两种常见特种变压器 自耦变压器和互感器

 我们讨论过每相只有一个原绕组和一个副绕组的双绕组变压器，这种变压器内部的电磁过程及分析方法颇具代表性，也是研究其他各类变压器的理论基础。在生产实际中所应用的变压器则是多种多样的，本章介绍2种常见的特种变压器，自耦变压器和互感器。
   一 定义
(a)一般双绕组变压器，原副方只有磁联系；

   (b)单相自耦变压器，省去一个绕组。

   (c)自耦变压器：原，副绕组有共同部分的变压器称为自耦变压器。

   二 基本分析

   1变比ka

   对应于双绕组变压器 k=(Nab-Ncb)／Ncb=kA -1     (2)
   由双绕组变压器概念出发。得，

   ka=U1／U2=Nab／Ncb(1)
 2磁势关系

   磁势平衡方程式为：
   I1Nab+I2Nbc=I0Nab

   为了分析方便起见，略去I0[很小]。加一项减一项比值不变。
   I1Nab-I1Nbc+I1Nbc+I2Nbc=0
   得，IacNac=IbcNbc(3)

   由此可知，同一绕组ac段和bc段存在着磁势平衡关系。

   3电流关系

   由上式知，Iac和Ibc同相位，-(Iac+Ibc)=I2，只看大小，即 
   I2=Iac+Ibc=kaI1     (4)

   4自耦变压器优点

   省铜线，重量轻，损耗小，效率高。
   ka越接近“1”，优点越显著。（1-1/ka）称为效益系数。

   5用铜量

   (1)原边情况

   设双绕组变压器的“AX”段和自耦变压器的“ac”段铜线截面积完全一样，用铜量正比于绕组匝数长度L。令 NAX=Nab
   (自耦变压器铜量)／(普通变压器用铜量)=Lac／LAX=Nac／NAX=(Nab-Nbc)／Nab=1-(1／kA)    (5)
(2)副边情况
   设双绕组变压器的副边“ax”段和自耦变压器的副边“cb”段匝数一样，设两者长度一样时，用铜量正比于截面积 A 或电流 I。
   (自耦变压器铜量)／(普通变压器用铜量)=Abc／A2=Ibc／I2=(I2-Iac)／I2=1-(1/kA)      (6)

   由(5)，(6)式知，自耦变压器的用铜量总是小于用容量的双绕组变压器，ka越接近1，(1-1／ka)就越小，材料也就越省，越经济。在电密 J 不变时，单位体积的铜耜不变，则用铜少，损耗就小，效率高，而且本来就省去了一个绕组。

   6缺点

   (1) ka 不够大；(2)漏阻抗小，短路电流大；(3)低压侧和高压侧绕组在电气方面连在一起 ，若原边引起过电压也会影响到低压边。

   三 传导容量和感应容量

   传导容量：由电路关系直接传递的功率 (U2Iac)；
   感应容量：由电磁感应传递的功率 (U2Ibc)。
  在自耦变压器中，两者同时存在，而一般变压器只有后者。传导功率是自耦变压器独具一格的特点，也是节省材料的关键所在。

   据(4)式 S2=U2I2=U2Iac+U２Ibc故：

   1传导容量占总容量的百分比为：U2Iac／U2I2=Iac／I2=I1／I2=1／ka
   2感应容量占总容量的百分比为：U2Ibc／U2I2=Ibc／I2=(I2-Iac)／I2=1-1／ka

   要点和注意事项：

   一、电压互感器

   1电压互感器副边绝不允许短路。因短路电流将使绕组发热，破坏绝缘，危及人身和设备的安全。
   2电压互感器铁心和副绕组的一端必须可靠接地。保障人身安全。

   二、电流互感器

   1电流互感器副方不允许开路。开路后，原方电流全为励磁作用，铁心过饱和，电压较高，铁心严重发热。
   2电流互感器副绕组一端和铁心须可靠接地。