《电机学》教案-特殊变压器

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1、f^£5教案课程名称：电机学授课教师李振峰所在单位仪器科学与电气工程学院课程类型课堂理论及实验室实验教学授课时间20014-20015学年秋季学期教学内容特殊用途的变压器授课对象电气工程及其自动化专业本科生教学内容提要时间分配及备注A0—1»图餐！自網变压器的结构示憑图第四章特殊用途的变压器第一节自耦变压器一、自耦变压器的结构自耦变压器的结构示意图如图4-1所示，其绕组一般按同心式放So由图可看岀，自耦变压器只有一个绕组，一次绕组的一部分兼作二次绕组用（指降压变压器，若为升压变压器则与此相反）。因此，自耦变压器

2、一次、二次绕组之间既有磁的耦合，又有电的联系，这是它和普通双绕组变压器的根本区别。二、自耦变压器电压、电流与容量的关系以降压用的自耦变压器为例来分析其电压、电流与容量的关系。电压关系如图4—2所示。1）电流关系与普通双绕组变压器一样。自耦变压器的磁动势平衡方程式为所以讪+砧訓人（4-2）由于励磁电流Im很小，可以忽略不计，于是有N上十晡2二Nha•（4-3）・Nx1•则A=_用，2二-亍D因此，根据假定正方向，绕组公共部分流过的电流为/=/1+；2=（-^2）+h=（l-^p2（44）根据式（4-4）所绘电流相

3、量图如图4—3所示。从图中可以看出，11和12方向是相反的，绕组公共部分中流过的电流I是两者之差。Xo*x图4・3自耦变压器的电流相i&图图彳M自耦变压器电流之间的关系2）功率关系由图4—3可知，11、I2和I三者在一条直线上，故可写成标量的代数和仏“=〃2斤+（4-5）即P讦P‘2+P：（4-6）上式中的P2*=U2I1称为传导功率，即由变压器一次侧直接通过电传导的方式传递到二次侧的一部分功率。P2'=U2I称为电磁功率，它是由绕组公共部分通过电磁感应的方式传到二次侧的一部分功率。三、自耦变压器的特点1）变压

4、器的电磁功率是设计变压器主要尺寸和材料消耗的依据，称为计算容量。自耦变压器的计算容量比额定容量（即总的输出功率）小。所以在同样的额定容显下，自耦变压器的主要尺寸较小，有效材料（硅钢片和铜线）和结构材料（钢材）都相应地少一些，从而降低了成本。2）自耦变压器的漏电抗比双绕组变压器的小，故短路电流较大，从图4-5交流电流互感器的原理图而给选择高电压电器设备增加了困难。3）由于自耦变压器一次、二次绕组之间有电的直接联系，当一次侧过电压时，必然导致二次侧严重的过电压，存在着高低压窜边的潜在危险。因而一般一次侧、二次侧均装

5、设避雷器。这样，当自耦变压器用于电力系统时，其过电压保护装置比较复杂。第二节仪用互感器仪用互感器是一种用于测量的仪器，在许多自动控制系统中，用它来检测信号。一、交流电流互感器交流电流互感器实质上是一台二次绕组在短路状态下工作的双绕组变压器，它的一次绕组由一匝或几匝截面较大的导线构成，将其串接在需要测量电流值的电路中。二次绕组的匝数较多，截面较小，它与阻抗很小的负载（电流表、瓦特表等的电流线圈）接成闭路，如图4-5所示。正由于二次侧负载阻抗很小，所以说电流互感器是一台处于短路工作状态下的单相变压器。在电流互感器里

6、，一次绕组中的电流11是被测电流，它不随二次绕组中电流I2的变化而变化，正像普通变压器一样，二次侧电压的变化不致影响到一次侧电压。从这个角度来讲，电流互感器是一个电流源，而变压器则属于电压源。电流互感器工作时，其二次绕组必须可靠地接地，以防止由于绝缘损坏，将一次侧的高电压传到二次侧，发生安全事故。另外，电流互感器的二次绕组绝对不容许开路，这是使用电流互感器必须特别注意的问题。因为二次侧开路时，互感器成为空载运行，相当于二次侧串入了无限大的电阻，二次侧电流等于零。而II为恒值，12为零，合成磁动势为N1II,它大

7、大地超过了正常运行值，此时一次侧被测线路中的大电流就完全成为励磁电流,使铁心的磁密比正常情况大大地增加。这样，一方面将使二次侧感应出很高的电压，可能击穿绝缘。另一方面，铁心内磁密增大以后，铁耗增大，使铁心过热，不仅影响电流互感器的性能，甚至还可能把它烧坏。二、交流电压互感器交流电压互感器的原理图如图4・6所示。其一次绕组直接接到被测的高压电路，二次绕组接电压表或瓦特表的电压线圈。由于电压表和瓦特表电压线圈的阻抗很大，因而二次侧电流I2很小。所以电压互感器的运行情况相当于普通变压器的空载运行。使用时，电压互感器的

8、二次图4・6交流电压互感器的原理图侧不容许短路，否则会产生很大的短路电流。为了安全起见，电压互感器的二次绕组连同铁心一起，必须可靠地接地。另外，电压互感器的二次侧不宜接过多的仪表，以免电流过大引起较大的漏阻抗压降，影响互感器的准确度。第三节整流变压器侧不容许短路，否则会产生很大的短路电流。为了安全起见，电压互感器的二次绕组连同铁心一起，必须可靠地接地。另外，电压互感器的二次侧不宜接过多