第六章特殊用途的变压器

仪用互感器
一、电压互感器 1. 工作原理 右图是电压互感器的接线图。
原方接被测的高压电路，副方接 电压表或功率表的电压线圈。 由于电压表或功率表的电压线圈
内阻很大，所以电压互感器的运
行情况相当于变压器的空载运行。
若忽略漏阻抗压降
U1 U2
=
W1 W2
=
ku
I1
W1
W2
V
电压互感器
仪用互感器
为了提高电压互感器的精度，必须减小励磁电流和 原、副边的漏阻抗，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）T。 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。 2. 使用电压互感器时应注意 （1）电压互感器副方绝对不允许短路。
I12
U2
U1
E1
X-
+x
自耦变压器
1. 电压关系 自耦变压器的额定电压为U1N、U2N，额定电流为I1N、 I2N，则额定容量为
S N U 1 N I1 N U 2 N I2 N 如忽略漏阻抗压降，变比与普通变压器一样，即
kW1 E1 U1N W2 E2 U2N
2. 电流关系 在上接线图中，公共部分电流的相量为 I12 , 它与原、 副边电流相量的关系，根据KCL可得
耦合，而且还有电的直接联系。
自耦变压器只有一个绕组。
一、自耦变压器的工作原理 手
自耦变压器可以设想为从双 柄 绕组变压器演变而来的。
设有一双绕变压器，其高压绕
接 线 柱
组的额定电压为U1N，额定电 流为I1N，匝数为W1；
自耦变压器
调压器（自耦变压器）
自耦变压器
低压绕组的额定电压为U2N，额 定电流为I2N，匝数为W2；
I1 I2
=
W2 W1
=
பைடு நூலகம்
ki
式中 ki——电流互感器的额定电流比。
仪用互感器
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。 2. 使用电流互感器应注意 (1)电流互感器副方绝对不允许开路。 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，并在副边出现极高的电压。
第 六 章 其他用途的变压器
6-1 自耦变压器 6-2* 调压器 6-3 仪用互感器
本章基本要求：
1. 掌握自耦变压器的电路特点和结构特点。 2. 了解互感器的工作原理和使用时应注意的事项。
6-1 自耦变压器
普通双绕组变压器的原、副绕组之间互相绝缘，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原、副绕组之间不仅有磁的
自耦变压器绕组的公共部分的电流比额定负载电流
要小。
当不计励磁电流时，原边电流和副边电流相差180º。
因此，从有效值来看 二、容量关系
I12 I2NI1N
变压器的额定容量
S N U 1 N I 1 N U 2 N I 2 N U 2 N ( I 1 I 1 N 2 ) U 2 N I 1 U 2 N I 1 N S S '
二、电流互感器
1. 工作原理 如图所示是电流互感器的接线图。
原线圈由1匝或几匝截面积较大 的导线构成，并串入所要测量电 流的电路中；
I1
W1
I1
W2
A
Iz
仪用互感器
副方用匝数较多、截面较小的导线构成，并与阻抗 很小的仪表（电流表、功率表的电流线圈）接成闭 和回路。 电流互感器相当于变压器短路运行的情况。 由于电流互感器要求误差较小，所以励磁电流越小越 好，因此铁心磁通密度较低，一般在（0.08-0.10）T。 如忽略励磁电流，由磁势平衡关系
自耦变压器的额定容量有两部分组成。
1. 计算容量：上式中第一部分为 SU2NI12 计算容量对应的功率是通过绕组公共部分的电磁感
应关系传递给副边电流的电磁容量，即电磁功率。
自耦变压器
电磁功率决定了变压器的主要尺寸和材料消耗，是 变压器设计的基础，称为自耦变压器的计算容量。 自耦变压器的计算容量小于额定容量。
6-3 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。 使用互感器的目的: 为了工作人员的安全，使测量回路与高压电网隔离； 扩大常规仪表的量程，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。 用于各种继电保护装置的自动检测系统。 互感器有各种规格，但测量系统使用的电压互感器副 方额定电压都设计成100V，电流互感器副边额定电 流都设计成5A或1A，作为控制系统使用的互感器没 有统一的规格。
自耦变压器
三、自耦变压器的特点 1. 由于自耦变压器的计算容量小于额定容量，所以 在同样的额定容量下，自耦变压器的主要尺寸缩小， 有效材料（硅钢片和铜线）和结构材料（钢材）都 相应的减少，故自耦变压器的效率较高。
2. 自耦变压器的短路阻抗标么值比两线圈变压器的 小。 3. 由于自耦变压器原、副方有电的直接关系，当高 压方过电压时会引起低压方严重的过电压。为避免 这种危险，原、副方都需要安装避雷针。
S U 2 N I1 2U 2 N I2 N (1 1 k) S N (1 1 k) S N
2. 传导容量：额定容量中的第二部分为 S' U2NI1N
与此相对应的功率是原方电流I1通过传导关系直接 传递给负载的，称为传导容量。 由于传导容量不增加变压器的计算容量，且是两线 圈变压器所没有的，所以它比两线圈变压器有一系 列优点。
I 12I 1NI 2N
自耦变压器
由磁势平衡方程式，两部分绕组所产生的磁势与励 磁磁势互相平衡
I& 1NW AaI& 12W 2I& 0W 1
I& 1N(W 1W 2)(I& 1NI& 2N)W 2 I & 1 N W 1 I & 1 N W 2 I & 1 N W 2 I & 2 N W 2 I & 0 W 1
所以
I& 1NW 1I& 2NW 2I& 0W 1
自耦变压器的磁势平衡关系，与普通双绕组变压器相
同。
在忽略励磁电流的条件下 I& 1N W W12 I& 2N 1kI& 2N
I & 1 2 I & 1 N I & 2 N 1 kI & 2 N I& 2 N I& 2 （ N1 k 1 ）
自耦变压器
(2)电流互感器的副线圈和铁心，必须可靠接地。 (3)为了减少测量误差，电流互感器使用时副方所串接 的仪表应尽量少。否则随着仪表数量的增加，电流互 感器的副方端电压降将增大，不再近似是短路状态， 励磁电流增大，影响测量精度。
本章结束
电压互感器正常运行时，接近空载。副边短路时， 电流将变得很大， 引起绕组过热而烧毁。
仪用互感器
（2）为安全起见，电压互感器的副线圈连同铁心一
起，必须可靠接地。
（3）电压互感器有一定的额定容量，使用时副边不
宜接过多的仪表。
并联过多的仪表后，副边阻抗减小，原、 副边电流
增大， 原、副边漏阻抗压降增加， 误差增加。
相等。
自耦变压器
可将a'与a，x'与x 直接相联，不改变变压器内部的 电磁关系。 把副绕组与原绕组a'x 部分直接并联，进一步可将副 绕组与原绕组相并联部分合并。从而省去副绕组，这 样就形成了一台自耦变压器。
A+ I1
I2
_a
U1 W1 E1 X－
I2 I12
－a
E2
W2 U2 ＋
x
A + I1
E2
A
. I1N .
I2N
原、副绕组因绕在同一铁芯柱
U1N
a' W1
上，而被同一主磁通所交链。
a W2 U2N
X
x
所以原绕组每匝感应电势
x'
E&1wW E&11 j4.44f&m
副绕组每匝感应电势
显然 E&1w E&2w
E&2wW E&22 j4.44f &m
在图中若原绕组a'x 部分的匝数与副绕组ax的匝数