任务3 认识特殊变压器
★任务描述
分析介绍特殊变压器的应用
● 了解自耦变压器的结构和工作原理；
● 了解电力变压器、电焊变压器、仪用互感器的应用。
★学习目标
【素质目标】通过调研培养学生收集和整理资料的能力。
【知识目标】了解特殊变压器的结构、工作原理及应用。
【能力目标】能够团结一致地完成特殊变压器实际应用的调研报告。
知识准备
特殊变压器除了进行交流电压的变换，还有其他各种用途，如作为整流设备的电源、电焊设备的电源、电炉电源、电压互感器、电流互感器等。这些具有特殊用途的变压器统称为特殊变压器。
一、仪用互感器
互感器的使用
两种仪用互感器实物图如图1-10所示。
图1-10 两种仪用互感器实物图
使用仪用互感器的目的：
（1）与小量程的标准化电压表和电流表配合测量高电压、大电流；
（2）使测量回路与被测量回路隔离，以保障人员和设备的安全。
仪用互感器包括电压互感器和电流互感器。
1.电压互感器
电压互感器和变压器类似，用来变换线路上电压的仪器，其工作原理图如图1-11所示。但是变压器变换电压的目的是输送电能，因此容量很大，一般以千伏安或兆伏安为计量单位；而电压互感器变换电压的目的主要是给测量仪表和继电保护装置供电，用来测量线路的电压、功率和电能，或者在线路发生故障时保护线路中的贵重设备、电机和变压器，因此电压互感器的容量很小，一般只有几伏安、几十伏安，最大也不超过一千伏安。
电压互感器的基本结构和变压器很相似，它也有两个绕组，一次绕组和二次绕组。两个绕组都装在或绕在铁心上。两个绕组之间以及绕组与铁心之间都有绝缘，使两个绕组之间以及绕组与铁心之间都有电气隔离。电压互感器在运行时，匝数为N1的一次绕组并联接在线路上，匝数为N2的二次绕组并联接仪表或继电器。因此在测量高压线路上的电压时，尽管一次电压很高，但二次电压却是低的，可以确保操作人员和仪表的安全。
电压互感器的工作原理与变压器相同，基本结构也是由铁心和绕组组成的。其特点是容量很小且比较恒定，在正常运行时接近于空载状态。
电压互感器本身的阻抗很小，一旦二次绕组发生短路，电流将急剧增长而烧毁线圈。为此，电压互感器的一次绕组接有熔断器，二次绕组可靠接地，以免一次绕组、二次绕组绝缘损毁时，二次绕组出现对地高电位而造成人身事故和设备事故。
电压互感器工作时的注意事项如下：
（1）二次绕组不允许短路；
（2）电压互感器的铁心和二次绕组的一端必须可靠接地；
（3）在使用时，在二次绕组并接的电压线圈或电压表不宜过多。
通常电压互感器低压侧的额定值一般设计为100V。
2.电流互感器
电流互感器的工作是依据电磁感应原理进行的，其工作原理图如图1-12所示。电流互感器是由闭合的铁心和绕组组成的。它的一次绕组匝数N1很少，串接在被测量电流的线路中，因此它经常有线路的全部电流流过；二次绕组匝数N2比较多，串接在测量仪表和保护回路中。电流互感器在工作时，它的二次回路始终是闭合的，因此测量仪表和保护回路串联线圈的阻抗很小，电流互感器的工作状态接近短路。
图1-11 电压互感器工作原理图
图1-12 电流互感器工作原理图
电流互感器工作时的注意事项如下：
（1）二次绕组不允许断路；
（2）电流互感器的二次绕组必须可靠接地，以防止由于绝缘损坏而将一次绕组上的高压传到二次绕组；
（3）二次绕组所接仪表的阻抗不得大于规定值，否则会降低电流互感器的精度。
通常电流互感器二次绕组的额定值一般设计为5A。
二、自耦变压器
1.工作原理
图1-13所示是一种自耦变压器（或称调压器）工作原理图。自耦变压器的结构特点是把一次绕组、二次绕组合二为一，二次绕组成为一次绕组的一部分。自耦变压器的一次绕组、二次绕组除了有磁的耦合，还有电的直接联系。
图1-13 自耦变压器工作原理图
自耦变压器有单相的，也有三相的，其工作原理与普通变压器相同，其一次绕组、二次绕组的电压之比和电流之比如下：
自耦变压器具有结构简单、节省用铜量、效率较高等优点，尤其在一次绕组、二次绕组电压之比接近于1（不大于2）时，其优点较为显著。但应注意，由于自耦变压器的一次绕组、二次绕组直接接在一起，当发生接地或二次绕组出现断线等故障时，高压将直接加到低压侧造成事故。例如，当接地端误接到火线上时，即使二次电压很低，但人触碰二次绕组的任一端均有触电的危险，因此在使用时应十分小心，并禁止将自耦变压器作为安全照明变压器使用。另外还应注意，一次绕组、二次绕组不可接错，否则易造成电源短路或变压器被烧坏。
2.应用举例
在实验室中常用的单相调压器就是一种低压、小容量的自耦变压器，其外形如图1-14所示。这种调压器的额定输入电压可为220V或110V。二次绕组的一端做成可调节滑动的触头，改变二次绕组的匝数，可平滑地调节其输出电压。输出电压可低于一次绕组电压，也可稍高于一次绕组电压，在0～250V范围内可调。
注意：公共端务必接电源的中性线，输入端接相线，不能接反；在调压时，手柄应从“0”位开始。
图1-14 单相调压器外形
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