电工电子技术7

模块4磁路与变压器4.1铁心线圈及磁路4.2变压器4.3实际工程中的常见变压器学习引导磁通经过的闭合路径称为磁路，与磁路相关的物理量包括磁通、磁动势和磁阻，磁路与电路类似：磁通对应电流，磁动势对应电动势，磁阻对应电阻。但由于磁导率是变量，磁阻也是变量，所以磁路欧姆定律不如电路欧姆定律应用的那么广泛，通常只适用于定性分析磁路；主磁通原理常用于分析实际工程中的磁路问题。

变压器是能变换电压、电流和阻抗的关键电气设备，广泛应用于电力系统和电子电路。分析变压器需同时涉及到电路知识与磁路知识，也是后续学习电机、电器的重要前提。

学习磁路和变压器应建立新的概念和新的分析方法，以应对和解决磁路中的新问题。学习目标知识目标：了解磁路的基本物理量，理解磁路欧姆定律；掌握铁磁材料的磁性能、分类及用途，了解铁损耗，深入理解主磁通原理；了解变压器的核心结构，理解其工作原理，熟悉外特性及性能指标；知晓实际中常见变压器的用途。技能目标：掌握线圈参数的测试方法；学会单相变压器空载、短路实验的操作；理解并掌握变压器同极性端的测试与判别技能；能规范操作常见变压器。素养目标：通过实验与理论结合，培养对磁路与变压器知识的应用能力；提高解决实际电气设备磁路问题的逻辑思维；增强安全用电与规范操作意识，树立工程实践中的责任担当。4.1

铁心线圈及磁路提出问题什么是磁路？磁路与电路的相似点和不同点是什么？磁路的基本物理量分别描述什么？磁路欧姆定律与电路欧姆定律有何差异？铁磁材料有哪些独特磁性能？工程中如何根据用途选择铁磁材料？铁损耗的来源是什么？如何用主磁通原理分析实际问题？核心提示：理解磁路基本物理量的含义、磁路欧姆定律与电路欧姆定律的差异，掌握铁磁材料的磁性能及用途、铁损耗的构成，并能运用主磁通原理分析实际工程磁路问题。知识准备变压器作为一种关键的电气设备，不仅能够改变电压和电流，还能改变阻抗，因此在电力系统和电子电路中应用极为广泛。变压器的运作基于电磁感应原理，所以在探讨变压器时，我们会同时涉及电路和磁路问题。其中，磁路问题不仅是理解变压器原理的基础知识，也是深入学习电机和电器理论的重要基石。铁芯线圈、磁路

工程实际应用中，大量的电气设备都含有线圈和铁心。当绕在铁芯上的线圈通电后，铁芯就会被磁化而形成铁芯磁路，磁路又会影响线圈的电路。

电气设备铁芯示意图中的红色虚线表示磁路中工作主磁通的路径；紫色虚线则表示通过空气闭合的极少部分漏磁通。一般分析时，通常忽略掉小小于主磁通的漏磁通。4.1.1磁路的基本物理量uiΦ描述磁场某点强弱和方向的物理量称为磁感应强度，用B表示。单位是特斯拉[T]。1.磁感应强度式中：电磁力F的单位是牛顿[N]、电流的单位是安培[A]、导体的有效长度(与磁场方向相垂直方向的长度投影)单位是米[m]时，磁感应强度B的单位是特斯拉[T]。

磁感应强度B是矢量，其方向就是置于磁场中该点小磁针N极的指向。匀强磁场中，B的大小可用载流导体在磁场中所受到的电磁力来定义。即：uiΦ磁通Φ

通过磁路横截面的磁力线总量称为磁通，用“Φ”来表示。单位是韦伯[Wb]。磁通是标量。其大小反映了与磁场相垂直的某个截面上的磁场强弱情况。磁通的较小单位还有麦克斯韦[Mx]，韦伯和麦克斯韦之间的换算关系为：1Wb=108Mx2.磁通因之磁感应强度又称作磁通密度。磁感应强度的国际单位制中较小的还有高斯[Gs]，特斯拉和高斯之间的换算关系为：1T=104Gs均强磁场中，磁通Φ、磁感应强度B之间的关系为：

磁导率是反映自然界物质导磁能力的物理量，用希腊字母“μ”表示。物质的种类很多，且导磁能力也各不相同，为了有效地区别它们各自的导磁能力，我们引入一个参照标准—真空的磁导率μ0:

自然界中各种物质的磁导率均与真空的磁导率相比，可得到不同的比值，我们把这个比值称为相对磁导率，用“μr”表示，即：

显然，相对磁导率无量纲，其值越大，表明该类物质的导磁性能越好；反之，导磁性能越差。3.磁导率μ

根据相对磁导率μr值的不同，自然界的物质大致可分为两大类：（1）非磁性物质

如空气、塑料、铜、铝、橡胶等。这些物质的导磁能力很差，磁导率均与真空的磁导率非常接近，它们的相对磁导率均约等于1。非磁性物质的磁导率可认为是常量。

如铁、镍、钴、钢及其合金等。这些物质的导磁能力非常强，其磁导率一般为真空的几百、几千乃至几万、几十万倍。如铸铁，其相对磁导率μr≈200～400；铸钢的相对磁导率μr≈500～2200；硅钢的μr≈7000~10000；坡莫合金的μr≈20000~200000。显然，铁磁物质的磁导率不是常量，而且是一个随外部条件变化的范围。铁磁性物质的相对磁导率大大于1。（2）铁磁性物质4.磁场强度

磁场强度也是表征磁场中某点强弱和方向的物理量，用大写字母“H”表示。H也是矢量，H的方向也是置于磁场中该点小磁针N极的指向。磁场强度和磁感应强度有何区别和联系？

磁感应强度是描述磁路介质的磁场某点强弱和方向的物理量，与介质的导磁率有关；磁场强度是描述电流的磁场强弱和方向的物理量，与介质的导磁率无关。它们之间的联系为：

磁场强度H的单位有安每米和安每厘米，二者之间的换算关系为：1A/m=10-2A/cm4.1.2磁路欧姆定律

交流铁芯线圈磁路通常由硅钢片叠压制成，导磁率很高。当套在铁芯上的线圈通电后，铁芯迅速被磁化，成为一个人为集中的强磁场。磁路部分电路部分交流铁芯线圈示意图

电流通过N匝线圈所形成的磁动势用Fm=NI表示，磁路对磁通所呈现的阻碍作用用磁阻Rm表示，磁动势、磁通和磁阻三者之间的关系可表述为：磁路欧姆定律

磁路欧姆定律中的磁阻Rm与磁导率μ有关，因此对铁芯磁路来讲是一个变量，定量计算很复杂，通常磁路欧姆定律只用来定性分析磁路的情况。铁磁材料内部往往有相邻的几百个分子电流圈流向一致，这些分子电流产生的磁场叠加起来，就形成了一个个天然的小磁性区域—磁畴。不同铁磁物质内部磁畴的数量不同。通常情况下，铁磁材料内部的磁畴排列杂乱无章，其磁性相互抵消，因此对外不显示磁性。

铁磁材料之所以具有高导磁性。是因为在其内部具有一种特殊的物质结构—磁畴。这些磁畴相当于一个个小磁铁。磁畴是怎么形成的？显然，磁畴是由分子电流产生的。1.高导磁性有外磁场作用时受外界磁场的影响，磁畴会发生归顺性转向，使得铁磁材料内部形成一个很强的附加磁场。4.1.3

铁磁物质的磁性能磁滞回线中H为零时B并不为零的现象说明铁磁材料具有剩磁性。BH0cba起始磁化曲线oa段是线性段ab段是上升段bc段是磁化曲线的膝部C点以后是饱和段起始磁化曲线反映了什么？

起始磁化曲线的ab段反映了铁磁材料的高导磁性；c点以后说明铁磁材料具有磁饱和性。磁滞回线中B的变化总是落后于H的变化说明铁磁材料具有磁滞性。铁磁材料反复磁化一周所构成的曲线称为磁滞回线。2.铁磁物质的磁饱和性、磁滞性和剩磁性实践1：铁磁物质与磁路特性实验实验器材：空心线圈（匝数固定）、直流电源、小磁针、硅钢片叠块、铸铁块、铜棒、铝棒等。2.实验步骤：（1）将空心线圈接直流电源（电压调至5V），手持线圈靠近小磁针，观察小磁针偏转不同角度（记录）；（2）分别将硅钢片叠块、铸铁块、铜棒、铝棒依次插入线圈（保持电源电压不变），每次观察并记录小磁针偏转角度。3.现象分析：对比不同的偏置角度，硅钢片组偏转角度最大，铸铁组次之，铜棒、铝棒组与空心线圈接近；4.结论：铁磁材料（硅钢片、铸铁）的导磁能力远优于非铁磁材料（铜、铝），且硅钢片的导磁性能优于铸铁。实践2：铁心气隙对磁路的影响实验器材：带可调气隙的铁心线圈、220V交流电源、电流表、温度传感器。2.实验步骤：（1）调节铁心气隙为0，将线圈接220V交流电源，记录线圈电流I₁和10分钟后铁心温度T₁；（2）调节气隙至1mm，保持电源电压不变，记录电流I₂和温度T₂；（3）调节气隙至3mm，重复记录I₃和T₃。3.现象分析：气隙增大时，电流I₁<I₂<I₃，温度T₁<T₂<T₃；4.结论：气隙增大导致磁路磁阻增加，为维持主磁通不变，线圈电流需增大，铜损耗增加，铁心温度升高。软磁材料具有磁导率很高、易磁化、易去磁的显著特点，适用于制作各种电机、电器的铁心。软磁材料4.1.4

铁磁物质的分类和用途

铁磁材料根据工程上用途的不同可以分为三大类：硬磁材料的磁导率不太高、但一经磁化能保留很大剩磁且不易去磁，适用于制作各种永久磁体。硬磁材料矩磁材料磁导率极高、磁化过程中只有正、负两个饱和点，适用于制作各类存储器中记忆元件的磁芯。矩磁材料BH0软磁性材料磁滞回线包围的面积很小。BH0硬磁性材料磁滞回线包围的面积很宽大。BH04.1.5铁损耗

根据电流的热效应原理，涡流通过铁芯时将使铁芯发热，显然涡流增加设备绝缘设计的难度，涡流严重时会造成设备绝缘破坏线圈烧损的事故。φ在交变磁场作用下，整块铁芯中产生的旋涡状感应电流称为涡流。涡流对电气设备有何影响？为减小涡流损耗，常用硅钢片叠压制成电机电器的铁芯。磁滞损耗

铁磁材料反复磁化时，内部磁畴的极性取向随着外磁场的交变来回翻转，在翻转的过程中，由于磁畴间相互摩擦而引起的能量损耗称为磁滞损耗。磁滞损耗使铁芯发热。涡流损耗

主磁通原理告诉我们:只要外加电压有效值及电源频率不变，铁芯中工作主磁通最大值Φm也将维持不变。4.1.6

主磁通原理

对交流铁芯线圈而言，设工作主磁通为：

可得：

交变磁通穿过线圈时，在线圈中感应电压，其值为：主磁通原理例分析某含有气隙的铁芯线圈，线圈两端加有效值为U的交流电压，当气隙增大时，铁芯中的主磁通是增大还是减小？线圈中的电流如何变化？气隙增大时，铁芯磁路中的磁阻增加，但由于电源电压效值为U和频率f并无改变，根据主磁通原理可知，铁芯磁路中的工作主磁通Φ并不发生改变。根据磁路欧姆定律：

磁通不变，则上式中的比值也应不变。因此，当磁阻Rm增大时，线圈中通过的电流必定增大。主磁通原理的应用［案例］工程实际中的一个交流电磁铁因出现机械故障，造成通电后衔铁不能吸合，结果把线圈烧坏，试分析其原因。［案例分析］电磁铁线圈中的额定电流是根据吸合后的电流限值设定的。当通电后不能吸合时，铁芯和衔铁之间就会存在气隙，造成铁芯磁路中的磁阻大大增加。由主磁通原理可知，此时铁芯磁路中的工作主磁通Φ并不发生改变。若要满足磁路欧姆定律：就必须增大线圈中的电流。而且气隙虽小，但磁阻远大于铁芯中的磁阻，此时线圈电流将是额定电流的许多倍，从而造成线圈烧毁。工程实例［结论］交流电磁铁的衔铁被卡住不能吸合时，由于磁阻的大大增加而造成激磁电流急剧增大，因此导致线圈过热损坏。4.1.7磁路欧姆定律的应用1.磁路的核心物理量中，磁感应强度B反映的是磁场强弱，磁通Φ是B与面积的综合体现，磁导率μ决定材料导磁能力，磁场强度H与介质无关；2.铁磁材料的高导磁性、磁饱和性、磁滞性是其核心特性，也是电工设备铁心设计的依据，如硅钢片选作变压器铁心，正是利用其高导磁性和低损耗；3.主磁通原理是交流磁路的“黄金法则”：电压和频率不变时，主磁通不变，这是分析气隙影响、线圈电流变化的关键。核心提示你能说出根据导磁性能的不同自然界中物质的分类吗？你会做吗？您能很快说出磁场几个物理量的单位吗？能否说出B和H的区别和联系？

磁通Φ、导磁率μ、磁感应强度B和磁场强度H分别表征了磁路的哪些特征？

铁磁物质具有哪些磁性能？铁芯中存在哪些损耗？铜和铝能被磁化吗？检验学习效果根据工程上用途的不同？铁磁性材料可分为几类？能否说出它们的特点和用途？4.2

变压器提出问题变压器属于什么性质的电器？你理解和掌握变压器的基本结构和工作原理吗？变压器的变换电压作用如何理解？变压器的变换电流作用如何理解？变压器变换阻抗的作用如何理解？你对变压器的外特性与性能指标有什么了解？核心提示：明确变压器的静止电器属性，掌握其铁心+绕组的基本结构与电磁感应工作原理，理解电压、电流、阻抗的变换规律，熟悉外特性及电压调整率、效率等性能指标。知识准备变压器是一种静止的电气设备，它依靠电磁感应原理，将一种电压、电流的交流电能转换成同频率的另一种电压、电流的电能。

输送一定的电能时，输电线路的电压越高，线路中的电流和相应的损耗就越小，为此，交流发电机的出口电压需要通过升压变压器才能经高压输电线将电能经济地送到用电地区；被送到用电地区的高压电又需经过降压变压器降为用户所需的电压，供各种动力和照明设备安全而方便地使用。4.2.1变压器的基本结构u1i10AXΦN1N2u20axS用硅钢片叠压制成的变压器铁芯。与电源相接的一次侧绕组。|ZL|与负载相接的二次侧绕组。

变压器的主体结构是由铁芯和绕组两大部分构成的。变压器的绕组与绕组之间、绕组与铁芯之间均相互绝缘。u204.2.2变压器的工作原理u1i10ΦN1N21.变压器的空载运行与变换电压原理

交变的磁通穿过N1和N2时，分别在两个线圈中感应电压：

计算它们的比值：有：

显然，改变线圈绕组的匝数即可实现电压的变换。且k>1时为降压变压器；k<1时为升压变压器。变压比，简称变比u2u1i1Φ2.变压器的有载运行与变换电流原理

变压器负载运行时，一次侧电流由i0变为i1，二次侧则产生负载电流i2，而电压u20相应变为u2。

变压器负载运行时，二次侧电流i2产生副边磁动势I2N2，该磁动势对I0N1起削弱作用。i2

根据主磁通原理，只要电源电压和频率不变，铁芯中的工作主磁通Φ的数值将维持不变。因此，原边电流i0相应增大为i1，原边磁动势也增大为I1N1，增大的部分恰好与二次侧磁动势相平衡。此时的磁动势方程式为：

磁动势平衡方程式告诉我们：变压器二次测电流i2的大小是由负载决定的，但二次侧的能量来源于一次侧，两侧电路并没有直接的电的联系，而是通过磁耦合把能量从原边传递到副边。

由上式可得：

变压器铁芯的导磁率很高，因此满足工作主磁通需要的磁动势I0N1很小，和I1N1相比可忽略不计，所以磁动势平衡方程式又可改为：

变压器在能量传递的过程中损耗很小，因此一次侧和二次侧的容量近似相等，有：变流比能量传递过程中，变压器在变换电压的同时也变换了电流。3.变压器的阻抗变换作用

设变压器副边所接负载为|ZL|，原边等效输入阻抗为|Z1|，则有：将变压器的变压比公式和变流比公式代入上式得：

上式告诉我们：只要改变变压器的匝数比，即可获得合适的二次侧对一次侧的反射阻抗|Z1|。式中k2称为负载阻抗折算到一次侧时的变换系数。已知某收音机输出变压器的原边匝数为600，副边匝数为30，原边原来接有16Ω的扬声器。现因故要改接成4Ω扬声器，问输出变压器的匝数N2应改为多少？例解收音机电路中，输出变压器所起的作用是：让扬声器阻抗与晶体管的输出端阻抗匹配，以使负荷上获得最大功率，从而驱动喇叭振动发出声音。收音机原阻抗变换系数为：反射阻抗：改换成4Ω扬声器后：设交流信号源电压U=100V，内阻R0=800Ω，负载RL=8Ω。(1)将负载直接接至信号源，负载获得多大功率？(2)经变压器阻抗匹配，求负载获得的最大功率是多少？此时变压器变比是多少？例解负载直接与信号源相接时，负载上获得的功率为：

阻抗匹配时，负载折算到原绕组的反射阻抗等于800Ω。因此负载上获得的最大功率为：变压器的变比为：

变压器输出电压u2随负载电流i2变化的关系称为它的外特性，即：u2U2Ni2I2N0cos(-φ2)=0.8超前cosφ2=1cosφ2=0.8滞后4.2.3变压器的外特性u2＝f（i2）外特性可用右图所示曲线描述。(1)负载为纯电阻性质时，cosφ=1，输出电压u2随负载电流i2的增加略有下降；

结论负载的功率因数对变压器的外特性影响很大。(2)负载为感性时，u2随i2的增加下降的程度加大；(3)负载为容性时，输出特性曲线呈上翘状态，说明u2随

i2的增加反而加大。变压器外特性变化的程度，可以用电压调整率ΔU%来表示。电压调整率定义为：变压器由空载到满载时，二次侧输出电压U2的变化程度，即：4.2.4电压调整率电压调整率反映了变压器运行时输出电压的稳定性，是变压器的主要性能指标之一。一般变压器的漏阻抗很小，故电压调整率不高，为2%～3%。当负载的功率因数过低时，会使电压调整率大为升高，负载电流此时的波动必将引起供电电压的较大波动，给负载运行带来不良的影响。为此，当电压波动超过用电的允许范围时必须进行调整。提高线路的功率因数，也能起到降低电压调整率的作用。4.2.5

变压器的损耗和效率在能量传递的过程中，变压器内部将产生损耗。变压器内部的损耗包括铜损耗和铁损耗两部分，即：在电源电压有效值U1和频率f不变的情况下，由于工作主磁通Φm始终维持不变，因此无论是空载还是满载，变压器的铁损耗ΔPFe几乎是一个固定值，故称ΔPFe​为不变损耗。变压器的铜损耗随负载电流变化，随负载电流变化，且与一、二次侧电流的平方成正比，即ΔPCu随负载的大小变化而变化，故称可变损耗。

变压器的效率是指变压器的输出功率P2与输入功率P1的比值，通常用百分数表示，即：

由于变压器没有旋转部分，因此效率比较高。控制装置中的小型电源变压器的效率通常在80%以上；电力变压器的效率一般可达95%以上。

变压器在运行中需注意，并非运行在额定负载时效率最高。实践证明，变压器所带负载为满载的70%左右时效率最高。因此，应根据负载情况采用最好的运行方式。譬如控制变压器运行台数，投入适当容量的变压器等，以使变压器能够处在高效率情况下运行。实践3：电压与电流的变换验证实验器材：220V/110V单相双绕组变压器、220V交流电源、0-250V交流电压表、0-2A交流电流表、0-200Ω可变电阻负载。2.实验步骤：（1）分别将二次侧接电阻负载、电感负载、电容负载，保持负载电流均为0.5A（额定电流的50%）；（2）用电压表测三种负载下的二次侧电压U₂，记录数据。3.现象分析：电阻负载时U₂≈108V，电感负载时U₂≈105V，电容负载时U₂≈112V；4.结论：负载功率因数越低（感性越强），输出电压越低；容性负载会使输出电压略有升高，验证外特性规律。核心提示：1.变压器的核心是铁心磁耦合，一次侧与二次侧无电的直接联系，通过主磁通传递能量；2.电压、电流、阻抗变换均由匝数比决定：电压比=匝数比，电流比=匝数反比，阻抗变换比=匝数比的平方；3.外特性受负载性质影响大，电压调整率反映输出稳定性，效率在70%额定负载时最高，这些是变压器选型与运行的重要依据。［案例］一台35kV的单相变压器接在工频交流电源上，已知副边空载电压U20＝6.6kV，铁心截面积为1120cm2，若选取铁心中的磁感应强度Bm＝1.5T，分析求得变压器的变比及其原边、副边匝数N1和N2。［案例分析］根据变比公式可得：铁芯中工作主磁通的最大值为：［结论］根据变压器的变换作用，可求得单相变压器的原、副边匝数。原、副边匝数分别为：4.2.6变压器的实例分析变压器能否变换直流电压？为什么？你会做吗？已知变压器UIN=220V，为使铁心不致饱和，规定Φm≤0.001Wb，问变压器原线圈至少应绕多少匝？

欲制作一个220/110V的小型变压器，能否原边绕2匝，副边绕1匝？为什么？

若不慎将额定值110/36V的小容量变压器原边接到110V直流电源上，副边会产生什么情况？原边呢？检验学习效果一个交流电磁铁，额定值为工频电220V，现不慎接在了220V的直流电源上，问会不会烧坏？为什么？4.3

实际工程中的常见变压器提出问题电力变压器在电力系统中如何实现电能的经济传输？自耦变压器与普通双绕组变压器有何区别？电焊变压器的外特性为何特殊？仪用互感器使用时需遵守哪些安全规定？核心提示：需明确电力变压器在电力系统中的输电、配电作用，掌握自耦变压器与普通变压器的结构差异，熟悉电焊变压器的特殊外特性，牢记仪用互感器的安全使用规则。知识准备电力变压器是电力系统的心脏，用于实现电压等级的变换，保障电能经济传输与安全使用：输电环节：发电机出口电压较低，通常为6.3kV、10.5kV，若直接远距离输电，电流大、线路损耗大、导线截面需很大不经济。通过升压变压器将电压升至35kV、110kV、220kV甚至1000kV，可大幅减小输电电流，降低线路损耗与成本；配电环节：输电线路的高电压无法直接供用户使用如居民用电220V、工业用电380V，需通过降压变压器将电压降至用户所需等级。我国远距离交流输电电压等级主要有35kV、110kV、220kV、500kV、750kV、1000kV，直流输电最高达±1100kV如昌吉—古泉工程。4.3.1电力变压器电力变压器的结构图(1)目前，我国远距离交流输电的电压等级主要有35kV、110kV、220kV、500kV、750kV和1000kV其中，1000kV特高压交流输电系统是国际上已投入实际运行的最高电压等级之一。此外，我国还建成了±1100kV特高压直流输电工程，为目前全球最高的直流输电电压。(2)如此高的电压是无法直接用于电气设备的。一方面用电设备的绝缘材料不可能具备如此高的耐压等级，另一方面使用也不安全，所以需要通过降压变压器将高电压降到用户需要的低电压后方能使用。通常，电能从发电厂到用户的整个输送过程中，需要经过3～5次电压变换。

由此可见，在电力系统中，电力变压器的应用是非常广泛的，而且它对电能的经济传输、合理分配和安全使用也具有十分重要的意义。定义：把普通双绕组变压器的高压侧绕组和低压侧绕组相串联，即可构成一台自耦变压器，如下图所示。连成自耦变压器实际自耦变压器4.3.2

自耦变压器(自耦调压器)

实际应用中，自耦变压器只用一个绕组，原绕组匝数较多，原绕组的一部分兼作副绕组。两者之间不仅有磁的耦合，而且还有电的直接联系。普通双绕组变压器AXaxN1N2AN1XaxN2AXaxN1N2

自耦变压器的工作原理和普通双绕组变压器相同。因此，其变比公式与双绕组变压器一样，即：实验室中单相调压器结构原理图实验室中单相和三相调压器的实物图优点：额定容量相同时，自耦变压器与双绕组变压器相比，其单位容量所消耗的材料少、变压器的体种小、造价低，而且铜耗和铁耗都小，因而效率较高。自耦调压器的特点缺点：由于原、副边共用一个绕组，因此当高压侧遭受过电压时，会波及低压侧，为避免危险，需在自耦变压器的原、副边都装设避雷器。结论自耦调压器不能当作安全变压器来使用。安全注意事项：自耦变压器由于一次侧与二次侧有电的直接联系，若高压侧绝缘损坏，高电压会直接传到低压侧，存在安全隐患。因此，自耦变压器严禁作为安全变压器使用（如不用于机床照明、手持工具供电），且通电前必须将调压手柄调至零位。4.3.3电焊变压器

电焊变压器是专供电焊机使用的特殊变压器。工厂和施工工地广泛使用的交流电焊机就是由一个电焊变压器和一个可变电抗器构成的。其中电焊变压器是一个降压变压器。对电焊变压器的要求：空载时要有约为60~70V足够大的引弧电压；焊接时要求电压陡降，额定负载下电压约25~30V。在焊条与工件相碰不起弧、即副边短路时，短路电流要求不能过大。此外，还要求能够调节焊接电流的大小。变压器电抗器可动铁心u2/Vi2/A07030IN电焊变压器外特性电焊变压器的外特性呈“陡降”趋势——负载电流增大时，输出电压急剧下降，这是区别于普通变压器的核心特征。

电压互感器和电流互感器又称为仪用互感器，是电力系统中使用的测量设备，其工作原理与变压器基本相同。1.与小量程的标准化电表配合测量高电压、大电流；2.使测量回路与被测回路隔离，以保障人员和设备的安全；3.为各类继电保护和控制系统提供控制信号。4.3.4

仪用互感器使用仪用互感器的目的电压互感器产品图电流互感器产品图

电压互感器的原绕组匝数很多，并联于待测电路两端；副绕组匝数较少，与电压表及电度表、功率表、继电器的电压线圈并联。用于将高电压变换成低电压。1.电压互感器电压互感器示意图电压互感器使用注意事项

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电压互感器的副边不允许短路。因为一旦发生短路，副边将产生一个很大的电流，导致原边电流随之激增，由此将烧坏互感器的绕组。*

电压互感器的副边应当可靠接地。*

电压互感器的副边阻抗不得小于规定值，以减小误差。2.电流互感器

电流互感器的原绕组线径较粗，匝数少与待测电路负载串联；副绕组线径细且匝数多，与电流表及电度表、功率表、继电器的电流线圈串联。用于将大电流变换为小电流。电流互感器示意图电流互感器使用注意事项

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电流互感器的副边不允许开路。因其原边电流是由被测电路决定的。正常运行时副边相当于短路，具有强烈的去磁作用，所以铁芯中工作主磁通所需的励磁电流相应很小。若副边开路，原边电流全部成为励磁电流而导致铁芯中工作磁通剧增，致铁芯严重饱和过热而烧损，同时因副绕组匝数很多，又会感应出危险的高电压，危及操作人员和测量设备的安全。*

电压互感器的副边应当可靠接地。*

副边阻抗不得超过规定值，以免增大误差。实践4：自耦调压器的使用实验器材：输入220V，输出0-250V的单相自耦调压器、0-300V交流电压表、220V/100W灯泡负载。2.实验步骤：（1）检查调压器手柄是否在零位，确认后将输入端接220V电源；（2）缓慢转动手柄，观察电压表读数从0升至250V的过程，同时观察灯泡亮度变化；（3）尝试将输出电压调至220V（灯泡正常发光），再调至250V（灯泡过亮），最后调回零位后断电。3.安全强调：通电前必须将手柄调至零位，防止输出电压过高烧毁负载；严禁作为安全变压器给低压设备供电；4.结论：自耦调压器可平滑调节输出电压，但其一次侧与二次侧有电的联系，存在安全风险。实践5：仪用互感器安全操作模拟实验器材：220V/100V电压互感器、5A/5A电流互感器、0-100V标准电压表、0-5A标准电流表、模拟高压指示灯、警示装置。2.实验步骤：（1）电压互感器