N₂為電壓互感器的電壓變比。從而將一次側高壓變為二次側低壓，為測量儀器提供被測信號或控制信號，如圖1-21所示。

電壓互感器的設計特點是：應具有較大的勵磁阻抗，較小的繞組電阻和漏電抗，鐵心磁密度較低且不飽和，從而提高測量精度。同時，負載阻抗必須保持在某一最小值之上，以避免在所測量的電壓大小和相位中引入過大的誤差。

使用電壓互感器必須注意以下幾點：

① 電壓互感器的二次側絕不允許短路，否則將產生很大的電流，使繞組過熱而燒壞。

② 電壓互感器的鐵心和二次繞組應可靠接地，以防止因絕緣損壞時二次側出現高壓，危及操作人員的人身安全。

③ 電壓互感器的額定容量與相應的精度等級對應的，在使用時二次側所接的阻抗值不能小于規定值，即不能多帶電壓表或電壓線圈，否則電流過大，降低電壓互感器的精度等級。

2.電流互感器

電流互感器的一次側繞組是直接串入被測電路，因此，被測電流I₁直接流過一次側繞組，一次側繞組N₁僅有一匝或幾匝，二次側繞組匝數N₂較多，因此電流互感器實際上就是一臺升壓變壓器。電流互感器的二次側與阻抗很小的儀表（如電流表、功率表）接成閉合回路，有電流I₂流通，如圖1-22所示。

由于電流互感器二次側阻抗很小，所以電流互感器正常運行時，其電磁原理相當于二次側短路的變壓器。

為了提高電流互感器的測量精度，使二次側電流準確反映一次側電流。需要盡可能減小勵磁電流，這樣在電流互感器中應盡量減少磁路中的氣隙，選擇導磁性能好的鐵心材料，使電流互感器鐵心的磁密值較低且不飽和。這時可以對勵磁電流I₀忽略不計，即

式中，K_i=I₁/I₂=N₁/N₂稱為電流互感器的電流變比。

通常電流互感器二次側電流額定值為1A或5A，而一次側電流的測量范圍較寬。不同的測量情況可以選取不同的電流互感器。由于式（1-18）忽略了勵磁電流，因而實際應用中的電流互感器總是存在著誤差，即電流誤差和相位誤差。其電流誤差用相對誤差表示為

根據相對誤差的大小，國家標準規定電流互感器分下列五個等級，即0.2、0.5、1.0、3.0、10.0。如0.2級的電流互感器是指在額定電流時其電流誤差最大不超過±20%，對各級的允許誤差（電流誤差和相位誤差）參見有關國家標準。

使用電流互感器應注意如下事項：

① 二次側絕對不允許開路。因為二次側開路時，一次側的大電流I₁（由主電路決定，與互感器狀態無關）全部成為互感器的勵磁電流，使鐵心磁密度急劇增高、鐵耗劇增，鐵心過熱燒毀繞組絕緣，導致高壓側對地短路。更嚴重的是，使二次側感應出的高電壓危及設備和人身安全。

② 二次繞組一端必須可靠接地，以防絕緣損壞后二次繞組帶高壓引起傷害事故。

③ 二次側串入的電流表等測量儀表的總數不可超過規定值，否則阻抗過大，I₂變小，I₀增大，誤差增加。

④ 在更換測量儀器時，首先應閉合圖1-22中的短路開關QS，然后再更換測量儀器。

1.4.3 電焊變壓器

電焊變壓器由于結構簡單、成本低廉、制造容易和維護方便而被廣泛采用。電焊變壓器是交流弧焊機的主要組成部分，它實際就是一臺特殊的降壓變壓器。在焊接中為了保證焊接質量和電弧的穩定燃燒，要求電焊變壓器具有以下特點：

① 具有60V～70V的空載電壓，以保證容易起弧；

② 具有迅速下降的外特性，以適應電弧的特性要求；

③ 工作時常處于短路狀態，短路電流一般不超過額定電流的2倍；

④ 焊接電流的大小能夠調節，以適應不同的焊條和焊件。

因此，電焊變壓器必須具有較大的可以調節的漏電抗，電焊變壓器的一、二次繞組一般被分裝在兩個鐵心柱上，使繞組的漏電抗比較大。改變漏抗的方法很多，如串可變電抗器法和磁分路法等。

1.串可變電抗器的電焊變壓器

串可變電抗器的電焊變壓器由普通變壓器和可變電抗器串聯組成。通過螺桿調節可變電抗器的氣隙大小，可以改變電抗的大小，從而得到不同的外特性和不同的焊接電流。當可變電抗器的氣隙增大時，電抗器的電抗減少，焊接電流增大；反之，當氣隙減小時，電抗器的電抗增大，焊接電流減少。另外，通過一次繞組的抽頭可以調節起弧電壓的大小。

2.磁分路的電焊變壓器

磁分路的電焊變壓器，它在一次繞組和二次繞組的兩個鐵心柱之間，安裝了一個可移動的鐵心。提供了磁分路，當移出鐵心時，一、二次繞組的漏電抗減小，電焊變壓器的工作電流增大；當移進鐵心時，一、二次繞組的漏電抗增大，焊接時二次側電壓迅速下降，電焊變壓器的工作電流變小。通過調節螺桿可將磁分路動鐵心移進或移出到適當位置，使得漏磁通增大或減小，同時漏電抗也增大或減小，由此即可改變焊接電流的大小。另外，在二次繞組中還常備有分接抽頭，以便空載時調節起弧電壓的大小。