第七节 特殊变压器

一、自耦变压器

普通双绕组变压器一、二次绕组之间仅有磁的耦合，并无电的直接联系。自耦变压器只有一个绕组，如图3-20所示，即一、二次绕组共用一部分绕组，所以自耦变压器一、二次绕组之间除有磁的耦合外，又有电的直接联系。自耦变压器实质上就是利用一个绕组抽头的办法来实现改变电压的一种变压器。

以图3-20所示降压自耦变压器为例，将匝数为N₁的一次绕组与电源相接，其电压为U₁；匝数为N₂的二次绕组（一次绕组的一部分）接通负载，其电压为U₂。自耦变压器的绕组也是套在闭合铁心的铁心柱上的。工作原理与普通变压器一样，一次侧和二次侧的电压、电流与匝数的关系仍为

适当选用匝数N₂，二次侧就可得到所需的电压。

三相自耦变压器通常是接成星形的（见图3-21）。

自耦变压器的中间出线端，如果做成能沿着整个线圈滑动的活动触头，如图3-22a所示，这种自耦变压器称为自耦调压器，其二次电压U₂可在0到稍大于U₁的范围内变动。图3-22b所示为单相自耦调压器的外形。

小型自耦变压器常用来起动交流电动机；在实验室和小型仪器上常用作调压设备；也可用在照明装置上来调节光度。电力系统中也应用大型自耦变压器作为电力变压器。

因为自耦变压器的一、二次绕组有直接的电的联系，一旦公共部分断开，高压将引入低压边，造成危险。所以自耦变压器的变比不宜过大，通常选择变比k<3。而且，不能用自耦变压器作为36V以下安全电压的供电电源。

【专业指导】 在学校可发现一些单相交流电机在需要调速时，采用单相自耦调压器。

二、多绕组变压器

图3-23所示是多绕组变压器的电路图。这种变压器有几个二次绕组，可分别提供几种不同的电压。因此，它代替了几个变压器。

多绕组变压器可提高效率、节省材料；而且体积小，便于装置；因而应用很广。例如，工业电子技术中常用多绕组变压器来供给电子线路所需要的多种不同的电压。

电子技术中，为了减少干扰，常在小型多绕组变压器的一、二次绕组之间装有屏蔽层。图3-23中的虚线（接机壳）是表示屏蔽层的符号。

【专业指导】 在电动汽车变频器内部的电机控制板下有驱动IGBT的多抽头变压器来形成驱动IGBT导通的+15V和驱动IGBT截止的-15~-10V电源。

三、电焊变压器

交流弧焊机应用很广。电焊变压器是交流弧焊机的主要组成部分，它是一种双绕组变压器，在二次绕组电路中串联一个可变电抗器。图3-24所示为它的原理图。

对电焊变压器的要求：空载时应有足够的引弧电压（60~75V），以保证电极间产生电弧。带载时，二次电压应迅速下降，当焊条与焊件间产生电弧并稳定燃烧时，约有30V的电弧压降。短路时（焊条与工件相碰瞬间），短路电流不能过大，以免损坏焊机。另外，为了适应不同的焊件和不同规格的焊条，焊接电流的大小要能够调节。

二次绕组电路中串联有铁心电抗器，调节其电抗，就可调节焊接电流的大小。改变电抗器空气隙的长度就可改变它的电抗，空气隙增大，电抗器的感抗随之减小，电流就随之增大。

为了调节引弧电压，一次绕组配备分接出头，并用一分接开关来调节二次侧的空载电压。一、二次绕组分装在两个铁心柱上，使绕组有较大的漏磁通，漏磁通只与各绕组自身交链，它在绕组中产生的自感电动势起着减弱电流的作用，因此可用一个电抗来反映这种作用，称为漏电流，它与绕组本身的电阻合称为漏阻抗。漏磁通越大，该绕组本身的漏电抗就越大，漏阻抗也就越大。我们知道，对负载来说，二次绕组相当于电源，那么二次绕组本身的漏阻抗就相当于电源的内部阻抗，漏阻抗大就是电源的内阻抗大，会使变压器的外特性曲线变陡，即二次侧的端电压U₂将随电流I₂的增大而迅速下降。这样，就满足了有载时二次电压迅速下降以及短路瞬间短路电流不致过大的要求。

【专业指导】 当然这种老式交流电焊机越来越少了，主要原因是体积大、不方便。现在修理厂多采用体积小的直流电焊机。

四、仪用互感器

专供测量仪表、控制和保护设备用的变压器，称为仪用互感器。仪用互感器有两种：电压互感器和电流互感器。利用互感器将待测的电压或电流按一定比率减小以便于测量，且将高压电路与测量仪表电路隔离，以保证安全。互感器实质上就是损耗低、变比精确的小型变压器。

图3-25所示为接有电压互感器和电流互感器的电路。由图看到，10kV的高压电路与测量仪表电路只有磁的耦合而无电的直接连通。为防止互感器一、二次绕组之间绝缘损坏时造成的危险，铁心以及二次绕组的一端应当接地。

电压互感器的主要原理是

为降低电压，N₁>N₂，一般规定二次侧额定电压为100V。

电流互感器的主要原理是

为减小电流，N₁<N₂，一般规定二次侧额定电流为5A。

使用互感器时，必须注意：由于电压互感器的二次电流很大，故决不允许短路；电流互感器的一次绕组匝数很少、而二次绕组匝数较多，这将在二次绕组中产生很高的感应电动势，因此电流互感器的二次侧决不允许开路。

便携式钳形电流表就是利用电流互感器原理制成的，图3-26所示为它的外形；其二次绕组两端接有电流表，铁心由两块U形元件组成，用手柄能将铁心张开与闭合。

测量电流时，不需要断开待测电路，只需张开铁心将待测的载流导线钳入，这根导线就成为互感器的一次绕组；于是可从电流表直接读出待测电流值。

【专业指导】 交流电流钳和直流电流钳

交流电流钳用于测量交流电电流，价格较便宜，原理较简单。

直流电流钳在汽车上用于测量直流电电流，直流电流钳也是采用类似的外形结构，但原理是霍尔电流传感器原理，原因是直流导线电流一定时，外界的磁场将不变其不能互感应出电流。