机电设备电气控制技术——基础知识(高教版)课件：2.3 特种变压器的应用

相关知识
一、自耦变压器
1．自耦变压器的工作原理 前面介绍的普通双绕组变压器其一、二次绕组之间互相绝缘，各绕组之间只 有磁的耦合而没有电的直接联系。
自耦变压器是将一、二次绕组合成一个绕组，其中一次绕组的一部分兼做二次 绕组，它的一、二次绕组之间不仅有磁耦合，而且还有电的直接联系。如图243所示。其中N1为自耦变压器一次绕组的匝数，N2为自耦变压器二次绕组的匝 数。
图2-51 磁分路动铁心式交流弧焊机原理示意图
BX1系列交流弧焊机电路接线如图2-51b所示。交流电焊机空载时，由于无焊接电 流通过，电抗线圈不产生电压降，故形成较高的空载电压，便于引弧。焊接时， 二次绕组有焊接电流通过，同时在铁心内产生磁通，该磁通经过可动铁心又回到 二次绕组构成回路，该磁通成为漏磁通，可动铁心成为漏磁通的闭合回路。由于 铁心磁阻很小，因此漏磁通很大。因漏磁通在二次绕组内感应出一个反电动势， 所以电压就下降。短路时，二次电压几乎全部被反电动势抵消，这样就限制了短 路电流，获得下降的外特性。 BX1系列交流弧焊机两侧装有接线板，其中焊机一侧为一次侧接线板，而另一侧 为二次侧接线板。焊接电流的调节有粗调和细调两种。粗调是靠更换二次侧接线 板的连接片位置，从而改变二次绕组和电抗线圈的匝数来实现的。细调则是通过 转动交流电焊机中部的手柄，从而改变动铁心的位置，即改变漏磁分路的大小。 当可动铁心远离固定铁心时，漏磁减小，焊接电流增加；反之，当可动铁心靠近 固定铁心时，漏磁增大，焊接电流减小。
I 1 K iI 2
通常电流互感器二次绕组的额定电流均选用为5A。当与测量仪表配套使用时， 电流表按一次侧的电流值标出，即从电流表上直接读出被测电流值。电流互 感器额定电流等级有100/5A，500/5A，2000/5A等，读作“一百比五”或读作 “一百过五”。 使用电流互感器时，需注意以下事项： （1）电流互感器的二次侧绝不允许开路。因为如果二次侧开路，则电流互 感器处于空载运行状态，这时电流互感器一次绕组通过的电流就成为励磁电 流，使铁心中的磁通和铁耗猛增，导致铁心发热烧坏绕组；另外电流互感器 产生的很大的磁通将在二次绕组中感应出很高的电压，危及人身安全或破坏 绕组绝缘。因此在二次绕组中装卸仪表时，必须先将二次绕组短路。
（3）为了适应不同的焊件和不同的焊条，还要求能够调节焊接电流的大小。 （4）短路电流不应过大，一般不超过额定电流的两倍，在工作中电流要比较 稳定，以免损坏电焊机。 为了满足上述要求，电焊变压器必须具有较大的阻抗，而且可以进行调节。电 焊变压器的一、二次绕组一般分装在两个铁心柱上，使绕组的漏抗比较大。改变 漏抗的方法很多，常用的有磁分路法和串联可变电抗法。 目前国内生产的交流弧焊机品种很多，其结构多种多样，但基本原理大致相同， 下面以BX1系列交流弧焊机为例介绍其基本结构及工作原理。 BX1系列交流弧焊机为单相磁分路式降压变压器。如图2-51a所示，中间为可动 铁心，两边为固定铁心，铁心窗口高而宽，以增大变压器的漏抗。一次侧为筒形 绕组装在一个铁心柱上，二次绕组分成两部分，一部分装在一次绕组外面，另一 部分兼作电抗线圈装在另一侧固定铁心柱上。
图2-43 自耦变压器工作原理 自耦变压器与前面介绍的变压器一样，也是利用电磁感应原理来进行工作。 当在自耦变压器的一次绕组U1、U2两端加上交变电压U1后，将会在变压器 的铁心中产生交变的磁通，同时在自耦变压器的一、二次绕组中产生感应 电动势E1、E2。
U 1 E1 4.44 fN 1m
电压等级有6000/100V、10000/100V等。 使用电压互感器时必须注意以下事项： （1）电压互感器的二次绕组在使用时绝不允许短路。如二次绕组短路， 将产生很大的短路电流，导致电压互感器烧坏。 （2）为保证操作人员的安全，电压互感器的铁心和二次绕组的一端必须 可靠接地。 （3）电压互感器具有一定的额定容量，在使用时，二次侧不宜接入过多 的仪表，否则超过电压互感器的定额，使电压互感器内部阻抗压降增大，影 响测量的精确度。
三、电流互感器
电流互感器也属于仪用互感器的范畴，如图2-47所示。同样用来与仪表和继 电器等低压电器组成二次回路，对一次回路进行测量、控制、调节和保护。在 电工测量中主要用来按比例变换交流电流。
图2-47 电流互感器
电流互感器的基本结构与工作原理和单相变压器相类似，如图2-48所示。
图2-48 电流互感器外形与电路图
思考与练习
1．自耦变压器有什么特点？ 2．自耦变压器主要应用于什么场合，有何优缺点？ 3．电压互感器运行时，为什么二次绕组不允许开路？ 4．用电流变比=40的电流互感器来扩大5A电流表的量程，其电流表读数为3.6A， 求被测电路的实际电流是多少？ 5．在使用电压互感器和电流互感器时应分别注意哪些事项？ 6．电焊变压器有哪些性能特点？
图2-46 电压互感器外形与电路图
电压互感器的一次绕组匝数为N1，其绕组匝数较多，与被测电路进行并联；电 压互感器的二次绕组匝数为N2，其绕组匝数较少，与电压表进行并联。其电压 比为 U 1 N1 Ku U 2 N 2 Ku U 2 一般标在电压互感器的铭牌上，只要读出电压互感器二次侧电压表的读数 U 1 KuU 2 ，则被测电压为 通常电压互感器二次绕组的额定电压均选用为100V。为读数方便起见，仪 表按一次绕组额定值刻度，这样可直接读出被测电压值。电压互感器的额定
任务分析
在一些特殊的场合对变压器有一些特殊的要求。将普通变压器的结构和性能 作一定的改进以适应不同的要求就形成了特种变压器。作为一名电气技术人员， 在进行电气设备的试验时，经常会用到根据自耦变压器原理做成的调压变压器； 在测量高电压和大电流时，往往借助于电压互感器和电流互感器；电焊变压器 (即交流电焊机)也是我们常见的电气作业工具。因此，学习特种变压器的相关 知识和了解使用注意事项，是很有必要的。本任务主要介绍几种常用特种变压 器的基本结构、工作原理、性能特点和使用注意事项。
（2）电流互感器的二次侧必须可靠接地，以保证工作人员及设备的安全。 电工常用的钳形电流表实际上就是电流互感受器与电流表的组合，如图2-49所 示。通过改变二次线圈的匝数，得到不同的测量量程。
图2-49 钳形电流表
图2-50 交流弧焊机
四、电焊变压器
交流弧焊机具有结构简单、使用年限长、维护方便、效率高、节省电能和 材料、焊接时不产生磁偏吹等优点，因此得到广泛应用，如图2-50所示。交流 弧焊机从结构上来看，本质上就是一台特殊的降压变压器，通称为电焊变压器。 为了保证电焊的质量和电弧的稳定燃烧，对电弧变压器有如下几点要求： （1）电焊变压器应具有60~75V的空载电压，以保证容易起弧，为了操作者 的安全，电压一般不超过85V。 （2）电焊变压器应具有迅速下降的外特性，以适应电弧特性的要求。
电流互感器的一次绕组N1串联在被测的交流电路中，导线粗，匝数少；电流 互感器的二次绕组N2导线细，匝数多，一般与电流表、电度表或功率表的电 流线圈串联构成闭合回路。根据变压器的工作原理，可得
I1 N 2 1 Ki I 2 N 1 Ku
式中 Ki 为电流互感器的额定电流比，一般标在电流互感器的铭牌上， 如果测得电流互感器二次绕组的电流表读数 I2，则一次电路的被测电流为
项目二
变压器的应用
目录
1 2
任务一 认识变压器 任务二 三相变压器的应用
3 任务三 特种变压器的应用 4 任务四 变压器的维护与故障分析处理
任务三 特种变压器的应用
学习目标Leabharlann Baidu
1．了解自耦变压器的特点和应用场合。 2．熟悉电压互感器和电流互感器的用途和使用注意事项。 3．了解电焊变压器的性能和结构特点。
U 2 E 2 4.44 fN 2m
由此可得自耦变压器的电压比K为
k
E1 N 1 U 1 E2 N 2 U 2
由上式可知，只要改变自耦变压器的匝数N2，则可调节其输出电压的大小。 2．自耦变压器的特点 自耦变压器具有结构简单、节省用铜量、其效率比一般变压器高等优点。 其缺点是一次侧、二次侧电路中有电的联系，可能发生把高电压引入低压绕组 的危险，很不安全，因此要求自耦变压器在使用时必须正确接线，且外壳必须 接地，并规定安全照明变压器不允许采用自耦变压器结构形式。变压器的变压 比一般不能选择过大，在实际应用中，要求自耦变压器的电压比一般不超过 1.5~2.0。 低压小容量的自耦变压器，其二次绕组的接头C常做成沿线圈自由滑动的触 头，它可以平滑地调节自耦变压器的二次绕组电压，这种自耦变压器称为自耦 调压器。为了使滑动接触可靠，这种自耦变压器的铁心做成圆环形，在铁心上 绕组均匀分布，其滑动触点由碳刷构成，调节滑动触点的位置既可改变输出电 压的大小，自耦调压器的外形图和电路原理图如图2-44所示。
图2-44 自耦调压器
二、电压互感器
电压互感器属于仪用互感器的范畴，如图2-45所示。主要用来与仪表和继电 器等低压电器组成二次回路，对一次回路进行测量、控制、调节和保护。在电 工测量中主要用来按比例变换交流电压。
图2-45 电压互感器
电压互感器的结构形式与工作原理和单相降压变压器基本相同，如图2-46所示。