电机学-自耦变压器与互感器

电机学 2 8自耦变压器与交流互感器 主要内容 1 自耦变压器的工作原理与特点 电压 电流与容量的关系 2 仪用互感器的工作原理与特点 图 a 自耦变压器 图 b 交流互感器 电机学 图2 34自耦变压器 a 结构示意图 b 绕组接线图 2 8 1自耦变压器 电机学 2 8 1自耦变压器 结构特点 自耦变压器实际上是一个单绕组变压器 原副边不仅有磁的联系 还有电的直接联系 即它不仅通过电磁耦合和电磁感应作用传递功率 而且还可以从一次侧直接把功率传导到二次侧 自耦变压器的一个铁芯柱上套有两个绕组 两个绕组串联 绕向一致 主要应用 在现代高压电力系统中 自耦变压器主要用来连接电压等级相近的输电系统 在工厂中 自耦变压器主要用作异步电动机的启动补偿器 在实验室中 常用自耦变压器做调压器用 电机学 负载运行时 电源电压U不变 主磁通就基本不变 根据磁动势方程式有 1 电压与电流关系 根据图2 34 b 所示 若忽略一次绕组漏阻抗压降 则电压有效值与感应电动势有效值相等 即 因此 自耦变压器的变比为 2 39 电机学 忽略激磁电流 则有 由图2 34 b 利用基尔霍夫第一定律 可知公共绕组中的电流为 式 2 39 与 2 40 说明 自耦变压器一次与二次电压比与变比成正比 一次与二次电流比与变比成反比 与双绕组变压器相同 2 40 电机学 自耦变压器一次与二次绕组之间不仅有磁的耦合关系 而且还有电的联系 因此变压器的额定容量将等于一次和二次绕组通过磁的耦合传递的电磁容量 与一次 二次绕组通过电的联系传导的传导容量之和 单相变压器的额定容量为 2 容量关系 而串联绕组与公共绕组的电磁容量指绕组上所加的额定电压与绕组中流过的额定电流的乘积 因此串联绕组Aa与公共绕组ax的电磁容量分别为 电机学 式 2 43 说明 电磁容量仅为额定容量的倍 自耦变压器的传导容量指绕组通过电的联系传送的容量 在图2 34 b 中 传导容量就等于串联绕组Aa上的电流通过节点传送给二次绕组的容量 则有 3 自耦变压器的主要优缺点 主要优点 当额定容量相同时 自耦变压器比普通变压器所用材料省 尺寸小 效率高 越接近于1 其优点越显著 一般电力系统用的自耦变压器变比取1 25 2 即 2 43 电机学 缺点 由于自耦变压器一次和二次绕组之间有直接的电的联系 因此为防止一次侧过电压时引起二次侧严重过电压 要求自耦变压器的中性点必须可靠接地 并且一次侧与二次侧都要加装避雷器 例2 6 将一台额定容量为5kVA的220 110V双绕组变压器改接成330 220V的自耦变压器 试计算改接后自耦变压器的额定容量 电磁容量 传导容量以及一次侧 二次侧的额定电流 解 双绕组变压器改接为自耦变压器时 电磁容量不变 即自耦变压器的变比为 额定容量为 传导容量为 电机学 一次侧 二次侧的额定电压分别为 一次侧 二次侧的额定电流分别为 10 2 8 2仪用互感器 仪用互感器是电力系统中用来测量大电流 高电压的特殊变压器 使用互感器有两个目的 1 使测量回路与被测回路隔离 从而保证操作人员和设备的安全 2 使小量程的电流表和电压表测量大电流和高电压 仪用互感器分为电流互感器和电压互感器 电机学 电机学 1 电流互感器 图2 35电流互感器的原理接线图 电流互感器是用来测量大电流的仪用互感器 其原理接线图如图2 35所示 电流互感器均制成单相的 一次绕组有一匝或几匝粗导线制成 串接在被测回路中 二次绕组由较多的细导线制成 与阻抗很小的仪表串联组成闭合回路 因此电流互感器相当于短路运行的升压变压器 当电流互感器运行时 根据变压器的磁动势方程有 电流互感器作为测量一起用 为了减小测量误差 铁芯中的磁通密度一般设计的较低 在0 08T 0 10T的范围内 激磁电流很小 可以忽略不计 由此就有 电机学 由上式可知 电流互感器利用一次侧和二次侧的绕组匝数不同 可将线路的大电流转换成小电流测量 通常互感器的一次侧额定电流范围为10A 2500A 二次侧的额定电流为5A 并且当与测量仪表配套使用时 电流表按一次侧的电流值标出 即可以直接从电流表上读出被测电流值 另外 二次侧还可以有很多抽头 并且可根据被测电流的大小适当选择 实际上 电流互感器内总有一定的激磁电流 所以测量的电流总有一定的误差 根据误差的大小通常将互感器分为0 2 0 5 1 0 3 0和10 0五个等级 并且级数越大 误差越大 使用电流互感器时 应注意一下3点 1 运行时 二次侧绕组绝对不允许开路 2 铁芯与二次侧绕组的一端必须可靠接地 3 二次绕组串联的阻抗值不应超过规定 以避免降低测量精度 电机学 补充 钳形电流表 工程上常用来检测带电线路中电流的钳形电流表 其工作原理与电流互感器相同 它的铁芯像一把钳子可以张合 在测量带电线路时 可将被测线路夹于其中 此时被测电路为一次绕组 匝数为1 利用电磁感应原理 可在与二次侧绕组串联的电流表上读出被测电路的电流值 一般钳形电流表都有几个量程 可根据被测电流值适当选择 钳形电流表 图2 36 a 钳形电流表的实物图 图2 36 b 钳形电流表的原理图 电机学 2 电压互感器 图2 37电压互感器的原理接线图 电压互感器是用来测量高电压的仪用互感器 其原理接线图如图2 37所示 与电流互感器相反 电压互感器的一次绕组匝数较多 并且并联在被测电路中 二次绕组由匝数较少 与阻抗很大的仪表连接组成闭合回路 二次侧电流很小 因此电压互感器相当于空载运行的降压变压器 当电压互感器运行时 如果忽略漏阻抗压降 则有 其中 为电压互感器的电压比 是常数 或者 电机学 由上式可知 电压互感器利用一次侧和二次侧的绕组匝数不同 可将线路的高电压转换成低电压测量 通常将电压互感器的二次侧的额定电压设计为100V 并且当与测量仪表配套使用时 电压表按一次侧的电压值标出 即可以直接从电压表上读出被测电压值 另外 与电流互感器不同 电压互感器在一次侧还可以有很多抽头 并且可根据被测线路电压大小适当选择电压变比 实际上 由于空载电流 一次绕组和二次绕组漏阻抗的存在 电压互感器测量的电压值总有一定的变比误差和相位误差 为了减小误差 电压互感器的铁芯一般采用性能较好的硅钢片制成 且使铁芯不饱和 另外还需尽量较小磁路中的气隙 以较小空载电流 在绕组的绕制上 也设法较少两绕组之间的漏磁通 以较小漏阻抗 根据误差的大小通常将电压互感器分为0