第六章特殊用途的变压器
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第6章 变压器保护 差动保护
励磁涌流的产生
图6-8 励磁涌流的产生及电流变化曲线 （a）稳态时电压与磁通关系；（c）变压器铁芯的磁化曲线瞬 间合闸时电压与磁通关系
励磁涌流的产生
com
m
2m
np
m
m
Im
t
p
（b）t=0,u=0瞬间空载合闸时电压与磁 通关系 图6-8变压器励磁涌流
I exs
t
（d）励磁涌流波形
变压器各侧电压等级和额定电流不同，因而采用的电流互感
器型号不同，它们的特性差别很大，故引起较大的不平衡
电（实际上是两个电流互感器励磁电流之差）
I unb
3K err K st I k . max K TA.d
（6-12）
Kerr——电流互感器误差，取0.1； KSt——电流互感器同型系数，对发电机线路纵差保护取0.5；对变压器、 母线差动保护取1；
6.4.3变压器的励磁涌流及其抑制措施
变压器励磁电流仅流经变压器的某一侧，因此，通过电流 互感器反应到差动回路中不能被平衡，在外部故障时，由 于电压降低，励磁电流减小，它的影响就更小。可忽略不 计。 但是当变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复时，则 可能出现数值很大的励磁电流(又称为励磁涌流)。
UX1
I Y(1)
I Y(2)
KD UT
I Y(1)
I Y(2)
KD W2 UA
I Y(2)
UX2
I (1)
I (2)
I (1)
I
(2)
I Y(2) - I (2)
Wd
(a)
(b)
第六章电力变压器的继电保护
变压器接线方式为Dyn1接线，矢量匹配在Y侧
I'A
Y
Ia△
-IBY
IAY
-ICY
ICY Ic△ IBY I'C Y
-IAY
Ib△ I'B Y
如图可知Y侧匹配公式： IA= I＇AY/√3 =(IAY-IBY)/√3 IB= I＇BY/√3 =(IBY-ICY)/√3 Ic= I＇CY/√3 =(ICY-IAY)/√3 （IA IB IC为转换后的Y侧电流） 2.2.3装置显示值与通入值之间的关系（单相法试验） 高压△侧： Ia=Ia△×平衡系数 Ib=Ib△×平衡系数 Ic=Ic△×平衡系数 低压Y侧： IA=(I＇AY/√3Ie) ×平衡系数 IB=(I＇BY/√3 Ie) ×平衡系数 Ic=(I＇CY/√3 Ie) ×平衡系数
第6章 电力变压器的继电保护
6.1 电力变压器的故障类型及其保护 变压器的内部故障可分为油箱内故障 和油箱外故障两类。 内部：绕组的相间短路、匝间短路、 接地短路，以及铁芯烧毁等。 外部故障：套管和引出线上发生的 相间短路和接地短路。
不正常的运行状态：外部相间短路、接地短路 引起的相间过电流和零序过电流，负荷超过其 额定容量引起的过负荷、油箱漏油引起的油面 降低，以及过电压、过励磁等。
带负荷调压的变压器在运行中常常需要改变分接头来调电压，这样就 改变了变压器的变比．原已调整平衡的差动保护；又会出现新的不平衡电流 。 此不平衡电流采用提高动作电流来解决。
差动保护的一些基本概念
1.1差动保护CT二次极性的接线方式 CT二次极性的接线方式有180度接线和0度接线两种。
0接线，如图所示：
电力变压器在运行时，由于联接组别和 变比不同，各侧电流大小及相位也不同。 需通过数学方法对TA联接和变比进行补 偿。消除电流大小和相位差异。 变压器各侧电流互感器采用星形接线， 二次电流直接接入本装置。
第6章-磁路和变压器
非磁性材料没有磁畴的结构，所以不具有磁化特性。
(a)无外场，磁畴排列杂乱无章。
(b)在外场作用下，磁畴排列逐 渐进入有序化。
磁性物质的磁化示意图
2. 磁饱和性
磁性物质因磁化产生的磁场是不会无限制增加的，当外磁场(或激 励磁场的电流)增大到一定程度时，全部磁畴都会转向与外场方向 一致。这时的磁感应强度将达到饱和值。
IN lx
I
其中N 为线圈的匝数；Hx 是半径为 x 处的磁场强度 。
乘积 I N 是产生磁通的原因，称为磁动势，用F 表示。
F IN 单位是安培
4. 磁导率
磁导率μ是表示磁场空间 媒质 磁性质的物理量，是物质导磁能力 的标志量。
前面已导出环形线圈的磁场强度 H ，可得磁感应强度 B 为
Bx
磁导率的单位
0.39
A
可见由于所用铁心材料不同，要得到相同的磁感应强度，则所需要的磁动势或励
磁电流是不同的。因此，采用高磁导率的铁心材料可使线圈的用铜量大为降低。
6.2 交流铁心线圈电路
铁心线圈分为两种：
1．直流铁心线圈电路
2．交流铁心线圈电路
直流铁心线圈通直流来励磁（如直流电机的励磁线圈、电磁吸盘 及各种直流电器的线圈）。因为励磁是直流，则产生的磁通是恒定的， 在线圈和铁心中不会感应出电动势来，在一定的电压U下，线圈电流I 只与线圈的R有关，P也只与I2R有关，所以分析直流铁心线圈比较简 单。本课不讨论。
t
qv
Fmax
F
I
B
B
l
B
l
I
S
N
同理，
vB F
三个矢量也构成右旋系关系。
如洛仑兹力公式所表示
F q v B
(a)无外场，磁畴排列杂乱无章。
(b)在外场作用下，磁畴排列逐 渐进入有序化。
磁性物质的磁化示意图
2. 磁饱和性
磁性物质因磁化产生的磁场是不会无限制增加的，当外磁场(或激 励磁场的电流)增大到一定程度时，全部磁畴都会转向与外场方向 一致。这时的磁感应强度将达到饱和值。
IN lx
I
其中N 为线圈的匝数；Hx 是半径为 x 处的磁场强度 。
乘积 I N 是产生磁通的原因，称为磁动势，用F 表示。
F IN 单位是安培
4. 磁导率
磁导率μ是表示磁场空间 媒质 磁性质的物理量，是物质导磁能力 的标志量。
前面已导出环形线圈的磁场强度 H ，可得磁感应强度 B 为
Bx
磁导率的单位
0.39
A
可见由于所用铁心材料不同，要得到相同的磁感应强度，则所需要的磁动势或励
磁电流是不同的。因此，采用高磁导率的铁心材料可使线圈的用铜量大为降低。
6.2 交流铁心线圈电路
铁心线圈分为两种：
1．直流铁心线圈电路
2．交流铁心线圈电路
直流铁心线圈通直流来励磁（如直流电机的励磁线圈、电磁吸盘 及各种直流电器的线圈）。因为励磁是直流，则产生的磁通是恒定的， 在线圈和铁心中不会感应出电动势来，在一定的电压U下，线圈电流I 只与线圈的R有关，P也只与I2R有关，所以分析直流铁心线圈比较简 单。本课不讨论。
t
qv
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F
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B
B
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S
N
同理，
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三个矢量也构成右旋系关系。
如洛仑兹力公式所表示
F q v B
第6章变压器-
第6章变压器** 三相组式和芯式变压器** 三相组式变压器三相组式变压器由3台容量、变比等基本参数完全相同的单相变压器按三相连接方式连接组成。
其示意图如图6.1.1，此图的原、副边均接成星形，也可接成其它接法。
三相组式变压器的特点是具有3个独立铁心；三相磁路互不关联；三相电压对称时，三相励磁电流和磁通也对称。
** 三相芯式变压器三相芯式变压器的磁路系统是由组式变压器演变过来的，其演变过程如图6.1.2所示。
当我们把三台单相变压器的一个边（即铁心柱）贴合在一起，各相磁路就主要通过未贴合的一个柱体，如图6.1.2（a）所示。
这时，在中央公共铁心柱内的磁通为三相磁通之和，即ΦΣ=ΦA+ΦB+ΦC。
当三相变压器正常运行（即三相对称）时，合成磁通ΦΣ=0，这样公共铁心柱内的磁通也就为零。
因此中央公共铁心柱可以省去，则三相变压器的磁路系统如图6.1.2（b）所示。
为了工艺制造方便起见，我们把3相铁心柱排在一个平面上，于是就得到了目前广泛采用的如图6.1.2（c）所示的三相芯式变压器的磁路系统。
图6.1.2 三相芯式变压器的铁心演变过程（a）3个铁心柱贴合（b）中央公共铁心柱取消（c）三相芯式铁心三相芯式变压器的磁路系统是不对称的，中间一相的磁路比两边要短些。
因此，在对称情况下（即ΦA=ΦB=ΦC时），中间相的励磁电流就比另外两相的小，但由于励磁电流在变压器负载运行时所占比重较小，故这对变压器实际运行不会带来多大影响。
比较芯式和组式三相变压器可以知道，在相同的额定容量下，三相芯式变压器具有省材料、效率高、经济等优点；但组式变压器中每一台单相变压器却比一台三相芯式变压器体积小，重量轻，便于运输。
对于一些超高电压、特大容量的三相变压器，当制造及运输发生困难时，一般采用三相组式变压器。
** 三相变压器的联结组三相变压器的原边和副边都分别有A，B，C 三相绕组，它们之间到底如何联法，对变压器图6.1.1 三相组式变压器的运行性能有很大的影响。
第六章变压器
Sh ia iJ
. .
.
Zh ua ng Ra il wa yI
(6 − 10)
(6 − 11)
第六章 变压器
图 6-5 变压器的负载运行
I 1 N1 + I 2 N 2 ≈ I 0 N1
.
这就是变压器中的磁势平衡方程式。变压器的空载电流i0是励磁用的。由于铁心的磁导率高，空 f 载电流是很小的。它的有效值在原绕组额定电流的10%以内,因此i0N1 与i1N1相比，常可忽略。于是式 （6-10）可写成
.
.
= − E1 + I 0 ( R1 + jX σ 1 ) = − E 1 + I 0 Zσ 1
故
.
Zh
. .
.
ua
.
ng
Ra il
(6 − 8)
U 1 ≈ − E1
.
.
wa yI
U 20 = E 2
.
ns ti tu te
9
第六章 变压器
5、变比：
U1 E1 4.44 N1 f Φ m N1 ≈ = = =K U 20 E2 4.44 N 2 f Φ m N 2
图 6-1 心式变压器 （a） 单相心式变压器 （b）三相心式变压器
Sh
4
ia iJ
Zh
ua
ng
Ra
第六章 变压器
il wa
图 6-2 壳式变压器 （a）单相壳式变压器 （b）三相壳式变压器
yI ns ti tu te
一、变压器的结构 主要由铁心、绕组、绝缘及其他一些元部件构成。 铁心 绕组 绝缘 铁心：铁心都是由厚度为0.35—0.5mm的硅钢片迭装而成，硅钢片上涂有绝缘漆。 铁心 （据报道，美国的部分电力变压器已采用0.2mm以下的冷轧钢片。俄罗斯在中高频电机中 采用0.1mm的硅钢片。 绕组：绕组用导电性能好的漆包圆铜线绕制而成，为绝缘方便，低压绕组紧靠铁心， 绕组 高压绕组则套在低压绕组的外边，两个绕组之间留有油道，一方面作为绕组间绝缘，另一 方面冷却绕组。
三绕组变压器和其他用途变压器
第一节 三绕组变压器
U13 U1 (U 3 ) I1[r1 j(L1 M12 M13 M 23 )] I3[r3 j(L3 M13 M 23 M12 )] I1(r1 jx1) I3 (r3 jx3 ) I1z1 I3 z3
z1 r1 jx1 x1 (L1 M 12 M 13 M 23 )
假如低压绕组处于高压和中压绕组之间，中压绕组 在最里层，为升压变压器；假如中压绕组处于高压和低 压绕组之间，低压绕组在最里层，为降压绕组。
三绕组变压器运营时，可将其中旳一种绕组接电源， 则另外两个绕组有两个等级旳电压输出；也能够将两个 绕组接电源，向第三个绕组供电，提升供电可靠性。
图6-1 三绕组变压器绕组布置图 图6－2 SFSZ9系列110kV级三绕组变压器
第一节 三绕组变压器
3.等效电路中参数旳测定
三绕组变压器简化等效电路中旳参数能够经过三次 短路试验测出。短路试验可按如下环节进行： （1）第一次短路试验
将电压加在绕组1，绕组2短路，绕组3开路，此时 测得旳短路阻抗为：
zk12 z1 z2 (r1 r2) j(x1 x2 ) rk12 jxk12
组旳铜耗之和。
因为三绕组变压器旳各绕组额定容量可能不相
等，所以在采用标幺值进行计算时，应进行容量
折算。一般取高压绕组旳额定容量作为容量基值。
第二节 自耦变压器
所谓自耦变压器，是一次和二次共用同一种 绕组旳变压器，其与双绕组变压器旳主要差别在 于：自耦变压器旳一次和二次之间不但有磁旳耦 合，还有电旳联络。
第一节 三绕组变压器
2.容量与联结组 双绕组变压器旳一、二次绕组容量相等，三绕组变压器根据供电需要，三
个绕组旳容量可以不相等。其额定容量指三个绕组中容量最大旳一个绕组旳额 定容量。
电机学第6章特殊变压器讲义教材
3．分裂运行及分裂阻抗 高压绕组开路，低压的一个分裂绕组对另一个分裂绕组运行时，称为分裂运行，
此时两个分裂绕组之间的短路阻抗（折算到高压侧）称为分裂阻抗 Z f 。
4．分裂系数
kf
Zf Zs
3~4
是分裂变压器的基本参数，既用来定性分析分裂变压器的特性，又作为设计指标。
第6章 特殊变压器
三、等效电路
第6章 特殊变压器
6.2 自耦变压器
一、结构特点与用途
结构特点: 低压绕组是高压绕组的一部 分，一、二次绕组之间既有 磁耦合，又有电联系。
U1U2为一次绕组，匝数为 N1 ； u1u2为二次绕组，匝数为 N2，又称为公共绕组； U1u1称为串联绕组，匝数为 N1-N2 。 用途：用来连接两个电压等级相近的电力网，作为两电网的联络变压器；
第6章 特殊变压器
6.3 分裂变压器
一、结构特点与用途
1．结构特点（以单相双分裂绕组变压器为例）
高压绕组由两条支路并联组成（并非分裂绕组）。
电路上彼此分离
低压绕组是
两个分裂绕组。
磁路上松散耦合
低压两个分裂绕组的特点: 结构相同、容量相等，两个绕组容量之和等于
高压绕组的额定容量，即分裂变压器的额定容量。
如绕组3发生短路 U3 0 I2 I3 忽略 I2
残余电压
U2 U0 Z1Z3Z3U1
1.75Zs (0.1251.75)Zs
U1
0.93U1
即使分裂系数取较小值 k f 3 U2 0.8U 61
通常发电厂要求残余电压不低于65％额定电压， 因此，分裂变压器可以大大提高厂用电的可靠性。
双分裂绕组变压器实质上是三绕组变压器，二者等效电路及参数公式相同。
Z1
此时两个分裂绕组之间的短路阻抗（折算到高压侧）称为分裂阻抗 Z f 。
4．分裂系数
kf
Zf Zs
3~4
是分裂变压器的基本参数，既用来定性分析分裂变压器的特性，又作为设计指标。
第6章 特殊变压器
三、等效电路
第6章 特殊变压器
6.2 自耦变压器
一、结构特点与用途
结构特点: 低压绕组是高压绕组的一部 分，一、二次绕组之间既有 磁耦合，又有电联系。
U1U2为一次绕组，匝数为 N1 ； u1u2为二次绕组，匝数为 N2，又称为公共绕组； U1u1称为串联绕组，匝数为 N1-N2 。 用途：用来连接两个电压等级相近的电力网，作为两电网的联络变压器；
第6章 特殊变压器
6.3 分裂变压器
一、结构特点与用途
1．结构特点（以单相双分裂绕组变压器为例）
高压绕组由两条支路并联组成（并非分裂绕组）。
电路上彼此分离
低压绕组是
两个分裂绕组。
磁路上松散耦合
低压两个分裂绕组的特点: 结构相同、容量相等，两个绕组容量之和等于
高压绕组的额定容量，即分裂变压器的额定容量。
如绕组3发生短路 U3 0 I2 I3 忽略 I2
残余电压
U2 U0 Z1Z3Z3U1
1.75Zs (0.1251.75)Zs
U1
0.93U1
即使分裂系数取较小值 k f 3 U2 0.8U 61
通常发电厂要求残余电压不低于65％额定电压， 因此，分裂变压器可以大大提高厂用电的可靠性。
双分裂绕组变压器实质上是三绕组变压器，二者等效电路及参数公式相同。
Z1
工厂供配电技术第6章电力变压器
室外变压器不超过30%，对室内变压器不超过20% 。允许
变压器正常过负荷倍数及允许过负荷的持续时间参照表 3.1。
3.事故过负荷能力
当变压器在事故状态下（如两台并列运 行的变压器在一台被切除时)，为保证重要 负荷的继续供电，可允许短时间内较大幅 度的过负荷运行。这种过负荷运行即事故 过负荷。 变压器的事故过负荷能力是以牺牲变压 器的寿命为代价的。
2.变压器的常见故障分析 变压器故障
磁路故障
磁路故障一般指铁心、轭铁及夹件间发生的故障。常
见的有硅钢片短路、穿心螺栓及铁轭夹紧件与铁心之间
的绝缘损坏以及铁心接地不良引起的放电等。
电路故障
电路故障主要指绕组和引线故障等，常见的有线圈的
绝缘老化、受潮，切换器接触不良，材料质量及制造工 艺不良，过电压冲击及二次系统短路引起的故障等。
油色变黑、 油面过低 气体继电 器动作
分接开关 触头灼伤
测量直流电阻，吊出器身检查处理
第6章 电力变压器
6. 1常用电力变压器的类型 电力变压器是供配电系统中实现电能输送、 电压变换，满足不同电压等级负荷要求的核 心器件，使用最多的是三相油浸式电力变压
器和环氧树脂浇注式干式变压器。电力变压
器的绕组导体材质有铜绕组和铝绕组。
种类
电力变压器按调压方式分，有无载调压和有载调 压两大类，工厂变电所中大多采用无载调压方式的变压 器。 变压器按绕组绝缘方式及冷却方式分，有油浸式、 干式和充气式等。工厂变电所中大多采用油浸自冷式变 压器。 变压器按用途分为普通式、全封闭式、防雷式。 工厂变电所中大多采用普通式变压器。
1．吊出铁心，修理或调换线圈 2．减小负载或排除短路故障后修理绕组 3．修理铁心，修复绕组绝缘 4．用绝缘电阻表测试并排除故障
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S U 2 N I1 2U 2 N I2 N (1 1 k) S N (1 1 k) S N
2. 传导容量：额定容量中的第二部分为 S' U2NI1N
与此相对应的功率是原方电流I1通过传导关系直接 传递给负载的，称为传导容量。 由于传导容量不增加变压器的计算容量，且是两线 圈变压器所没有的，所以它比两线圈变压器有一系 列优点。
第 六 章 其他用途的变压器
6-1 自耦变压器 6-2* 调压器 6-3 仪用互感器
本章基本要求：
1. 掌握自耦变压器的电路特点和结构特点。 2. 了解互感器的工作原理和使用时应注意的事项。
6-1 自耦变压器
普通双绕组变压器的原、副绕组之间互相绝缘，它
们之间只有磁的耦合，没有电的联系。
自耦变压器的特点在于原、副绕组之间不仅有磁的
I12
U2
U1
E1
X-
+x
自耦变压器
1. 电压关系 自耦变压器的额定电压为U1N、U2N，额定电流为I1N、 I2N，则额定容量为
S N U 1 N I1 N U 2 N I2 N 如忽略漏阻抗压降，变比与普通变压器一样，即
kW1 E1 U1N W2 E2 U2N
2. 电流关系 在上接线图中，公共部分电流的相量为 I12 , 它与原、 副边电流相量的关系，根据KCL可得
A
. I1N .
I2N
原、副绕组因绕在同一铁芯柱
U1N
a' W1
上，而被同一主磁通所交链。
a W2 U2N
X
x
所以原绕组每匝感应电势
x'
E&1wW E&11 j4.44f&m
副绕组每匝感应电势
显然 E&1w E&2w
E&2wW E&22 j4.44f &m
在图中若原绕组a'x 部分的匝数与副绕组ax的匝数
6-3 仪用互感器
互感器是一种测量用的设备，有电流互感器和电压 互感器两种，它们的作用原理与变压器相同。 使用互感器的目的: 为了工作人员的安全，使测量回路与高压电网隔离； 扩大常规仪表的量程，可以使用小量程的电流表测 量大电流，用低量程的电压表测量高电压。 用于各种继电保护装置的自动检测系统。 互感器有各种规格，但测量系统使用的电压互感器副 方额定电压都设计成100V，电流互感器副边额定电 流都设计成5A或1A，作为控制系统使用的互感器没 有统一的规格。
自耦变压器
三、自耦变压器的特点 1. 由于自耦变压器的计算容量小于额定容量，所以 在同样的额定容量下，自耦变压器的主要尺寸缩小， 有效材料（硅钢片和铜线）和结构材料（钢材）都 相应的减少，故自耦变压器的效率较高。
2. 自耦变压器的短路阻抗标么值比两线圈变压器的 小。 3. 由于自耦变压器原、副方有电的直接关系，当高 压方过电压时会引起低压方严重的过电压。为避免 这种危险，原、副方都需要安装避雷针。
所以
I& 1NW 1I& 2NW 2I& 0W 1
自耦变压器的磁势平衡关系，与普通双绕组变压器相
同。
在忽略励磁电流的条件下 I& 1N W W12 I& 2N 1kI& 2N
I & 1 2 I & 1 N I & 2 N 1 kI & 2 N I& 2 N I& 2 （ N1 k 1 ）
自耦变压器
自耦变压器绕组的公共部分的电流比额定负载电流
要小。
当不计励磁电流时，原边电流和副边电流相差180º。
因此，从有效值来看 二、容量关系
I12 I2NI1N
变压器的额定容量
S N U 1 N I 1 N U 2 N I 2 N U 2 N ( I 1 I 1 N 2 ) U 2 N I 1 U 2 N I 1 N S S '
耦合，而且还有电的直接联系。
自耦变压器只有一个绕组。
一、自耦变压器的工作原理 手
自耦变压器可以设想为从双 柄 绕组变压器演变而来的。
设有一双绕变压器，其高压绕
接 线 柱
组的额定电压为U1N，额定电 流为I1N，匝数为W1；
自耦变压器
调压器（自耦变压器）
自耦变压器
低压绕组的额定电压为U2N，额 定电流为I2N，匝数为W2；
电压互感器正常运行时，接近空载。副边短路时， 电流将变得很大， 引起绕组过热而烧毁。
仪用互感器
（2）为安全起见，电压互感器的副线圈连同铁心一
起，必须可靠接地。
（3）电压互感器有一定的额定容量，使用时副边不
宜接过多的仪表。
并联过多的仪表后，副边阻抗减小，原、 副边电流
增大， 原、副边漏阻抗压降增加， 误差增加。
(2)电流互感器的副线圈和铁心，必须可靠接地。 (3)为了减少测量误差，电流互感器使用时副方所串接 的仪表应尽量少。否则随着仪表数量的增加，电流互 感器的副方端电压降将增大，不再近似是短路状态， 励磁电流增大，影响测量精度。
本章结束
I1 I2
=
W2 W1
=
ki
式中 ki——电流互感器的额定电流比。
仪用互感器
互感器内总有一定的励磁电流，因此测量的电流总 是有一定的误差，按照误差的大小，电流互感器分 为0.2、0.5、1.0、3.0和10.0等五个标准等级。 2. 使用电流互感器应注意 (1)电流互感器副方绝对不允许开路。 开路时，原边电流将成为励磁电流，造成铁损耗急剧 上升，过热烧毁绝缘，并在副边出现极高的电压。
相等。
自耦变压器
可将a'与a，x'与x 直接相联，不改变变压器内部的 电磁关系。 把副绕组与原绕组a'x 部分直接并联，进一步可将副 绕组与原绕组相并联部分合并。从而省去副绕组，这 样就形成了一台自耦变压器。
A+ I1
I2
_a
U1 W1 E1 X－
I2 I12
－a
E2
W2 U2 ＋
x
A + I1
E2
自耦变压器的额定容量有两部分组成。
1. 计算容量：
应关系传递给副边电流的电磁容量，即电磁功率。
自耦变压器
电磁功率决定了变压器的主要尺寸和材料消耗，是 变压器设计的基础，称为自耦变压器的计算容量。 自耦变压器的计算容量小于额定容量。
二、电流互感器
1. 工作原理 如图所示是电流互感器的接线图。
原线圈由1匝或几匝截面积较大 的导线构成，并串入所要测量电 流的电路中；
I1
W1
I1
W2
A
Iz
仪用互感器
副方用匝数较多、截面较小的导线构成，并与阻抗 很小的仪表（电流表、功率表的电流线圈）接成闭 和回路。 电流互感器相当于变压器短路运行的情况。 由于电流互感器要求误差较小，所以励磁电流越小越 好，因此铁心磁通密度较低，一般在（0.08-0.10）T。 如忽略励磁电流，由磁势平衡关系
仪用互感器
一、电压互感器 1. 工作原理 右图是电压互感器的接线图。
原方接被测的高压电路，副方接 电压表或功率表的电压线圈。 由于电压表或功率表的电压线圈
内阻很大，所以电压互感器的运
行情况相当于变压器的空载运行。
若忽略漏阻抗压降
U1 U2
=
W1 W2
=
ku
I1
W1
W2
V
电压互感器
仪用互感器
为了提高电压互感器的精度，必须减小励磁电流和 原、副边的漏阻抗，所以电压互感器的铁心一般采 用性能较好的硅钢片制成，且使铁心不饱和，磁通 密度约（0.6-0.8）T。 我国目前生产的电力电压互感器，按准确分为0.5、 1.0和3.0等三级。 2. 使用电压互感器时应注意 （1）电压互感器副方绝对不允许短路。
I 12I 1NI 2N
自耦变压器
由磁势平衡方程式，两部分绕组所产生的磁势与励 磁磁势互相平衡
I& 1NW AaI& 12W 2I& 0W 1
I& 1N(W 1W 2)(I& 1NI& 2N)W 2 I & 1 N W 1 I & 1 N W 2 I & 1 N W 2 I & 2 N W 2 I & 0 W 1
2. 传导容量：额定容量中的第二部分为 S' U2NI1N
与此相对应的功率是原方电流I1通过传导关系直接 传递给负载的，称为传导容量。 由于传导容量不增加变压器的计算容量，且是两线 圈变压器所没有的，所以它比两线圈变压器有一系 列优点。
第 六 章 其他用途的变压器
6-1 自耦变压器 6-2* 调压器 6-3 仪用互感器
本章基本要求：
1. 掌握自耦变压器的电路特点和结构特点。 2. 了解互感器的工作原理和使用时应注意的事项。
6-1 自耦变压器
普通双绕组变压器的原、副绕组之间互相绝缘，它
们之间只有磁的耦合，没有电的联系。
自耦变压器的特点在于原、副绕组之间不仅有磁的
I12
U2
U1
E1
X-
+x
自耦变压器
1. 电压关系 自耦变压器的额定电压为U1N、U2N，额定电流为I1N、 I2N，则额定容量为
S N U 1 N I1 N U 2 N I2 N 如忽略漏阻抗压降，变比与普通变压器一样，即
kW1 E1 U1N W2 E2 U2N
2. 电流关系 在上接线图中，公共部分电流的相量为 I12 , 它与原、 副边电流相量的关系，根据KCL可得
A
. I1N .
I2N
原、副绕组因绕在同一铁芯柱
U1N
a' W1
上，而被同一主磁通所交链。
a W2 U2N
X
x
所以原绕组每匝感应电势
x'
E&1wW E&11 j4.44f&m
副绕组每匝感应电势
显然 E&1w E&2w
E&2wW E&22 j4.44f &m
在图中若原绕组a'x 部分的匝数与副绕组ax的匝数
6-3 仪用互感器
互感器是一种测量用的设备，有电流互感器和电压 互感器两种，它们的作用原理与变压器相同。 使用互感器的目的: 为了工作人员的安全，使测量回路与高压电网隔离； 扩大常规仪表的量程，可以使用小量程的电流表测 量大电流，用低量程的电压表测量高电压。 用于各种继电保护装置的自动检测系统。 互感器有各种规格，但测量系统使用的电压互感器副 方额定电压都设计成100V，电流互感器副边额定电 流都设计成5A或1A，作为控制系统使用的互感器没 有统一的规格。
自耦变压器
三、自耦变压器的特点 1. 由于自耦变压器的计算容量小于额定容量，所以 在同样的额定容量下，自耦变压器的主要尺寸缩小， 有效材料（硅钢片和铜线）和结构材料（钢材）都 相应的减少，故自耦变压器的效率较高。
2. 自耦变压器的短路阻抗标么值比两线圈变压器的 小。 3. 由于自耦变压器原、副方有电的直接关系，当高 压方过电压时会引起低压方严重的过电压。为避免 这种危险，原、副方都需要安装避雷针。
所以
I& 1NW 1I& 2NW 2I& 0W 1
自耦变压器的磁势平衡关系，与普通双绕组变压器相
同。
在忽略励磁电流的条件下 I& 1N W W12 I& 2N 1kI& 2N
I & 1 2 I & 1 N I & 2 N 1 kI & 2 N I& 2 N I& 2 （ N1 k 1 ）
自耦变压器
自耦变压器绕组的公共部分的电流比额定负载电流
要小。
当不计励磁电流时，原边电流和副边电流相差180º。
因此，从有效值来看 二、容量关系
I12 I2NI1N
变压器的额定容量
S N U 1 N I 1 N U 2 N I 2 N U 2 N ( I 1 I 1 N 2 ) U 2 N I 1 U 2 N I 1 N S S '
耦合，而且还有电的直接联系。
自耦变压器只有一个绕组。
一、自耦变压器的工作原理 手
自耦变压器可以设想为从双 柄 绕组变压器演变而来的。
设有一双绕变压器，其高压绕
接 线 柱
组的额定电压为U1N，额定电 流为I1N，匝数为W1；
自耦变压器
调压器（自耦变压器）
自耦变压器
低压绕组的额定电压为U2N，额 定电流为I2N，匝数为W2；
电压互感器正常运行时，接近空载。副边短路时， 电流将变得很大， 引起绕组过热而烧毁。
仪用互感器
（2）为安全起见，电压互感器的副线圈连同铁心一
起，必须可靠接地。
（3）电压互感器有一定的额定容量，使用时副边不
宜接过多的仪表。
并联过多的仪表后，副边阻抗减小，原、 副边电流
增大， 原、副边漏阻抗压降增加， 误差增加。
(2)电流互感器的副线圈和铁心，必须可靠接地。 (3)为了减少测量误差，电流互感器使用时副方所串接 的仪表应尽量少。否则随着仪表数量的增加，电流互 感器的副方端电压降将增大，不再近似是短路状态， 励磁电流增大，影响测量精度。
本章结束
I1 I2
=
W2 W1
=
ki
式中 ki——电流互感器的额定电流比。
仪用互感器
互感器内总有一定的励磁电流，因此测量的电流总 是有一定的误差，按照误差的大小，电流互感器分 为0.2、0.5、1.0、3.0和10.0等五个标准等级。 2. 使用电流互感器应注意 (1)电流互感器副方绝对不允许开路。 开路时，原边电流将成为励磁电流，造成铁损耗急剧 上升，过热烧毁绝缘，并在副边出现极高的电压。
相等。
自耦变压器
可将a'与a，x'与x 直接相联，不改变变压器内部的 电磁关系。 把副绕组与原绕组a'x 部分直接并联，进一步可将副 绕组与原绕组相并联部分合并。从而省去副绕组，这 样就形成了一台自耦变压器。
A+ I1
I2
_a
U1 W1 E1 X－
I2 I12
－a
E2
W2 U2 ＋
x
A + I1
E2
自耦变压器的额定容量有两部分组成。
1. 计算容量：
应关系传递给副边电流的电磁容量，即电磁功率。
自耦变压器
电磁功率决定了变压器的主要尺寸和材料消耗，是 变压器设计的基础，称为自耦变压器的计算容量。 自耦变压器的计算容量小于额定容量。
二、电流互感器
1. 工作原理 如图所示是电流互感器的接线图。
原线圈由1匝或几匝截面积较大 的导线构成，并串入所要测量电 流的电路中；
I1
W1
I1
W2
A
Iz
仪用互感器
副方用匝数较多、截面较小的导线构成，并与阻抗 很小的仪表（电流表、功率表的电流线圈）接成闭 和回路。 电流互感器相当于变压器短路运行的情况。 由于电流互感器要求误差较小，所以励磁电流越小越 好，因此铁心磁通密度较低，一般在（0.08-0.10）T。 如忽略励磁电流，由磁势平衡关系
仪用互感器
一、电压互感器 1. 工作原理 右图是电压互感器的接线图。
原方接被测的高压电路，副方接 电压表或功率表的电压线圈。 由于电压表或功率表的电压线圈
内阻很大，所以电压互感器的运
行情况相当于变压器的空载运行。
若忽略漏阻抗压降
U1 U2
=
W1 W2
=
ku
I1
W1
W2
V
电压互感器
仪用互感器
为了提高电压互感器的精度，必须减小励磁电流和 原、副边的漏阻抗，所以电压互感器的铁心一般采 用性能较好的硅钢片制成，且使铁心不饱和，磁通 密度约（0.6-0.8）T。 我国目前生产的电力电压互感器，按准确分为0.5、 1.0和3.0等三级。 2. 使用电压互感器时应注意 （1）电压互感器副方绝对不允许短路。
I 12I 1NI 2N
自耦变压器
由磁势平衡方程式，两部分绕组所产生的磁势与励 磁磁势互相平衡
I& 1NW AaI& 12W 2I& 0W 1
I& 1N(W 1W 2)(I& 1NI& 2N)W 2 I & 1 N W 1 I & 1 N W 2 I & 1 N W 2 I & 2 N W 2 I & 0 W 1