一、实验目的

通过实验学习特殊变压器及其特点与用途。

二、实验仪器

实验仪器如表1-9所示。

表1-9　实验仪器

三、知识学习及操作步骤

通过学习，了解自耦变压器和仪用互感器；然后掌握各特点与用途。

1.自耦变压器

把普通双绕组变压器的高、低压绕组串联连接，便构成一台自耦变压器。正方向规定与双绕组变压器相同。

自耦变压器是一个单绕组变压器，原理接线图如图1.31所示，由图可知，自耦变压器在结构上的特点是二次和一次绕组共用一部分线圈。自耦变压器同双绕组变压器有着同样的电磁平衡关系。

图1.31　自耦变压器图

（1）电压关系自耦变压器有着与双绕组变压器类似的电压比关系，即

图1.32　降压与升压自耦变压器

（2）电流关系：

（3）输出视在功率：

由电流I1直接传到负载的功率，故称为传导功率；而通过电磁感应传到负载的功率，故称为电磁功率。由此可见，自耦变压器二次侧所得的功率不是全部通过磁耦合关系从一次侧得到的，而是有一部分功率直接从电源得到，这是自耦变压器的特点。

变压器的用铁和用铜量取决于线圈的电压和电流，即取决于线圈的容量。因此可以得出在输岀容量相同的情况下，自耦变压器比普通双绕组变压器省铁、省铜、尺寸小、质量轻、成本低、损耗小、效率高。电压比k越接近1，优点越显著，因此自耦变压器的变压比k常取1.25～2。

自耦变压器的一、二次侧有电的直接联系，当过电压侵入或公共线圈断线时，二次侧将受到高压的侵袭，因此自耦变压器的二次侧也必须采取高压保护，防止高压入侵损坏低压侧的电气设备。

自耦变压器可做成单相与三相的、升压与降压的。自耦变压器主要用于连接不同电压的电力系统中，也可用作交流电动机的降压起动设备和实验室的调压设备等。

2.仪用互感器

在生产和科学实验中，往往需要测量交流电路中的高电压和大电流，这就不能用普通的电压表和电流表直接测量。一是考虑到仪表的绝缘问题，二是直接测量易危及操作人员的人身安全。因此，人们选用变压器将高电压变换为低电压，大电流转换为小电流，然后再用普通的仪表进行测量，这种供测量用的变压器称为仪用互感器，分为电压互感器和电流互感器两种。

1）电压互感器

电压互感器实际上是一台小容量的降压变压器，它的一次侧匝数很多，二次侧匝数较少，工作时，一次侧并接在需测电压的电路上，二次侧接在电压表或功率表的电压线圈上。

电压互感器二次绕组连接阻抗很大的电压表，工作时相当于变压器处于空载运行状态。测量时用二次电压表读数乘以电压比k就可以得到线路的电压值，如果测是U2的电压表是按kU2来刻度，从表上便可直接读出被测电压值。(www.daowen.com)

电压互感器有两种误差：一种为电压比误差，指二次电压的折算值U2和一次电压U1间的算术差；另一种为相角误差，即二次电压的折算值和一次电压间的相位差。按电压比误差的相对值，电压互感器的准确级可分为0.1、0.2、0.5、1.0、3.0五个等级。

图1.33　电压互感器原理接线图

使用电压互感器必须注意以下几点：

（1）电压互感器不能短路，否则将产生很大的电流，导致绕组过热而被烧坏。

（2）电压互感器的额定容量是根据对应准确级确定的，二次侧所接的阻抗值不能小于规定值，即不能多带电压表或电压线圈，否则电流过大会降低电压互感器的准确级等级。

（3）铁芯和二次侧绕组的一端应牢固接地，以防止因绝缘损坏时二次侧，出现高压，危及操作人员的人身安全

2）电流互感器

电流互感器的一次绕组匝数很少，有的只有一匝；二次绕组匝数很多。它的一次侧与被测电流的线路串联，二次侧接电流表或瓦特表的电流线圈。因电流互感器线圈的阻抗非常小，串入被测电路，对其电流基本上没有影响，电流互感器工作时，二次侧所接电流表的阻抗很小，相当于变压器处于短路工作状态。

图1.34　电压互感器原理接线图

测量时一次电流等于电流表测得的数值，电流读数乘以，利用电流互感器可得，一次电流的范围扩大为10～25000A，二次额定电流一般为5A，另外，一次绕组还可以有多个抽头，分别用于不同的电流比例。

由于互感器内总有励磁电流，因此总有电压比误差和角度误差。按电压比误差的相对值，电流互感器分为0.1、0.2、0.5、1.0、3.0、5.0六个等级。

使用电流互感器必须注意以下几点：

（1）电流互感器工作时，二次侧不允许开路。因为开路时I2=0。失去二次侧的去磁作用，一次侧磁动势I1N1，成为励磁磁动势，将使铁芯中磁通密度剧增。这样，一方面使铁芯损耗剧增，铁芯严重过热，甚至烧坏；另一方面还会在二次绕组产生很高的电压，有时可达数千伏以上，会将二次侧线圈击穿，还会危及测量人员的安全。在运行中换电流表时，必须先把电流互感器二次侧短接，换好仪表后再断开短路线。

（2）二次绕组回路串入的阻抗值不得超过有关技术标准的规定，否则将影响电流互感器的准确级。

（3）为了安全，电流互感器的二次绕组必须牢固接地，以防止绝缘损坏时高压传到二次侧，危及测量人员的人身安全。

四、实验内容及要求

（1）在实验前提前预习要用到的内容，在实验时能够更好的理解。

（2）在观察实验器材时，注意轻拿轻放，防止仪器损坏。

（3）注意区分变压器的各组成部分，认清它们的用途。

（4）在学习变压器的工作原理时，要结合图、公式、理论一起理解才能更透彻。

（5）在计算前，要细致理解老师的计算思路，理解后再进行计算。

（6）在实验结束后整理好实验台，带走自己的垃圾。

五、思考题

生活中有哪些地方运用到了特种变压器？举例说明。

六、实验报告要求

（1）根据要求画出原理接线图。

（2）标明实验电路所用器件型号。

（3）记录实验中发现的问题、错误、故障及解决方法。