《电机与变压器》课件 第六章　特殊变压器

第六章特殊变压器467目录468§6-1仪用变压器§6-2自耦变压器§6-3弧焊变压器§6-1仪用变压器4694701．熟悉仪用变压器的作用和特点。2．掌握电流互感器的结构、工作原理和使用方法。3．掌握电压互感器的结构、工作原理和使用方法。学习目标一、仪用变压器的特点1．扩大测量仪表的量程，降低功耗在测量交流大电流、高电压时，采用分流电阻和分压电阻来扩大仪表量程已经很困难。显然，交流电流表不仅要为散热而增大体积，而且串联接入电路后还会影响电路正常的工作状态。如果利用仪用变压器将大电流、高电压按比例地变换成小电流、低电压，再用低量程的交流仪表进行测量，就相当于扩大了交流仪表的量程。此外，采用仪用变压器扩大交流仪表量程时，虽然仪用变压器本身也会消耗一定的功率，但其数值会大大降低。4712．隔离高压，安全可靠由于仪用变压器能将高电压变换成低电压，而且测量高压电路的电压或电流时，仪用变压器的一次侧与被测电路相连接，二次侧连接测量仪表，因此，测量仪表与被测电路之间没有直接的电联系，使得测量仪表和操作人员与高电压、大电流隔离开来，不但降低了对测量仪表的绝缘要求，而且保证了操作人员和仪表的安全。4723．有利于仪表生产的标准化，降低生产成本于电压互感器的额定二次电压规定为100V，电流互感器的额定二次电流规定为5A，所以生产厂家只要生产量程为100V的交流电压表和量程为5A的交流电流表，再配用不同变比的仪用变压器，就能满足各种高电压、大电流的测量需要。473二、电流互感器1．电流互感器的结构和工作原理电流互感器实际上是一个变换电流的变压器，它能将一次侧的大电流变换成二次侧的小电流。由于变压器的一次侧、二次侧的电流之比与一次绕组、二次绕组的匝数之比成倒数关系，所以电流互感器一次绕组的匝数远小于二次绕组的匝数，一般只有一匝到几匝。电流互感器的图形符号如图a所示。使用时，电流互感器的一次侧与被测电路串联，二次侧与电流表（或测量仪表的电流线圈）串联，如图b所示。474475电流互感器a）图形符号b）测量原理图476电流互感器的额定一次电流I1N

与额定二次电流I2N

之比称为电流互感器的额定变比（变流比），用kr

表示，即电流互感器的铭牌上都标有其额定变比。测量时，可根据二次侧电流表的电流测量值I2，计算出一次侧被测电流I1

的数值，即

I1=kr×I2为使用方便，与电流互感器配合使用的交流电流表，可按电流互感器额定一次电流直接进行刻度。2．电流互感器的选择和使用方法（1）电流互感器在电路中作电流、电能测量和继电保护用。电流互感器的额定一次电流为10～25000A，额定二次电流为5A；额定容量包括5V·A、10V·A、15V·A、20V·A等；额定准确级通常分为0.1、0.2、0.5、1.0、3.0和5.0六级，分别用于不同的场合，当用于实验室时，其额定准确级要求在0.2级以上；额定一次电压包括0.5kV、10kV、15kV、35kV等，380/220V三相四线制电路的电流测量均选用0.5kV的电流互感器。477（2）使用时应正确接线。电流互感器的一次侧与被测电路串联，二次侧与电流表（或测量仪表的电流线圈）串联，如图所示。电流互感器二次侧回路的连接导线应采用铜质单芯绝缘线，其横截面积应不小于4mm2。478电流互感器的接线图（3）电流互感器的二次侧在运行中严禁开路。因此，在电流互感器的二次侧回路中绝对不允许装设熔断器。运行中如需拆除或更换电流表，应先将电流互感器的二次侧短路后再进行操作。（4）在高压电路中，电流互感器的铁芯和二次绕组一端必须可靠接地，以确保人身和设备的安全。但是在380/220V低压电路中，电流互感器的铁芯和二次绕组一端可以不接地。（5）接在同一电流互感器二次侧的测量仪表不能太多，否则测量仪表消耗的功率将超过电流互感器二次侧的额定功率，进而导致测量误差增大。479常用的电流互感器见下表。480常用的电流互感器481常用的电流互感器三、电压互感器1．电压互感器的结构和工作原理电压互感器实际上是一个降压变压器，它能将一次侧的高电压变换成二次侧的低电压，其一次绕组的匝数远大于二次绕组的匝数。电压互感器的图形符号如图a所示。使用时，电压互感器的一次侧与被测电路并联，二次侧与电压表（或测量仪表的电压线圈）并联，如图b所示。482483电压互感器a）图形符号b）测量原理图484电压互感器额定一次电压U1N

与额定二次电压U2N

之比称为电压互感器的额定变比（变压比），用kr

表示，即电压互感器的铭牌上都标有其额定变比。测量时，可根据二次侧电压表的电压测量值

U2，计算出一次侧被测电压U1

的数值，即U1=kr×U2为使用方便，与电压互感器配合使用的交流电压表，可按电压互感器额定一次电压直接进行刻度。2．电压互感器的选择和使用方法（1）电压互感器在电路中主要作电压、电能测量和继电保护用。选择电压互感器时，必须注意其额定电压应与被测电路的额定电压相符，二次侧负载电流不得超过额定二次电流。电压互感器的额定准确级分为

0.1、0.2、0.5、1.0和3.0五级，其中，0.1级和0.2级用于实验室的精密测量，0.5级用于计量，1.0级用于发电配电设备的测量和保护，3.0

级用于一般的非精密测量。485（2）使用时应正确接线。电压互感器的一次侧与被测电路并联，二次侧与电压表（或测量仪表的电压线圈）并联，如图所示。486电压互感器的接线图（3）电压互感器的一次侧、二次侧在运行中严禁短路。因此，在电压互感器的一次侧、二次侧回路中都应装设熔断器进行短路保护。（4）电压互感器的铁芯和二次绕组一端必须可靠接地，以防止绝缘损坏时，铁芯和二次绕组带高压电而危及人身和设备的安全。（5）为保证测量的准确度，电压互感器的额定准确级应比所接测量仪表的额定准确级高两级。487常用的电压互感器见下表。488常用的电压互感器§6-2自耦变压器4894901．熟悉自耦变压器的作用和特点。2．掌握自耦变压器的工作原理和接线方法。学习目标自耦变压器按相数不同可分为单相自耦变压器和三相自耦变压器，如图所示。491自耦变压器a）单相自耦变压器b）三相自耦变压器一、自耦变压器的工作原理自耦变压器示意图和原理图如图所示。492自耦变压器示意图和原理图a）示意图b）原理图493自耦变压器是单绕组变压器，与普通双绕组变压器有着相似的电磁关系。当自耦变压器高压绕组接交流电源时，铁芯中会产生交变磁通，在高压绕组上产生感应电动势e1，在低压绕组上产生感应电动势e2，若忽略漏磁通和绕组内阻的影响，则自耦变压器的变比为式中，N1——高压绕组1U1与1U2之间的匝数；

N2——低压绕组2U1与2U2之间的匝数。因此，改变绕组的抽头位置，就可以在输出端得到所需的交流电压。由于高压绕组的匝数大于低压绕组的匝数，所以自耦变压器一般起降压作用。如果需要使用自耦变压器升压，可以将交流电源加在低压绕组上，则在高压绕组上会产生一个比电源电压更高的输出电压。494二、自耦变压器中的电流关系当自耦变压器空载运行（低压绕组未接负载）时，低压绕组中的电流为零，高压绕组中的电流为i0，该电流对应的磁通势i0N1

主要产生铁芯中的主磁通。当自耦变压器的低压绕组接负载后，低压绕组中的电流为i2，高压绕组中的电流由空载电流i0

增加到i1。此时，高压绕组、低压绕组中的电流对应的磁通势i1N1

和i2N2

共同产生铁芯中的主磁通。495496由于电源电压U1

不变，主磁通幅值Фm

也不变，所以产生主磁通的磁通势也不会变化，即i1N1+i2N2=i0N1。由于空载电流很小，若忽略其影响，则i1N1+i2N2=0，所以上式说明，自耦变压器高压绕组、低压绕组中的电流i1

和i2

相位相差180°，大小与匝数成反比。高压绕组、低压绕组中的电流大小关系为I2=kI1497通常自耦变压器的变比k>1，则I2>I1，因此，绕组公共部分的电流大小为I=I2

-

I1=（k

-

1）I1当自耦变压器变比k大于1且接近于1时，绕组公共部分的电流I很小，因此，这部分绕组可以用较细的导线绕制，使自耦变压器的体积和质量减小，这是自耦变压器的一大优点。如果k>2就没有太大的优越性了。自耦变压器的变比一般取1.25～2。三、自耦变压器的特点1．输出电压可调节将自耦变压器绕组的中间抽头做成滑动触头，则可以构成自耦调压器。自耦调压器的铁芯呈圆环形状，上面均匀分布绕组，通过旋转手柄改变滑动触头的位置，从而改变低压绕组的匝数，调节输出电压的高低。自耦调压器常用于电气试验中。实验室中广泛使用的单相自耦调压器，其输入电压一般为220V，输出电压可在0～250V范围内调节。自耦调压器还可以做成三相自耦调压器，常用于大功率交流电动机的降压启动，以达到减小电动机启动电流的目的。4982．制造材料省，工作效率高除了通过绕组间电磁感应传输的功率，自耦变压器的一部分功率是由电路相连直接传输的，后者是普通双绕组变压器所没有的。这两部分传输的功率比例取决于变比。因为自耦变压器通过电路直接传输功率时，不需要消耗有效的材料，所以自耦变压器所用的铜线、硅钢片和其他结构材料都减少了，相应的铜损耗和铁损耗也减少了，从而提高了工作效率。自耦变压器的变比越接近于1，通过电路直接传输的功率比例越大，经济效果也越显著。4993．过电压保护环节较复杂因为自耦变压器高压绕组、低压绕组是相通的，两者之间有电的直接联系，高压侧的电气故障会波及低压侧，如果高压绕组绝缘损坏，高电压可直接进入低压侧，这是很不安全的，所以低压侧应有防止过电压的保护措施。自耦变压器的运行方式、继电保护和过电压保护装置都比普通变压器的更加复杂。一般自耦变压器高压绕组、低压绕组都要装设避雷装置，中性点必须可靠接地。500四、自耦变压器的接线方法如果自耦变压器高压侧输入端的相线和中性线接反，虽然低压侧输出电压大小不变，仍可正常工作，但是此时低压侧输出端的两个端子都已成为高电位，远远超过安全电压，若操作者不小心触及，就会发生触电事故，这是非常危险的，如图a所示。因此，自耦变压器不能用作安全隔离变压器，而且使用时要求自耦变压器接线正确，外壳必须接地，如图b所示。此外，自耦变压器接电源之前，一定要把旋转手柄转到零位。501502自耦变压器的接线方法a）接线错误b）接线正确§6-3弧焊变压器5035041．熟悉弧焊变压器的作用和特点。2．掌握弧焊变压器的工作原理。学习目标为了保证焊接质量和电弧燃烧的稳定性，对弧焊变压器具有以下要求：1．弧焊变压器应具有60～75V的空载电压，以保证容易引燃电弧（起弧），为了操作者的安全，空载电压一般不超过85V。2．弧焊变压器应具有陡降的外特性。当电弧产生后，二次绕组输出电压应急剧下降，通常在额定状态运行时的输出电压约为30V。3．当焊条接触焊接工件时，弧焊变压器处于短路状态，短路电流不能太大，一般应不超过额定电流的两倍，以免损坏交流电弧焊机。4．为了适应不同的焊接工件和焊条，弧焊变压器还应可以在一定范围内调节焊接电流的大小。505为了满足上述要求，弧焊变压器必须具有较多的漏磁通，以便得到较大的漏电抗和陡降的外特性。弧焊变压器的一次绕组、二次绕组分别安装在两个铁芯柱上，绕组的漏电抗比较大，通过改变漏电抗可以达到调节输出电流的目的。根据形成漏电抗和改变漏电抗的方法不同，弧焊变压器可分为带可调电抗器的弧焊变压器、磁分路动铁式弧焊变压器和动圈式弧焊变压器等类型。506一、带可调电抗器的弧焊变压器带可调电抗器的弧焊变压器由一台降压变压器和一个可调电抗器组成，如图所示。507带可调电抗器的弧焊变压器的结构示意图带可调电抗器的弧焊变压器的外特性曲线如图所示。此外，通过分接开关S改变一次绕组的接线端头，可以调节起弧电压的大小。通常将调节一次绕组分接开关的方法称为粗调，转动螺杆调节可调电抗器铁芯气隙的方法称为细调。508带可调电抗器的弧焊变压器的外特性曲线1—空载外特性曲线

2—电抗小时的外特性曲线

3—电抗大时的外特性曲线二、磁分路动铁式弧焊变压器磁分路动铁式弧焊变压器具有三个铁芯柱，两边为主铁芯柱，安装一次绕组和二次绕组，中间为可以活动的动铁芯，其结构示意图如图a所示。一次绕组安装在左边主铁芯柱上，其接线端为1号和2号线端。二次绕组分为两部分，一部分安装在一次绕组外层，与一次绕组在同一个铁芯柱上，另一部分安装在右边主铁芯柱上，其接线端分别是

5号和7号线端。