任務3 認識特殊變壓器
★任務描述
分析介紹特殊變壓器的應用
● 了解自耦變壓器的結構和工作原理；
● 了解電力變壓器、電焊變壓器、儀用互感器的應用。
★學習目標
【素質目標】通過調研培養學生收集和整理資料的能力。
【知識目標】了解特殊變壓器的結構、工作原理及應用。
【能力目標】能夠團結一致地完成特殊變壓器實際應用的調研報告。
知識準備
特殊變壓器除了進行交流電壓的變換，還有其他各種用途，如作為整流設備的電源、電焊設備的電源、電爐電源、電壓互感器、電流互感器等。這些具有特殊用途的變壓器統稱為特殊變壓器。
一、儀用互感器
互感器的使用
兩種儀用互感器實物圖如圖1-10所示。
圖1-10 兩種儀用互感器實物圖
使用儀用互感器的目的：
（1）與小量程的標準化電壓表和電流表配合測量高電壓、大電流；
（2）使測量回路與被測量回路隔離，以保障人員和設備的安全。
儀用互感器包括電壓互感器和電流互感器。
1.電壓互感器
電壓互感器和變壓器類似，用來變換線路上電壓的儀器，其工作原理圖如圖1-11所示。但是變壓器變換電壓的目的是輸送電能，因此容量很大，一般以千伏安或兆伏安為計量單位；而電壓互感器變換電壓的目的主要是給測量儀表和繼電保護裝置供電，用來測量線路的電壓、功率和電能，或者在線路發生故障時保護線路中的貴重設備、電機和變壓器，因此電壓互感器的容量很小，一般只有幾伏安、幾十伏安，最大也不超過一千伏安。
電壓互感器的基本結構和變壓器很相似，它也有兩個繞組，一次繞組和二次繞組。兩個繞組都裝在或繞在鐵心上。兩個繞組之間以及繞組與鐵心之間都有絕緣，使兩個繞組之間以及繞組與鐵心之間都有電氣隔離。電壓互感器在運行時，匝數為N1的一次繞組并聯接在線路上，匝數為N2的二次繞組并聯接儀表或繼電器。因此在測量高壓線路上的電壓時，盡管一次電壓很高，但二次電壓卻是低的，可以確保操作人員和儀表的安全。
電壓互感器的工作原理與變壓器相同，基本結構也是由鐵心和繞組組成的。其特點是容量很小且比較恒定，在正常運行時接近于空載狀態。
電壓互感器本身的阻抗很小，一旦二次繞組發生短路，電流將急劇增長而燒毀線圈。為此，電壓互感器的一次繞組接有熔斷器，二次繞組可靠接地，以免一次繞組、二次繞組絕緣損毀時，二次繞組出現對地高電位而造成人身事故和設備事故。
電壓互感器工作時的注意事項如下：
（1）二次繞組不允許短路；
（2）電壓互感器的鐵心和二次繞組的一端必須可靠接地；
（3）在使用時，在二次繞組并接的電壓線圈或電壓表不宜過多。
通常電壓互感器低壓側的額定值一般設計為100V。
2.電流互感器
電流互感器的工作是依據電磁感應原理進行的，其工作原理圖如圖1-12所示。電流互感器是由閉合的鐵心和繞組組成的。它的一次繞組匝數N1很少，串接在被測量電流的線路中，因此它經常有線路的全部電流流過；二次繞組匝數N2比較多，串接在測量儀表和保護回路中。電流互感器在工作時，它的二次回路始終是閉合的，因此測量儀表和保護回路串聯線圈的阻抗很小，電流互感器的工作狀態接近短路。
圖1-11 電壓互感器工作原理圖
圖1-12 電流互感器工作原理圖
電流互感器工作時的注意事項如下：
（1）二次繞組不允許斷路；
（2）電流互感器的二次繞組必須可靠接地，以防止由于絕緣損壞而將一次繞組上的高壓傳到二次繞組；
（3）二次繞組所接儀表的阻抗不得大于規定值，否則會降低電流互感器的精度。
通常電流互感器二次繞組的額定值一般設計為5A。
二、自耦變壓器
1.工作原理
圖1-13所示是一種自耦變壓器（或稱調壓器）工作原理圖。自耦變壓器的結構特點是把一次繞組、二次繞組合二為一，二次繞組成為一次繞組的一部分。自耦變壓器的一次繞組、二次繞組除了有磁的耦合，還有電的直接聯系。
圖1-13 自耦變壓器工作原理圖
自耦變壓器有單相的，也有三相的，其工作原理與普通變壓器相同，其一次繞組、二次繞組的電壓之比和電流之比如下：
自耦變壓器具有結構簡單、節省用銅量、效率較高等優點，尤其在一次繞組、二次繞組電壓之比接近于1（不大于2）時，其優點較為顯著。但應注意，由于自耦變壓器的一次繞組、二次繞組直接接在一起，當發生接地或二次繞組出現斷線等故障時，高壓將直接加到低壓側造成事故。例如，當接地端誤接到火線上時，即使二次電壓很低，但人觸碰二次繞組的任一端均有觸電的危險，因此在使用時應十分小心，并禁止將自耦變壓器作為安全照明變壓器使用。另外還應注意，一次繞組、二次繞組不可接錯，否則易造成電源短路或變壓器被燒壞。
2.應用舉例
在實驗室中常用的單相調壓器就是一種低壓、小容量的自耦變壓器，其外形如圖1-14所示。這種調壓器的額定輸入電壓可為220V或110V。二次繞組的一端做成可調節滑動的觸頭，改變二次繞組的匝數，可平滑地調節其輸出電壓。輸出電壓可低于一次繞組電壓，也可稍高于一次繞組電壓，在0～250V范圍內可調。
注意：公共端務必接電源的中性線，輸入端接相線，不能接反；在調壓時，手柄應從“0”位開始。
圖1-14 單相調壓器外形
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