大三上电工产品学变压器

自耦变压器一、结构特点与用途

自耦变压器实质上是一个单绕组变压器，原、副边之间不仅有磁的联系，而且还有电的直接联系。自耦变压器每一个铁心柱上套着两个绕组，两绕组串联，绕向一致。N1N2从双绕组变压器到自耦变压器(1)仅仅绕组改接法，双绕组变压器可以变为自耦变压器，功率可以增大数倍甚至十倍！假设图示双绕组变压器从双绕组变压器到自耦变压器(2)分析从双绕组变压器到自耦变压器哪些量改变了，哪些量没有变化?(主要分析原副边电压与电流的变化情况)原副边电流符号相反：当原边电流在原绕组中从同名端流向非同名端，则副边电流在副绕组中从非同名端流向同名端！从双绕组变压器到自耦变压器(3)首先分析双绕组变压器电流方向。忽略励磁电流则：从双绕组变压器到自耦变压器(4)当原边电流从同名端流向非同名，则副绕组电流从非同名端流向同名端！原副绕组电流原副边电流实际方向示意图副边实际电流则等于原副绕组电流之和。从双绕组变压器到自耦变压器(5)联结成自耦变压器，空载时:如果原边施加，则绕组电势仍为与。副边输出电压。从双绕组变压器到自耦变压器(6)原副边电流实际方向示意图与双绕组变压器类似，原绕组，时，副绕组，。于是负载电流。原边输入容量副边输出容量容量关系双绕组变压器原边输入容量原边输入容量实例:1）由原边直接传到副边的容量称为传导容量，它既不消耗材料，也不产生损耗2）绕组通过电磁作用得到的容量称为电磁容量，也叫绕组容量3）自耦变压器额定运行时的额定容量为传导容量和电磁容量之和4）自耦变压器的电磁容量与额定容量的比值称为效益系数定义：效益系数=————=——————————绕组容量额定容量额定容量额定容量–

传导容量绕组容量实例:

越接近1,越小,电磁容量(绕组容量)越小,传导容量越大,节材效果越明显。自耦变压器自耦变压器的优缺点:节省材料；铜损耗小；运输及安装方便；扩大变压器的制造容量。中性点必须接地或经小电抗器接地；引起系统短路电流增加；继电保护和过电压保护复杂。

上述自耦变压器副绕组的分接头a是固定的，这种自耦变压器称为不可调式。

在生产和实践中，为了得到连续可调的交流电压，常将自耦变压器的铁心做成圆形，副边抽头做成滑动触头，可以自由滑动，如图所示，这种自耦变压器称为自耦调压器。当用手柄移动触头位置时，就改变了副绕组的匝数，调节了输出电压的大小。自耦调压器(a)外形；(b)示意图；(c)图形符号

使用自耦调压器时应注意以下两点：（1）接通电源前，应先将滑动触头旋至零位，接通电源后再逐渐转动手柄，将输出电压调到所需电压值。使用完毕后，应将滑动触头再旋回零位。（2）在使用时，原、副绕组不能对调。如果把电源接到副绕组，可能会烧坏调压器或使电源短路。小功率电源变压器

(a)外形；(b)图形符号

5小功率电源变压器和绕组的同极性端

小功率电源变压器容量和体积一般都很小，用于给各种仪器设备提供所需的电源电压。为了满足不同部件不同电压的需要，这种变压器通常有多个副绕组，可以从副边得到多个不同的电压。如图所示为具有三个副绕组的小功率电源变压器。在这种多绕组变压器中，同一主磁通通过各个绕组，因此各绕组之间的变压比仍等于各匝数之比。设原绕组的匝数为N1，三个副绕组的匝数分别为N21、N22、N23，则三个副绕组的电压分别为当各副绕组分别接入负载Z1、Z2、Z3后，副边电流分别为使用小功率电源变压器时，有时需要把副绕组串联起来以提高电压，有时需要把绕组并联起来以增大电流。图（a）所示的变压器有两个副绕组，由主磁通把它们联系在一起，当主磁通交变时，每个绕组中都要产生感应电动势。根据右手螺旋法则，假设主磁通正在增强，可判断第一个绕组中端点1的感应电动势电位高于端点2，第二个绕组中端点3的电位高于端点4，故称端点1和端点3是同名端，端点2和端点4也是同名端，用符号“﹡”或“·”表示。端点1和端点4是异名端，端点2和3也是异名端。

正确的串联方法应把两个绕组的异名端连在一起，如把图（a）中的2、3端连在一起，在1、4端就可以得到一个高电压，即两个副绕组电压之和；若接错，则输出电压会抵消。

正确的并联方法应把两个电压输出方向相同的绕组的同名端连在一起，如把图（b）中的1、4端以及2、3端相连，这时可向负载提供更大的电流；如接错，则会造成线圈短路从而烧坏变压器。6三相电力变压器三相变压器有三个原绕组和三个副绕组，其铁心有三个心柱，每相的原、副绕组同心地装在一个心柱上。

原绕组首端用U1、V1、W1标明，末端用U2、Ｖ2、W2标明；副绕组的首端用u1、v1、w1标明，末端用u2、v2、w2标明。由于三相原绕组所加的电压是对称的，因此磁通也是对称的，副边电压也是对称的。另外，为了散去变压器运行时由于自身损耗所产生的热量，铁心和绕组通常浸在盛有变压器油的油箱中，通过油管将热量散发出来。三相电力变压器(a)外形；(b)结构示意图

三相变压器的原、副绕组可以分别接成星形（Y）或三角形（△）。工厂供电用电力变压器三相绕组常用的连接方式有Y，yn（即Y/Y0）和Y，d（即Y/△）两种，如图所示。Y，yn表示原边为星形，副边为有中线引出的星形连接方法。这种接法常用于车间配电变压器，其优点在于不仅给用户提供三相电源，同时还提供单相电源。

通常使用的动力与照明混合供电的三相四线制系统就是用Y，yn连接方式的变压器供电的。Y，d连接的变压器原边接成星形，副边接成三角形，主要用在变电站的升压或降压变压器上。三相变压器的两种接法(a)Y，yn连接；(b)Y，d连接

三相变压器的原、副绕组相电压之比与单相变压器一样，等于原、副绕组每相的匝数比，即

但原、副绕组线电压的比值，不仅与变压器的变比有关，而且还与变压器绕组的连接方式有关。作Y，yn连接时（6-20）作Y，d连接时（6-21）

三相电力变压器的额定值含义与单相变压器相同，但三相变压器的额定容量SN是指三相总额定容量，可用下式计算：（6-22）

三相电力变压器的额定电压U1N、U2N和额定电流I1N、I2N是指线电压和线电流，其中U2N指变压器原边施加额定电压时副边的空载电压，即U20。

实际上，在变压器运行中，随着输出电流I2的增大，变压器绕组本身的电阻压降及漏磁感应电动势都将增大，从而使变压器输出电压U2降低。

为了合理、经济地使用三相电力变压器，还需考虑效率问题。变压器在传输电能的过程中，其内部损耗同样包括铜损ΔPCu和铁损ΔPFe，所以输出功率P2将略小于输入功率P1。变压器的效率是输出功率P2与对应输入功率P1的比值，通常用百分数表示，即变压器的效率与负载有关。经分析，变压器的负载为满载的70%左右时，其效率可达最大值。小型变压器的效率约为60%～90%，大型电力变压器的效率可达96%～99%，但轻载时的效率很低，因此应合理选用电力变压器的容量，避免长期轻载运行或空载运行。三相交流电的变换除用三相变压器实现外，也可用三台单相变压器进行变换，称之为三相变压器组。三台单相变压器作Y，yn连接三台单相变压器组成的变压器组成本高，效率低，体积大，但因其由三台单相变压器组合而成，故可分可合，搬运方便，主要用作大容量变压器。

［例］有一台Y，yn接法的三相电力变压器，已知额定电压为10kV/400V，额定容量为50kVA。是否允许接入一台额定电压400V、额定功率45kW、额定功率因数0.87的三相负载？［解］变压器副边的额定电流为负载所需电流为因为IL＞I2N，超载，故不允许该负载接入。仪用互感器仪用互感器是在交流电路中专供电工测量和自动保护装置使用的变压器，它可以扩大测量装置的量程，使测量装置与高压电路隔离以保证安全，为高压电路的控制和保护设备提供所需的低电压、小电流，并可以使其后连接的测量仪表或其他测量电路结构简化。仪用互感器按用途不同可分为电压互感器和电流互感器两种。互感器的作用：测量、保护、安全、统一。电流互感器和电压互感器两者的工作原理，特征、接线、注意事项、误差的表示及主要的额定参数、类型。

一次设备

一次设备是指直接参加生产、输送、分配电能的电气设备，它构成电力系统的主体。一、互感器的定义及作用二次设备

为确保一次系统安全稳定、经济运行和操作管理的需要而配置的辅助电气设备。如测控装置、继电保护装置、安全自动装置、故障录波器装置等统称为二次设备。一、互感器的定义及作用★1.1互感器的定义●互感器是按比例变换电压、电流的电气设备，它的主要功能是向二次系统提供电压、电流信号以反应一次系统的工作状况，前者称为电压互感器（TV/PT），后者称为电流互感器(TA/CT)。一、互感器的定义及作用★电压互感器的分类按用途分测量用保护用按变换原理分电磁式电压互感器电容式电压互感器按相数分单相三相按绝缘方式分干式油浸式环氧浇注式气体绝缘式电压互感器的分类固体绝缘互感器由于绝缘结构和材料的限制，一般只用于35kV及以下的电压等级。★环氧浇注绝缘电压互感器三、电压互感器的分类★油纸绝缘电压互感器35kV电磁式电压互感器110kV电磁式电压互感器220kV电磁式电压互感器500kV电容式电压互感器三、电压互感器的分类★气体绝缘电压互感器三、电压互感器的分类干式电压互感器相对于油浸式电压互感器，干式电压互感器因没有油，也就没有火灾、爆炸、污染等问题。它主要由铁芯、绕组等组成，适用于500V以下低压接线。浇注式电压互感器结构图JDZ2-1型JZW-12型用于35kV及以下电压等级，有单相双绕组、单相三绕组之分。环氧树脂浇注体下部涂有半导体漆并与金属底板相连以改善电场的不均匀性和电力线畸变的情况。

该型互感器优点是运行维护方便，但一旦损坏，不能检修只有更新。油浸式电压互感器结构图JSJW-10型JDJ2-35型普通油浸式电压互感器的额定电压制成3-35kV等级，铁芯和绕组均放于充满油的油箱内，绕组通过套管引出。

JSJW一10型互感器由五个铁芯和两个铁箍组成磁路系统，一次侧三个绕组接成Y形，两个二次侧绕组分别接成Y形与开口三角形。二次侧Y形接线的绕组用来测量线电压和相电压以及相对地电压，开口三角形用来测量单相接地后的零序电压。电容式电压互感器1油压计

2膨胀膜

3电容单元

4绝缘油

5瓷绝缘子

6密封件

7外壳

8低压端子箱/中性(N)和高频(HF)端子

9串联电感

10中压互感器

11铁磁谐振效应阻尼电路J-电压互感器D-单相S-三相J-油浸式G-干式Z-浇注式Q-气体B-带补偿绕组W-五柱三绕组J-接地保护F-分列式设计序号额定电压(kV)例如：JDZ2-10表示单相浇注式，设计序号为2，额定电压10kV电压互感器★电磁型电压互感器型号说明★电容型电压互感器型号说明1．电压互感器电压互感器是一台小容量的降压变压器，其外形及结构原理图如图所示。它的原绕组匝数较多，与被测的高压电网并联；副绕组匝数较少，与电压表或功率表的电压线圈连接。因为电压表和功率表的电压线圈电阻很大，所以电压互感器副边电流很小，近似于变压器的空载运行。根据变压器的工作原理，有（6-25）

或★

电压互感器的原理电压互感器相当于开路运行的降压变压器，原边匝数很多，副边匝数少。降压变压器将一次系统的大电压变为二次系统的小电压，二次绕组所并接的测量仪表或继电器电压线圈为高阻抗，相当于开路，所以二次电流不大。

式中Ku称为电压互感器的变压比。通常电压互感器低压侧的额定值均设计为100V。如电压互感器的额定电压等级有6000V/100V、10000V/100V等。将测量仪表的读数乘以电压互感器的变压比，就可得到被测电压值。通常选用与电压互感器变压比相配合的专用电压表，其表盘按高压侧的电压设计刻度，可直接读出高压侧的电压值。

使用电压互感器时应注意：

(1)电压互感器的低压侧（二次侧）不允许短路，否则会造成副边、原边出现大电流，烧坏互感器，故在高压侧应接入熔断器进行保护。

(2)为防止电压互感器高压绕组绝缘损坏，使低压侧出现高电压，电压互感器的铁心、金属外壳和副绕组的一端必须可靠接地。

(3)电压互感器有一定的额定容量，使用时不宜接过多的仪表，否则将影响互感器的准确度。★比差及角差●变比误差（比差）△U%与相位角误差（角差）δ。在理想的电压互感器中，励磁电流为零，绕组的的阻抗也不计，这时，一次与二次电压比则为它的圈数之比。相位也相同（二次电压相量旋转180°之后）。但是，在实际的电压互感器中，由于励磁电流的存在以及绕组阻抗的影响，因此，会产生变比误差（比差）和相位角误差（角差）。电压互感器的技术特性式中K——电压互感器的额定变压比

U1——电压互感器的一次实际电压

U2——二次电压实测值电压互感器相位角误差是指二次电压相量U2旋转180°以后与一次电压相量间的夹角δ。并且规定，二次电压的相量超前于一次电压相量时，角差δ为正，反之为负。δ的单位为分（′）。●电压互感器的准确等级，也就是设备铭牌上标的“误差等级”。通常分为5个等级：0.1、0.2、0.5、1、3。准确等级即指电压互感器变比误差的百分比，例如：准确等级为0.5级，则表示该电压互感器在规定电压下的变比误差（比差）为0.5%，在制造电压互感器时，还将各种准确等级给出最大容量。★准确等级电压互感器的技术特性电压互感器的准确等级及允许误差表准确度等级最大误差比差（%）相角差（′）0.10.20.513±0.1±0.2±0.5±1±3±5±10±20±40标准未定电压互感器的技术特性电压互感器（TV）电压互感器（TV）的接线单相式接线电压互感器（TV）电压互感器（TV）的接线单相式接线电压互感器（TV）电压互感器（TV）不完全星形接线电压互感器（TV）电压互感器（TV）三相三柱式接线电压互感器（TV）电压互感器（TV）三相五柱式接线2．电流互感器电流互感器是将大电流变换成小电流的升压变压器，其外形及结构原理图如图所示。它的原绕组用粗线绕成，通常只有一匝或几匝，与被测电路负载串联，原绕组经过的电流与负载电流相等。副绕组匝数较多，导线较细，与电流表或功率表的电流线圈连接。LZW-12浇注式户外型电流互感器LJ-2型干式零序电流互感器钳形电流表电流互感器TALB6-110型电流互感器

500KV电流互感器500KV电流互感器运行在葛洲坝电站LGW-110干式电流互感器在1998年首次挂网运行于太原

电流互感器的种类

根据安装地点可分为户内式和户外式；根据安装方式可分为穿墙式、支持式和套管式；根据绝缘结构可分为干式、浇注式和油浸式；根据原边绕组的结构型式可分为单匝式和多匝式等。穿墙式电流互感器穿墙式电流互感器一般用在从室内到室外的连接，它可以作为穿墙套管，又是电流互感器，可以减少占地面积，减少设备。

穿墙式电流互感器由法兰盘、绝缘瓷套、绝缘垫片、二次线圈、接线环、绕组端盖、绕组护垫、导电杆、瓷套压盘、铜片、瓷套端盖组成。支持式电流互感器SAS型电流互感器为倒立式结构，一次导管为直线型。

外壳铝铸件，铁芯及二次绕组由已经过特殊试验的树脂浇注件支撑。

二次绕组引出线通过引线套管接到互感器底座接线盒内的二次套管。

图1-防爆片2-外壳3-铁芯外壳4-一次导管5-引线套管6-复合绝缘套管7-接线盒8-底座电流互感器(a)外形；(b)结构原理图

因为电流表和功率表的电流线圈电阻很小，所以电流互感器副边相当于短路。根据变压器的工作原理，有

或I1=KiI2

式中Ki称为电流互感器的变流比。通常电流互感器二次侧额定电流设计成标准值5A或1A。例如，电流互感器的额定电流等级有30A/5A、75A/5A、100A/5A等。将测量仪表的读数乘以电流互感器的变流比，就可得到被测电流值。

通常选用与电流互感器变流比相配合的专用电流表，其表盘按一次侧的电流值设计刻度，可直接读出一次侧的电流值。

使用电流互感器时应注意：

(1)电流互感器在运行中不允许副边开路，因为它的原绕组是与负载串联的，其电流I1的大小决定于负载的大小，而与副边电流I2无关，所以当副边开路时铁心中由于没有I2的去磁作用，主磁通将急剧增加，这不仅使铁损急剧增加，铁心发热，而且将在副绕组感应出数百甚至上千伏的电压，造成绕组的绝缘击穿，并危及工作人员的安全。

(2)为了安全，电流互感器的铁心和二次绕组的一端也必须接地。

(3)电流表内阻抗应很小，否则影响测量精度。电流互感器的误差电流误差电流大小的误差角误差电流相位的误差电流互感器（TA）的准确度级：在规定的二次负荷范围内，一次电流为额定的值时的最大误差。准确度级一次电流为额定电流的百分数误差电流误差±%限值相误差±’二次负荷变化范围0.210、200.5、0、220、150.51310B电流互感器（TA）电流互感器（TA）的接线：单相式接线电流互感器（TA）电流互感器（TA）的接线：三相完全星形接线电流互感器（TA）电流互感器（TA）的接线：两相不完全星形接线电力变压器的选用变压器容量的选择是一个全面、综合性的技术问题。其与负荷种类和特性、负荷率、功率因数、有功损耗和无功损耗、电价、基建投资、使用年限等因素有关。1、变压器容量的基本估算A、计算负荷法估算：变压器容量=总计算负荷+考虑将来的增容裕量B、最经济运行效果法估算：变压器容量≈S/βm；S——实际使用负荷，KVA；βm——