大三上電工產(chǎn)品學變壓器

自耦變壓器一、結(jié)構(gòu)特點與用途

自耦變壓器實質(zhì)上是一個單繞組變壓器，原、副邊之間不僅有磁的聯(lián)系，而且還有電的直接聯(lián)系。自耦變壓器每一個鐵心柱上套著兩個繞組，兩繞組串聯(lián)，繞向一致。N1N2從雙繞組變壓器到自耦變壓器(1)僅僅繞組改接法，雙繞組變壓器可以變?yōu)樽择钭儔浩?，功率可以增大?shù)倍甚至十倍！假設(shè)圖示雙繞組變壓器從雙繞組變壓器到自耦變壓器(2)分析從雙繞組變壓器到自耦變壓器哪些量改變了，哪些量沒有變化?(主要分析原副邊電壓與電流的變化情況)原副邊電流符號相反：當原邊電流在原繞組中從同名端流向非同名端，則副邊電流在副繞組中從非同名端流向同名端！從雙繞組變壓器到自耦變壓器(3)首先分析雙繞組變壓器電流方向。忽略勵磁電流則：從雙繞組變壓器到自耦變壓器(4)當原邊電流從同名端流向非同名，則副繞組電流從非同名端流向同名端！原副繞組電流原副邊電流實際方向示意圖副邊實際電流則等于原副繞組電流之和。從雙繞組變壓器到自耦變壓器(5)聯(lián)結(jié)成自耦變壓器，空載時:如果原邊施加，則繞組電勢仍為與。副邊輸出電壓。從雙繞組變壓器到自耦變壓器(6)原副邊電流實際方向示意圖與雙繞組變壓器類似，原繞組，時，副繞組，。于是負載電流。原邊輸入容量副邊輸出容量容量關(guān)系雙繞組變壓器原邊輸入容量原邊輸入容量實例:1）由原邊直接傳到副邊的容量稱為傳導容量，它既不消耗材料，也不產(chǎn)生損耗2）繞組通過電磁作用得到的容量稱為電磁容量，也叫繞組容量3）自耦變壓器額定運行時的額定容量為傳導容量和電磁容量之和4）自耦變壓器的電磁容量與額定容量的比值稱為效益系數(shù)定義：效益系數(shù)=————=——————————繞組容量額定容量額定容量額定容量–

傳導容量繞組容量實例:

越接近1,越小,電磁容量(繞組容量)越小,傳導容量越大,節(jié)材效果越明顯。自耦變壓器自耦變壓器的優(yōu)缺點:節(jié)省材料；銅損耗??；運輸及安裝方便；擴大變壓器的制造容量。中性點必須接地或經(jīng)小電抗器接地；引起系統(tǒng)短路電流增加；繼電保護和過電壓保護復雜。

上述自耦變壓器副繞組的分接頭a是固定的，這種自耦變壓器稱為不可調(diào)式。

在生產(chǎn)和實踐中，為了得到連續(xù)可調(diào)的交流電壓，常將自耦變壓器的鐵心做成圓形，副邊抽頭做成滑動觸頭，可以自由滑動，如圖所示，這種自耦變壓器稱為自耦調(diào)壓器。當用手柄移動觸頭位置時，就改變了副繞組的匝數(shù)，調(diào)節(jié)了輸出電壓的大小。自耦調(diào)壓器(a)外形；(b)示意圖；(c)圖形符號

使用自耦調(diào)壓器時應(yīng)注意以下兩點：（1）接通電源前，應(yīng)先將滑動觸頭旋至零位，接通電源后再逐漸轉(zhuǎn)動手柄，將輸出電壓調(diào)到所需電壓值。使用完畢后，應(yīng)將滑動觸頭再旋回零位。（2）在使用時，原、副繞組不能對調(diào)。如果把電源接到副繞組，可能會燒壞調(diào)壓器或使電源短路。小功率電源變壓器

(a)外形；(b)圖形符號

5小功率電源變壓器和繞組的同極性端

小功率電源變壓器容量和體積一般都很小，用于給各種儀器設(shè)備提供所需的電源電壓。為了滿足不同部件不同電壓的需要，這種變壓器通常有多個副繞組，可以從副邊得到多個不同的電壓。如圖所示為具有三個副繞組的小功率電源變壓器。在這種多繞組變壓器中，同一主磁通通過各個繞組，因此各繞組之間的變壓比仍等于各匝數(shù)之比。設(shè)原繞組的匝數(shù)為N1，三個副繞組的匝數(shù)分別為N21、N22、N23，則三個副繞組的電壓分別為當各副繞組分別接入負載Z1、Z2、Z3后，副邊電流分別為使用小功率電源變壓器時，有時需要把副繞組串聯(lián)起來以提高電壓，有時需要把繞組并聯(lián)起來以增大電流。圖（a）所示的變壓器有兩個副繞組，由主磁通把它們聯(lián)系在一起，當主磁通交變時，每個繞組中都要產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。根據(jù)右手螺旋法則，假設(shè)主磁通正在增強，可判斷第一個繞組中端點1的感應(yīng)電動勢電位高于端點2，第二個繞組中端點3的電位高于端點4，故稱端點1和端點3是同名端，端點2和端點4也是同名端，用符號“﹡”或“·”表示。端點1和端點4是異名端，端點2和3也是異名端。

正確的串聯(lián)方法應(yīng)把兩個繞組的異名端連在一起，如把圖（a）中的2、3端連在一起，在1、4端就可以得到一個高電壓，即兩個副繞組電壓之和；若接錯，則輸出電壓會抵消。

正確的并聯(lián)方法應(yīng)把兩個電壓輸出方向相同的繞組的同名端連在一起，如把圖（b）中的1、4端以及2、3端相連，這時可向負載提供更大的電流；如接錯，則會造成線圈短路從而燒壞變壓器。6三相電力變壓器三相變壓器有三個原繞組和三個副繞組，其鐵心有三個心柱，每相的原、副繞組同心地裝在一個心柱上。

原繞組首端用U1、V1、W1標明，末端用U2、Ｖ2、W2標明；副繞組的首端用u1、v1、w1標明，末端用u2、v2、w2標明。由于三相原繞組所加的電壓是對稱的，因此磁通也是對稱的，副邊電壓也是對稱的。另外，為了散去變壓器運行時由于自身損耗所產(chǎn)生的熱量，鐵心和繞組通常浸在盛有變壓器油的油箱中，通過油管將熱量散發(fā)出來。三相電力變壓器(a)外形；(b)結(jié)構(gòu)示意圖

三相變壓器的原、副繞組可以分別接成星形（Y）或三角形（△）。工廠供電用電力變壓器三相繞組常用的連接方式有Y，yn（即Y/Y0）和Y，d（即Y/△）兩種，如圖所示。Y，yn表示原邊為星形，副邊為有中線引出的星形連接方法。這種接法常用于車間配電變壓器，其優(yōu)點在于不僅給用戶提供三相電源，同時還提供單相電源。

通常使用的動力與照明混合供電的三相四線制系統(tǒng)就是用Y，yn連接方式的變壓器供電的。Y，d連接的變壓器原邊接成星形，副邊接成三角形，主要用在變電站的升壓或降壓變壓器上。三相變壓器的兩種接法(a)Y，yn連接；(b)Y，d連接

三相變壓器的原、副繞組相電壓之比與單相變壓器一樣，等于原、副繞組每相的匝數(shù)比，即

但原、副繞組線電壓的比值，不僅與變壓器的變比有關(guān)，而且還與變壓器繞組的連接方式有關(guān)。作Y，yn連接時（6-20）作Y，d連接時（6-21）

三相電力變壓器的額定值含義與單相變壓器相同，但三相變壓器的額定容量SN是指三相總額定容量，可用下式計算：（6-22）

三相電力變壓器的額定電壓U1N、U2N和額定電流I1N、I2N是指線電壓和線電流，其中U2N指變壓器原邊施加額定電壓時副邊的空載電壓，即U20。

實際上，在變壓器運行中，隨著輸出電流I2的增大，變壓器繞組本身的電阻壓降及漏磁感應(yīng)電動勢都將增大，從而使變壓器輸出電壓U2降低。

為了合理、經(jīng)濟地使用三相電力變壓器，還需考慮效率問題。變壓器在傳輸電能的過程中，其內(nèi)部損耗同樣包括銅損ΔPCu和鐵損ΔPFe，所以輸出功率P2將略小于輸入功率P1。變壓器的效率是輸出功率P2與對應(yīng)輸入功率P1的比值，通常用百分數(shù)表示，即變壓器的效率與負載有關(guān)。經(jīng)分析，變壓器的負載為滿載的70%左右時，其效率可達最大值。小型變壓器的效率約為60%～90%，大型電力變壓器的效率可達96%～99%，但輕載時的效率很低，因此應(yīng)合理選用電力變壓器的容量，避免長期輕載運行或空載運行。三相交流電的變換除用三相變壓器實現(xiàn)外，也可用三臺單相變壓器進行變換，稱之為三相變壓器組。三臺單相變壓器作Y，yn連接三臺單相變壓器組成的變壓器組成本高，效率低，體積大，但因其由三臺單相變壓器組合而成，故可分可合，搬運方便，主要用作大容量變壓器。

［例］有一臺Y，yn接法的三相電力變壓器，已知額定電壓為10kV/400V，額定容量為50kVA。是否允許接入一臺額定電壓400V、額定功率45kW、額定功率因數(shù)0.87的三相負載？［解］變壓器副邊的額定電流為負載所需電流為因為IL＞I2N，超載，故不允許該負載接入。儀用互感器儀用互感器是在交流電路中專供電工測量和自動保護裝置使用的變壓器，它可以擴大測量裝置的量程，使測量裝置與高壓電路隔離以保證安全，為高壓電路的控制和保護設(shè)備提供所需的低電壓、小電流，并可以使其后連接的測量儀表或其他測量電路結(jié)構(gòu)簡化。儀用互感器按用途不同可分為電壓互感器和電流互感器兩種?；ジ衅鞯淖饔茫簻y量、保護、安全、統(tǒng)一。電流互感器和電壓互感器兩者的工作原理，特征、接線、注意事項、誤差的表示及主要的額定參數(shù)、類型。

一次設(shè)備

一次設(shè)備是指直接參加生產(chǎn)、輸送、分配電能的電氣設(shè)備，它構(gòu)成電力系統(tǒng)的主體。一、互感器的定義及作用二次設(shè)備

為確保一次系統(tǒng)安全穩(wěn)定、經(jīng)濟運行和操作管理的需要而配置的輔助電氣設(shè)備。如測控裝置、繼電保護裝置、安全自動裝置、故障錄波器裝置等統(tǒng)稱為二次設(shè)備。一、互感器的定義及作用★1.1互感器的定義●互感器是按比例變換電壓、電流的電氣設(shè)備，它的主要功能是向二次系統(tǒng)提供電壓、電流信號以反應(yīng)一次系統(tǒng)的工作狀況，前者稱為電壓互感器（TV/PT），后者稱為電流互感器(TA/CT)。一、互感器的定義及作用★電壓互感器的分類按用途分測量用保護用按變換原理分電磁式電壓互感器電容式電壓互感器按相數(shù)分單相三相按絕緣方式分干式油浸式環(huán)氧澆注式氣體絕緣式電壓互感器的分類固體絕緣互感器由于絕緣結(jié)構(gòu)和材料的限制，一般只用于35kV及以下的電壓等級?！锃h(huán)氧澆注絕緣電壓互感器三、電壓互感器的分類★油紙絕緣電壓互感器35kV電磁式電壓互感器110kV電磁式電壓互感器220kV電磁式電壓互感器500kV電容式電壓互感器三、電壓互感器的分類★氣體絕緣電壓互感器三、電壓互感器的分類干式電壓互感器相對于油浸式電壓互感器，干式電壓互感器因沒有油，也就沒有火災、爆炸、污染等問題。它主要由鐵芯、繞組等組成，適用于500V以下低壓接線。澆注式電壓互感器結(jié)構(gòu)圖JDZ2-1型JZW-12型用于35kV及以下電壓等級，有單相雙繞組、單相三繞組之分。環(huán)氧樹脂澆注體下部涂有半導體漆并與金屬底板相連以改善電場的不均勻性和電力線畸變的情況。

該型互感器優(yōu)點是運行維護方便，但一旦損壞，不能檢修只有更新。油浸式電壓互感器結(jié)構(gòu)圖JSJW-10型JDJ2-35型普通油浸式電壓互感器的額定電壓制成3-35kV等級，鐵芯和繞組均放于充滿油的油箱內(nèi)，繞組通過套管引出。

JSJW一10型互感器由五個鐵芯和兩個鐵箍組成磁路系統(tǒng)，一次側(cè)三個繞組接成Y形，兩個二次側(cè)繞組分別接成Y形與開口三角形。二次側(cè)Y形接線的繞組用來測量線電壓和相電壓以及相對地電壓，開口三角形用來測量單相接地后的零序電壓。電容式電壓互感器1油壓計

2膨脹膜

3電容單元

4絕緣油

5瓷絕緣子

6密封件

7外殼

8低壓端子箱/中性(N)和高頻(HF)端子

9串聯(lián)電感

10中壓互感器

11鐵磁諧振效應(yīng)阻尼電路J-電壓互感器D-單相S-三相J-油浸式G-干式Z-澆注式Q-氣體B-帶補償繞組W-五柱三繞組J-接地保護F-分列式設(shè)計序號額定電壓(kV)例如：JDZ2-10表示單相澆注式，設(shè)計序號為2，額定電壓10kV電壓互感器★電磁型電壓互感器型號說明★電容型電壓互感器型號說明1．電壓互感器電壓互感器是一臺小容量的降壓變壓器，其外形及結(jié)構(gòu)原理圖如圖所示。它的原繞組匝數(shù)較多，與被測的高壓電網(wǎng)并聯(lián)；副繞組匝數(shù)較少，與電壓表或功率表的電壓線圈連接。因為電壓表和功率表的電壓線圈電阻很大，所以電壓互感器副邊電流很小，近似于變壓器的空載運行。根據(jù)變壓器的工作原理，有（6-25）

或★

電壓互感器的原理電壓互感器相當于開路運行的降壓變壓器，原邊匝數(shù)很多，副邊匝數(shù)少。降壓變壓器將一次系統(tǒng)的大電壓變?yōu)槎蜗到y(tǒng)的小電壓，二次繞組所并接的測量儀表或繼電器電壓線圈為高阻抗，相當于開路，所以二次電流不大。

式中Ku稱為電壓互感器的變壓比。通常電壓互感器低壓側(cè)的額定值均設(shè)計為100V。如電壓互感器的額定電壓等級有6000V/100V、10000V/100V等。將測量儀表的讀數(shù)乘以電壓互感器的變壓比，就可得到被測電壓值。通常選用與電壓互感器變壓比相配合的專用電壓表，其表盤按高壓側(cè)的電壓設(shè)計刻度，可直接讀出高壓側(cè)的電壓值。

使用電壓互感器時應(yīng)注意：

(1)電壓互感器的低壓側(cè)（二次側(cè)）不允許短路，否則會造成副邊、原邊出現(xiàn)大電流，燒壞互感器，故在高壓側(cè)應(yīng)接入熔斷器進行保護。

(2)為防止電壓互感器高壓繞組絕緣損壞，使低壓側(cè)出現(xiàn)高電壓，電壓互感器的鐵心、金屬外殼和副繞組的一端必須可靠接地。

(3)電壓互感器有一定的額定容量，使用時不宜接過多的儀表，否則將影響互感器的準確度?！锉炔罴敖遣睢褡儽日`差（比差）△U%與相位角誤差（角差）δ。在理想的電壓互感器中，勵磁電流為零，繞組的的阻抗也不計，這時，一次與二次電壓比則為它的圈數(shù)之比。相位也相同（二次電壓相量旋轉(zhuǎn)180°之后）。但是，在實際的電壓互感器中，由于勵磁電流的存在以及繞組阻抗的影響，因此，會產(chǎn)生變比誤差（比差）和相位角誤差（角差）。電壓互感器的技術(shù)特性式中K——電壓互感器的額定變壓比

U1——電壓互感器的一次實際電壓

U2——二次電壓實測值電壓互感器相位角誤差是指二次電壓相量U2旋轉(zhuǎn)180°以后與一次電壓相量間的夾角δ。并且規(guī)定，二次電壓的相量超前于一次電壓相量時，角差δ為正，反之為負。δ的單位為分（′）?！耠妷夯ジ衅鞯臏蚀_等級，也就是設(shè)備銘牌上標的“誤差等級”。通常分為5個等級：0.1、0.2、0.5、1、3。準確等級即指電壓互感器變比誤差的百分比，例如：準確等級為0.5級，則表示該電壓互感器在規(guī)定電壓下的變比誤差（比差）為0.5%，在制造電壓互感器時，還將各種準確等級給出最大容量?！餃蚀_等級電壓互感器的技術(shù)特性電壓互感器的準確等級及允許誤差表準確度等級最大誤差比差（%）相角差（′）0.10.20.513±0.1±0.2±0.5±1±3±5±10±20±40標準未定電壓互感器的技術(shù)特性電壓互感器（TV）電壓互感器（TV）的接線單相式接線電壓互感器（TV）電壓互感器（TV）的接線單相式接線電壓互感器（TV）電壓互感器（TV）不完全星形接線電壓互感器（TV）電壓互感器（TV）三相三柱式接線電壓互感器（TV）電壓互感器（TV）三相五柱式接線2．電流互感器電流互感器是將大電流變換成小電流的升壓變壓器，其外形及結(jié)構(gòu)原理圖如圖所示。它的原繞組用粗線繞成，通常只有一匝或幾匝，與被測電路負載串聯(lián)，原繞組經(jīng)過的電流與負載電流相等。副繞組匝數(shù)較多，導線較細，與電流表或功率表的電流線圈連接。LZW-12澆注式戶外型電流互感器LJ-2型干式零序電流互感器鉗形電流表電流互感器TALB6-110型電流互感器

500KV電流互感器500KV電流互感器運行在葛洲壩電站LGW-110干式電流互感器在1998年首次掛網(wǎng)運行于太原

電流互感器的種類

根據(jù)安裝地點可分為戶內(nèi)式和戶外式；根據(jù)安裝方式可分為穿墻式、支持式和套管式；根據(jù)絕緣結(jié)構(gòu)可分為干式、澆注式和油浸式；根據(jù)原邊繞組的結(jié)構(gòu)型式可分為單匝式和多匝式等。穿墻式電流互感器穿墻式電流互感器一般用在從室內(nèi)到室外的連接，它可以作為穿墻套管，又是電流互感器，可以減少占地面積，減少設(shè)備。

穿墻式電流互感器由法蘭盤、絕緣瓷套、絕緣墊片、二次線圈、接線環(huán)、繞組端蓋、繞組護墊、導電桿、瓷套壓盤、銅片、瓷套端蓋組成。支持式電流互感器SAS型電流互感器為倒立式結(jié)構(gòu)，一次導管為直線型。

外殼鋁鑄件，鐵芯及二次繞組由已經(jīng)過特殊試驗的樹脂澆注件支撐。

二次繞組引出線通過引線套管接到互感器底座接線盒內(nèi)的二次套管。

圖1-防爆片2-外殼3-鐵芯外殼4-一次導管5-引線套管6-復合絕緣套管7-接線盒8-底座電流互感器(a)外形；(b)結(jié)構(gòu)原理圖

因為電流表和功率表的電流線圈電阻很小，所以電流互感器副邊相當于短路。根據(jù)變壓器的工作原理，有

或I1=KiI2

式中Ki稱為電流互感器的變流比。通常電流互感器二次側(cè)額定電流設(shè)計成標準值5A或1A。例如，電流互感器的額定電流等級有30A/5A、75A/5A、100A/5A等。將測量儀表的讀數(shù)乘以電流互感器的變流比，就可得到被測電流值。

通常選用與電流互感器變流比相配合的專用電流表，其表盤按一次側(cè)的電流值設(shè)計刻度，可直接讀出一次側(cè)的電流值。

使用電流互感器時應(yīng)注意：

(1)電流互感器在運行中不允許副邊開路，因為它的原繞組是與負載串聯(lián)的，其電流I1的大小決定于負載的大小，而與副邊電流I2無關(guān)，所以當副邊開路時鐵心中由于沒有I2的去磁作用，主磁通將急劇增加，這不僅使鐵損急劇增加，鐵心發(fā)熱，而且將在副繞組感應(yīng)出數(shù)百甚至上千伏的電壓，造成繞組的絕緣擊穿，并危及工作人員的安全。

(2)為了安全，電流互感器的鐵心和二次繞組的一端也必須接地。

(3)電流表內(nèi)阻抗應(yīng)很小，否則影響測量精度。電流互感器的誤差電流誤差電流大小的誤差角誤差電流相位的誤差電流互感器（TA）的準確度級：在規(guī)定的二次負荷范圍內(nèi)，一次電流為額定的值時的最大誤差。準確度級一次電流為額定電流的百分數(shù)誤差電流誤差±%限值相誤差±’二次負荷變化范圍0.210、200.5、0、220、150.51310B電流互感器（TA）電流互感器（TA）的接線：單相式接線電流互感器（TA）電流互感器（TA）的接線：三相完全星形接線電流互感器（TA）電流互感器（TA）的接線：兩相不完全星形接線電力變壓器的選用變壓器容量的選擇是一個全面、綜合性的技術(shù)問題。其與負荷種類和特性、負荷率、功率因數(shù)、有功損耗和無功損耗、電價、基建投資、使用年限等因素有關(guān)。1、變壓器容量的基本估算A、計算負荷法估算：變壓器容量=總計算負荷+考慮將來的增容裕量B、最經(jīng)濟運行效果法估算：變壓器容量≈S/βm；S——實際使用負荷，KVA；βm——