电焊变压器、自耦变压器、电压互感器介绍

1.自耦变压器

前面介绍的变压器一、二次绕组之间是互相绝缘的，没有电的直接联系，称为双绕组变压器。如果把两个绕组合二为一，使低压绕组成为高压绕组的一部分，这样的变压器称为自耦变压器，如图5-41所示，图中，N₁、N₂分别为一、二次绕组的匝数。自耦变压器一、二次绕组铰链的是同一主磁通，故一、二次侧的电压与它们的匝数成正比；负载时，一、二次侧的电流与它们的匝数成反比，即

若将自耦变压器二次侧的抽头做成滑动触头，则可通过移动触头位置来改变二次绕组的匝数，进而改变二次电压，得到连续可调的输出电压。这种自耦变压器又叫自耦调压器。

使用自耦变压器时应注意以下事项。

1）自耦变压器的一、二次侧之间有电的直接联系，一次侧的相线和地线接反，或一次侧接地端发生断线故障，二次侧都会出现对地有高电压的电位，使用时应注意安全，即使在二次侧操作，也应按自耦变压器一次侧高压进行安全保护。

2）自耦变压器的一次侧和二次侧不可接错，否则可能造成电源短路或烧坏变压器。

3）在使用自耦变压器时，二次绕组的输出电压应从零开始逐渐调到负载所需电压值。

图5-41 自耦变压器原理图

2.电焊变压器

电焊机在生产中的应用非常广泛，它是利用变压器二次侧可以短时短路这一外特性而工作的，实际上是一台降压变压器，如图5-42所示。

（1）电焊工艺对电焊变压器的要求

要保证电焊的质量及电弧燃烧的稳定性，电焊机对电焊变压器有如下要求。

图5-42 电焊变压器的外特性

1）空载时，空载电压U₂₀一般应在60～75V，以保证容易起弧。但考虑到操作者的安全，U₂₀的最高电压不超过85V。

2）负载（即焊接）时，变压器应具有迅速下降的外特性，如图5-42所示，在额定负载时的输出电压U₂（焊钳与工件间的电弧）约为30V左右。

3）当短路（焊钳与工件间接触）时，短路电流不应过大，一般I_2k≤2I_2N。

4）为了适应不同焊接工件和焊条，要求焊接电流大小在一定范围内要均匀可调，即电焊变压器应具备较大的电抗，且电抗可调。改变电抗的方法不同，可得不同的电焊变压器。

（2）磁分路动铁心电焊变压器

磁分路动铁心电焊变压器结构如图5-43所示。一、二次绕组分装于两铁心柱上，在两铁心柱之间有一磁分路，即动铁心，动铁心通过螺杆可以移动调节，以改变漏磁通的大小，从而改变电抗的大小。

调节动铁心位置，可改变电抗大小，输出符合不同焊件和焊条所需的焊接电流。当动铁心移出时，一、二次绕组漏磁通减小，磁阻增大，磁导减小，漏抗减小，阻抗压降减小，U₂增高，焊接电流I₂增大；反正，当动铁心移入时，一、二次绕组漏磁通经过动铁心形成闭合回路而增大，磁阻减小，磁导增大，漏抗增大，阻抗压降增大，U₂减小，焊接电流I₂减小。

图5-43 磁分路动铁心电焊变压器

（3）串联可变电抗器的电焊变压器

串联可变电抗器的电焊变压器在普通变压器二次绕组中串联一可变电抗器，如图5-44所示。

调节螺杆位置，可改变电抗器的气隙大小，进而调节可变电抗器的电抗，输出符合不同焊件和焊条所需的焊接电流。当电抗器的气隙调小时，磁阻减小，磁导增大，可变电抗增大，U₂减小，焊接电流I₂减小；反之，当气隙调大时，磁阻增大，磁导减小，可变电抗减小，U₂增大，焊接电流I₂增大。

电焊机一次侧还备有抽头，可以调节起弧电压的大小。

图5-44 串联可变电抗器的电焊变压器

3.仪用互感器

仪用互感器是电工测量中经常使用的一种专用双绕组变压器，其主要作用一是使测量仪表与高压电路隔离，以保证工作安全；二是把高电压、大电流按规定比例变换成测量仪表、继电保护及控制设备所需的低电压、小电流；三是扩大测量仪表的量程。仪用互感器分为电压互感器和电流互感器两类，其工作原理与变压器相似。

图5-45 电压互感器的接线图及符号

（1）电压互感器

电压互感器又称仪表变压器，其工作原理、结构和接线方式与普通变压器相同，如图5-45所示。其一次绕组匝数多，与被测的高压电网并联，二次绕组匝数少，与电压表或功率表的电压线圈连接，因为电压表或功率表的电压线圈电阻很大，所以电压互感器二次电流很小，近似于变压器的空载运行，于是有

式中，k_u为电压互感器的电压比。

由式（5-20）可知，当N₁>>N₂时，k_u很大，U₁>>U₂，故可用低量程的电压表测量高电压。通常电压互感器不论一次电压大小，二次额定电压均为100V，可采用统一的100V标准电压。

电压互感器按其绝缘结构形式可分为干式、浇注式、充气式、油浸式等几种；按相数可分为单相和三相；按绕组数可分为双绕组和三绕组。与普通变压器相比，电压互感器容量较小，类似一台小容量变压器；二次侧负荷比较恒定，所接测量仪表和继电器的电压线圈阻抗很大，正常运行时接近于空载状态。一般在一、二次侧装有熔断器做保护。

使用电压互感器时应注意以下事项。

1）电压互感器二次绕组不允许短路。由于电压互感器正常运行时接近于空载状态，如果二次绕组短路，电流会非常大，可能因过热而烧坏二次绕组。

2）电压互感器的铁心及二次绕组的一端必须可靠接地，以保证电压互感器绕组的绝缘层损坏，二次绕组出现对地高压时，不会危及工作人员的安全。

3）二次绕组连接的阻抗不能太小，即不能多带电压表，否则一、二次绕组流过的电流都将增大，一、二次侧的漏磁通增加，降低电压互感器的准确度等级。

（2）电流互感器

电流互感器用于交流大电流，或交流高压下电流的测量。其一次绕组串接于被测电路中，二次绕组与测量仪表或继电器的电流线圈串联，接线图和符号如图5-46所示。电流互感器根据变压器的变流原理制成，即

式中，k_i=1/k为电流比。

k_i为已知常数，根据测出的I₂可算出待测的I₁。因为一次绕组额定电流I_1N已标准化，二次绕组额定电流I_2N统一为5A或1A，即电流互感器额定互感比也标准化了。

图5-46 电流互感器的接线图及符号

电流互感器的种类很多，按安装地点可分为户内式和户外式；按安装方式可分为穿墙式、支持式和套管式；按绝缘结构可分为干式、浇注式和油浸式；按一次绕组的结构形式可分为单匝式和多匝式等。与普通变压器相比，电流互感器一次绕组串联在被测电路中，且匝数很少，一次绕组电流完全取决于被测电路的负荷电流，而与二次电流无关；电流互感器二次绕组所接电流表或继电器的电流线圈阻抗都很小，正常运行时接近于短路状态。

使用电流互感器时应注意以下事项。

1）电流互感器的二次侧不能开路，不允许装设熔断器，而且当需要将正在运行中的电流互感器二次回路中仪表设备断开或退出时，必须将电流互感器的二次侧短接，保证不致开路，以免造成危险。

2）铁心和二次绕组一端均应可靠接地。

3）为了不致使励磁电流增加，二次回路串入的阻值不能超过有关技术标准的规定。

【思考与练习】

1）变压器是输配电、电子电路和电工测量中十分重要的电气设备，它在这些领域所起的作用是____、____、____以及____等。

2）变压器是根据____原理制成的，它由____和____组成。

3）变压器在工作时，和供电电源一边相连的线圈叫，与负载一边相连的线圈叫____。

4）铁磁材料有哪些主要特性？为什么变压器、电机都用硅钢片制成铁心？

5）说明交流铁心的功率损耗有哪些？它们是如何产生的？如何减小铁损？

6）简述电压互感器和电流互感器的使用注意事项。

7）为了安全，机床用照明电灯电压为36V，这个电压是把220V的电压降压后得到的，如果变压器的原线圈是1140匝，副线圈是多少匝？用这台变压器给40W的电灯供电，如果不考虑变压器本身的损耗，一、二次绕组的电流分别是多少？

8）已知变压器的容量为1.5kVA，一次额定电压为220V，二次额定电压为110V，求一、二次绕组的额定电流。

9）某晶体管收音机的输出变压器一次绕组匝数为230匝，二次绕组匝数为80匝，原配接音圈阻抗为8Ω的扬声器，现在要改接4Ω的扬声器，问二次绕组应如何变动？

【电工小常识】

（1）配电变压器容量的合理选择

电力变压器的选用不是容量越大越好，但也不能只顾降低成本选择太小的容量。正确选择配电变压器容量的原则是使变压器的容量能够得到充分利用，而又不会让变压器工作在过载状态。一般情况下，变压器所带负载应为其额定容量的75%～90%左右，这时变压器的利用率和效率及功率因数都较高，比较合理。选择电力变压器，要根据所带负载的性质、类型进行选择，对动力用电应考虑单台大容量电动机的起动问题，若遇到起动电流比较大时，所选择的变压器容量就得大些，以适应电动机起动电流的需要。

如果实测负载经常比变压器的额定容量低50%，应及时更换一台小容量的变压器。如实测负载经常超过变压器的额定容量，则应及时换一台容量较大的变压器，确保安全供电。

（2）变压器各项技术数据不能超差

变压器的负载损耗、空载损耗、空载电流、阻抗电压、空载电压比、直流电阻不平衡率是反映变压器的技术水平及制造水平的重要参数，有关标准对其数值及允许偏差均有规定，如超差，将会造成技术性能下降、温升增高、不能并联运行、不能正常运行等后果，因此，产品是不合格的，不能出厂。设计、制造又都会造成偏差，测量也会有误差，出现偏差是不可免的，因此，标准规定了允许偏差，在设计、制造、测量中都要严格控制，保证产品出厂实验结果不超差。设计时，一般情况下，负载损耗、空载损耗不要超过裕度，个别情况下也不要超过标准值的2%。阻抗电压设计值不要超过标准值的±2.5%。空载电压比不要超过标准值的±0.25%。只要空载损耗符合要求，空载电流一般不会超过标准值。对于低电压的线圈，本身电阻很小，引线及封线的电阻对直流电阻不平衡率的影响甚大，因此，对引线截面选取及结构设计要予以充分注意。线圈制造时要严格控制导线及线圈尺寸，要测量线圈的直流电阻，挑选合适的线圈配成一台份，然后才能装配。

（3）变压器运输时箱内注油不能过满

对于储油柜拆卸运输的变压器，油箱内注油时箱顶以下应留有一定空间，一般平顶油箱留100mm，梯形顶油箱留150mm，拱顶油箱留200mm。如果注油过满，由于气温的上升使油体积膨胀，箱内压力则增大，到一定程度时将会导致渗漏。如果注油过浅，甚至低于器身，由于箱内存在大量空气，将会使变压器油氧化、受潮，从而影响绝缘性能。同时，由于运输的颠簸，还会引起箱内油的晃荡，有可能产生静电火花。因此，注油要按规定运行。运输完毕，不管变压器是否投入运行，都要及时装上储油柜和吸湿器，将油加添到位。

【典型案例】

（1）事故类型

未按规程检修导致作业人员被击伤事故。

1997年4月24日，某地某钢厂发生一起重大电气设备事故，一名作业人员被弧光击伤，造成直接经济损失3万多元。

（2）事故经过

1997年4月24日10时，某钢厂在生产过程中，某电工在合轧钢线材联络开关时，低压电（380V）经联络线送到低压配电屏再经变压器升压（6000V）后，反送到变电站接地，造成经隔离后的带地线合闸的重大电气设备事故，导致轧钢线材低压配电屏被烧毁，作业人员覃某被弧光多处击伤，造成直接经济损失达3万多元。

（3）事故分析

这起事故是由于系统临时接地线未拆除，变压器高低侧开关未断开而联络送电返到高压造成的。因为有关人员认为更换避雷器属于临时性检修，没有向厂总调度室汇报；停电后没有及时将变压器开关断开。检修完成后没有及时拆除地线；而在请求送高压电后，没有检查安全措施是否解除就带负荷合隔离闸刀，且带地线合闸，造成人员伤害和财产损失事故。

（4）事故教训与防范措施

这起事故的发生有两个因素：一是前期作业人员检修任务完成得不好，作业后留下事故隐患；二是后期作业人员疏忽大意，送电前检查不细致，导致了事故的发生。电气作业是特种作业，对操作者、他人及周围设施的安全有严重危险，为了防止事故的发生，电气安全工作规程规定：检修作业的安全组织措施有工作票制度，而钢厂正是在工作票制度上存在问题。在这起事故中，前期作业人员更换避雷器，应该按照规定申请工作票，而作业人员认为没有必要开工作票，说明工作票制度执行上存在漏洞，必须加以纠正。至于停电后没及时将变压器开关断开，检修完成后没有及时拆除地线属于工作责任心的问题。应采取的防范措施主要是要对有关电气作业方面的规章制度（包括安全规程和操作规程等各方面）进行全面审查，对于规章制度中规定得不明确、不细致、不具体处，应补充完善，使规章制度明确、细致、具体，从而防止事故的重复发生。

【本章小结】

1.单相异步电动机

单相异步电动机由转子和定子组成。转子大部分是笼型。定子绕组有隐极式和凸极式两种。脉振磁动势分为幅值相等、转速相同、转向相反的两个，分别产生正向和反向旋转磁场。起动方法有电阻分相、电容分相、电容运转、双值电容、磁通分相。

2.三相异步电动机

三相异步电动机由转子和定子组成。按照转子绕组形式分为笼型和绕线型。旋转磁场方向与三相交流电相序一致。旋转磁场转速n₀=60f₁/p。转差率s。联结方式有星形（）和三角形法（△）。选择时注意类型、功率、电压和转速。常见故障有定子绕组接地、绕组短路、绕组断路、绕组接线错误等。

3.直流电动机

直流电动机由定子和转子组成。励磁方式有他励、并励、串励、复励。

4.直线电动机

直线电动机由初级和次级组成。有扁平型、圆筒型、弧型、圆盘型。基本原理是行波磁场产生电磁推力，推动次级作直线运动。直线电动机广泛应用于民用与建筑业、交通运输业、工业与自动化、军事、医疗及其他方面。

5.同步电动机

永磁同步曳引机包括机座、定子、转子体、制动器等。获得励磁电流的方式有直流发电机供电、交流励磁机供电、无励磁机励磁。调节励磁电流的方法有改变励磁机励磁回路的电阻、改变励磁机的附加励磁电流，改变可控硅的导通角等。同步电动机主要用于电梯。

6.变压器

磁通所集中通过的闭合路径称为磁路。磁场的基本物理量有磁感应强度B、磁通Φ、磁导率μ、磁场强度H。铁磁材料具有高导磁性、磁饱和性和磁滞性。磁路欧姆定律为Φ=。交流铁心线圈的电磁关系为U=4.44fNΦ_m，功率损耗包含铜损、磁滞损耗和涡流损耗。

变压器由铁心和绕组组成，具有变换电压、电流和阻抗的功能。电压比U₁/U₂₀=N₁/N2=k，电流比，k为变比。效率。三相变压器连接方式有Yy0和Yd，绕组连接时注意同名端。

自耦变压器一、二次侧有电的直接联系。使用时注意应进行安全保护，一、二次侧不可接错，二次绕组输出电压从零开始逐渐上调。电焊变压器实际上是一台降压变压器，应具备较大的、可调的电抗。仪用互感器用于隔离和测量。电压互感器近似于变压器空载运行，，使用时二次绕组不允许短路。电流互感器近似于变压器短路状态，，使

用时二次侧不允许开路。

【习题】

一、选择题

1.移动式电器设备应定期（ ）。

A.测试运行电压 B.更换电源线 C.检查负荷电流 D.遥测绝缘电阻

2.在任何情况下，移动式电器设备绝缘电阻不得低于（ ）MΩ。

A.10 B.2 C.1 D.0.5

3.交流弧焊机的二次侧的空载电压多为（ ）。

A.60～75V B.45～55V C.30～50V D.12～36V

4.使用电焊机时，焊接用电缆（俗称焊把线）应采用（ ）。

A.多股裸导线 B.橡皮绝缘铜心软电缆

C.编织裸铜导线 D.多股裸铝线

5.弧焊机的电源线上应装设有（ ）。(www.xing528.com)

A.隔离电器、主开关和短路保护电器 B.隔离电器和短路保护电器

C.主开关和短路保护电器 D.隔离电器和主开关

6.临时用电设备的控制电器和保护电器必须实现（ ）。

A.一机一闸 B.二机一闸 C.三机一闸 D.四机一闸

7.并列变压器变压比的偏差不得超过（ ）%。

A.0.5 B.1 C.1.5 D.2

8.并列变压器的容量之比一般不应超过（ ）。

A.5∶1 B.4∶1 C.3∶1 D.2∶1

9.容量100kVA及以下的变压器，一次熔丝额定电流应按变压器额定电流的（ ）倍选择。

A.1～1.5 B.1.5～2 C.2～3 D.3～5

10.运行中的10kV配电变压器，20℃时的绝缘电阻值不应于（ ）MΩ。

A.0.5 B.1 C.10 D.300

11.变压器的空载损耗与电源电压之间的关系是（ ）。

A.空载损耗与电源电压无确定关系 B.随电源电压升高空载损耗小

C.随电源电压升高空载损耗大 D.空载损耗不随电源电压变化

12.国产电力用电流互感器的二次额定电流均为（ ）A。

A.5 B.10 C.50 D.100

13.电流互感器的二次电流决定于（ ）。

A.一次电压 B.一次电流 C.二次阻抗 D.二次负载

14.电流互感器二次回路中的电流表和继电器线圈与互感器的二次绕组是（ ）连接的。

A.并联 B.串联 C.星形 D.三角形

15.电流互感器的容量常用（ ）表示。

A.二次电流 B.二次电压 C.二次有功功率 D.二次阻抗

16.电流互感器的两相差接线需要装用（ ）台电流互感器。

A.一 B.二 C.三 D.四

17.国产电力用电压互感器的二次额定电压一般为（ ）V。

A.5 B.10 C.50 D.100

18.电压互感器二次回路中的电压表和继电器线圈与互感器的二次绕组是（ ）连接的。

A.并联 B.串联 C.星形 D.三角形

19.电压互感器的二次电压决定于（ ）。

A.一次电压 B.一次电流 C.二次阻抗 D.二次负载

20.10kV的电压互感器一次侧熔断器熔体的额定电流为（ ）A。

A.0.5～1 B.5 C.10 D.50

21.变压器的铁心由（ ）大部分组成。

A.2 B.3 C.4 D.5

22.大型变压器的铁心截面积通常比铁心柱截面积要大（ ）。

A.5%～10% B.10%～15% C.15%～20% D.5%

23.修理变压器分接开关时，空气相对湿度不大于75%，开关在空气中暴露时间不得超过（ ）h。

A.8 B.16 C.24 D.48

24.变压器主绝缘击穿的修理步骤为更换绝缘，烘干器身和（ ）。

A.绑扎 B.灌入合格的变压器油

C.焊接引线 D.修好接地片

25.国产小功率三相鼠笼式异步电动机的转子导体结构采用最广泛的是（ ）转子。

A.铜条结构 B.铸铝 C.深槽式 D.铁条结构

26.对于三相异步电动机转子绕组的绕制和嵌线时，较大容量的绕线式转子绕组采用（ ）。

A.扁铝线B.裸铜条C.铝线D.圆铜线

27.修理后的转子绕组要用钢丝箍扎紧，扎好钢丝箍部分的直径必须比转子铁心直径小（ ）mm。

A.2 B.3 C.3～5 D.6

28.绕线式异步电动机修理装配后，必须对电刷（ ）。

A.更换 B.研磨 C.调试 D.热处理

29.变压器的额定容量单位用（ ）表示。

A.kVA B.kW C.kV D.kA

30.变压器阻抗电压的单位是（ ）。

A.V B.欧姆

C.欧姆·伏D.对额定电压的百分数

31.10kV变压器的阻抗电压多在（ ）之间。

A.1%～2% B.3%～4% C.4%～6% D.6%～10%

32.户外变压器台高度一般不低于（ ）m。

A.0.2 B.0.5 C.0.8 D.1.1

33.户外变压器台的围栏高度不应低于（ ）m。

A.0.5 B.1.1 C.1.7 D.2.3

34.采用自然通风时，变压器室地面应高出室外地面（ ）m。

A.0.5 B.0.7 C.0.9 D.1.1

35.柱上变压器底部距地面高度不应小于（ ）m。

A.1 B.1.5 C.2 D.2.5

36.新投入的变压器带负荷前应空载运行（ ）h。

A.8 B.12 C.24 D.48

37.Y，yn0三相四线配电变压器低压中性线上的最大电流不应超过额定线电流的（ ）%。

A.25 B.50 C.75 D.100

38.变压器电流速断保护的灵敏度不应低于（ ）。

A.1.1 B.1.4 C.1.7 D.2

二、判断题

1.电压互感器的准确度等级与互感器二次负载的性质和使用容量有关。（ ）

2.电流互感器二次回路中的负载阻抗不得超过额定值。（ ）

3.对于二次额定电流5A的电流互感器，选用条件是保证任何情况下其二次电流都不得超过5A。（ ）

4.在10kV系统中，测量5A以下的电流，不需配用电流互感器。（ ）

5.为避免电流互感器二次短路的危险，其二次回路中应装有熔断器。（ ）

6.运行中的电流互感器二次回路开路时，二次侧开路点两端必定产生很高的电压；运行中的电流互感器二次回路短路时，二次侧可能产生很大的电流。（ ）

7.运行中电流互感器的二次回路发生短路时，可能烧毁互感器。（ ）

8.正常运行时，电压互感器铁心磁通很大，电流互感器铁心磁通很小。（ ）

9.在正常工作范围内，电压互感器的二次电压随二次负载的增大而明显减小。（ ）

10.电压互感器二次回路中的负载阻抗不得太大。（ ）

11.正常运行中的电压互感器和电流互感器铁心中的磁通都很小。（ ）

12.同一台电压互感器，按其二次负载的性质来确定准确度等级，既可选用3.0级，也可选用0.5级。（ ）

13.电压互感器一次或二次熔丝熔断一相后，熔断相的电压表指示值降低，非熔断相的电压表指示值升高。（ ）

14.电压互感器二次绕组发生匝间短路会造成二次熔丝熔断。（ ）

15.在不接地的10kV系统中，三相五柱电压互感器的一次绕组YN的中性点若不接地，也具有绝缘监视作用。（ ）

16.电压互感器二次回路接地的目的是保障人身的安全和设备的安全。（ ）

17.电压互感器的V/V接线方式需要用到两台单相电压互感器。（ ）

三、填空题

1.铁磁性物质的B与H的关系由____表达，B和H的关系是____关系，铁磁性物质的主要特性表现为____现象。

2.一铁心线圈匝数为N，接在频率为f的正弦电压u下工作，当u及f不变时，N增加时磁通将____（填增大或减小）。

3.一台变压器的铁心上有两个线圈，已知铁心的磁通的最大值为8×10^-3Wb，线圈的额定电压分别为6000V，220V，额定频率为50Hz，则这两个线圈的匝数分别为N₁=____，N₂=____。

4.一台单相双绕组变压器额定容量为10kVA，额定电压为220V/110V，一、二次额定电流为____A。

四、计算题

1.有一匝数为100匝，电流为40A的交流接触器的线圈被烧毁，检测时手头上只有允许通过电流为25A的较细导线，若铁心窗口面积允许，重绕的线圈匝数为____匝。

2.有一交流铁心线圈，电源电压为220V，电路中电流为4A，功率表读数为100W，频率为50Hz，线圈漏阻抗压降忽略不计，试求：

（1）铁心线圈的功率因数；

（2）铁心线圈的等效电阻和等效电抗。

3.一台220V/36V的行灯变压器，已知一次绕组匝数为1100匝，试求二次绕组匝数？若在二次侧接一盏36V、100W的白炽灯，问一次电流为多少？

4.一台额定容量为50kVA、额定电压为3300V/220V单相照明变压器，现要在二次侧接220V、60W的白炽灯，若要求变压器在额定状态下运行，可接多少盏灯？一、二次绕组的额定电流是多少？

5.阻抗为8Ω的扬声器，通过一台变压器接到信号源电路上，使阻抗完全匹配，设变压器一次绕组的匝数为500匝，二次绕组的匝数为100匝，求变压器输入阻抗。