學習情境1變壓器的選擇與使用任務1.1認識變壓器任務1.2單相變壓器的性能參數測試任務1.3三相變壓器、特殊變壓器的認識與應用學習情境1變壓器的選擇與使用【任務目標】技能目標：1.能計算變壓器的各種參數；2.能根據負載要求選擇電力變壓器；3.能根據負載要求選擇特殊變壓器；4.能實施變壓器性能參數測試。知識目標：1.了解各種變壓器的結構；2.熟悉各種變壓器的工作原理；3.掌握各種變壓器的基本計算。

任務1.1認識變壓器【任務描述】

變壓器是在電力系統和電子線路中應用廣泛的電氣設備。它利用電磁感應原理，將一種交變電壓轉變為另一種或兩種以上頻率相同而數值不同的交變電壓。在電能的傳輸、分配和使用中，變壓器是關鍵設備，具有重要意義。除電力系統外，它在通信、廣播、冶金、焊接、電子實驗、電氣測量、自動控制等方面均有廣泛的應用。本任務主要研究變壓器的分類、銘牌以及變壓器的基本結構與工作原理等內容。

任務1.1認識變壓器【子任務目標】技能目標：1．能根據變壓器外形及銘牌確定變壓器特點與用途；2．能根據負載要求選擇電力變壓器。知識目標：1．了解各種變壓器的結構；2．熟悉單相變壓器的工作原理；3．掌握單相變壓器的基本計算。

任務1.1認識變壓器【知識準備】（一）變壓器的基本結構和工作原理1．單相變壓器的工作原理

常用單相變壓器的原理圖如圖1.1.1所示，它由一個鐵心和兩個獨立繞組組成。鐵心構成變壓器的磁路部分，繞組構成變壓器的電路部分。接交流電源的繞組稱為原繞組，接負載的另一繞組稱為副繞組。

T

（a）原理圖（b）符號圖1.1.1變壓器原理圖放大

任務1.1認識變壓器【知識準備】

變壓器的各電磁量都是交流量，為分析和計算方便，必須規定出其正方向。圖1.1.1所示變壓器各量的正方向是遵循慣例，按下面所述的相應電磁規律來規定的。(1)u1、u2、u1的正方向規定由首端指向末端；u2的正方向規定從末端指向首端。(2)：其正方向與產生它們的電流符合右手螺旋定則。因此，判定磁通的正方向時必須注意繞組的繞向。(3)e1、e1和e2、e2：正方向與產生它們的磁通符合右手螺旋定則，即符合定磁感應定律：。(4)i1、i2：正方向與相應的電勢方向一致。

任務1.1之【知識準備】

在變壓器原邊加上電源電壓u1，在u1作用下，繞組中產生交流電流，這個電流在鐵心中建立交變磁通Φ，它穿過變壓器的兩個繞組，并使兩個繞組中產生感應電動勢，它們的大小分別為：

當變壓器原繞組通以交流電流時，在其鐵心中產生交變磁通，根據電磁感應原理，原、副繞組都產生感應電動勢，副繞組的感應電動勢相當于新的電源，這就是變壓器的基本工作原理。

變壓器只能傳遞交流電能，而不能產生電能；它只能改變交流電壓或電流的大小，不改變頻率；而在傳遞過程中幾乎不改變電流與電壓大小的乘積，即S=U1﹒I1≈U2﹒I2[例1-1-1]

低壓照明變壓器一次繞組匝數N1=1210匝，一次繞組電壓U1=220V，現要求二次繞組輸出電壓U2=36V，求二次繞組匝數N2及變比K。解由于則

任務1.1之【知識準備】推論（1）變電流作用則推論（2）變阻抗作用

二次側繞組電路負載阻抗為如果從一次側繞組電路來看，則其大小為

任務1.1之【知識準備】2．變壓器分類

為了達到不同的使用目的，并適應不同的工作條件，變壓器有很多類型，可按其用途、繞組結構、鐵心結構、相數、調壓方式、冷卻方式、容量等進行分類。

圖1.1.2變壓器類型圖片放大

任務1.1之【知識準備】3．變壓器的結構

主要組成部分由鐵芯和繞組兩部分構成。1）變壓器鐵芯

A）軛部磁通為中柱的1/2；b）山字形；c）日字形；d）F形；e）第一刃沖剪成對接雙山形；f）第二刃沖剪成二塊山字片圖1.1.3小型變壓器類的迭片放大

任務1.1之【知識準備】1）鐵芯

放大

任務1.1之【知識準備】

2）變壓器繞組

按高、低繞組相互間位置的不同，繞組可分為同心式和交疊式兩種，如圖1.1.4所示。

（a）同心式（b）交疊式圖1.1.4變壓器繞組的結構放大

任務1.1之【知識準備】

3）三相電力變壓器外形

放大

任務1.1之【知識準備】1—放油閥門2—繞組3—鐵心4—油箱5—分接開關6—低壓套管7—高壓套管

8—氣體繼電器9—安全氣道10—油表11—儲油柜12—吸濕器13—濕度計1．鐵心。

油浸式變壓器外形圖（二）變壓器的銘牌1．型號：表示一臺變壓器的結構、額定容量、電壓等級、冷卻方式等內容，表示方法為如OSFPSZ-250000/220表明自耦三相強迫油循環風冷三繞組銅線有載調壓，額定容量250000kVA，高壓額定電壓220kV電力變壓器。

任務1.1之【知識準備】耦合方式：O表示自耦變壓器；相數：D表示單相，S表示三相；冷卻方式：油浸自冷式無符號，G表示干式空氣自冷，C表示干澆注式絕緣，F表示油浸風冷，S表示油浸水冷，FP表示強迫油循環風冷，SP表示強迫油循環水冷；繞組數：雙繞組無符號，S表示三繞組；導線材質：銅線無符號，L表示鋁線；調壓方式：無勵磁調壓無符號，Z表示有載調壓。如S7-500/10表示額定容量為500KV?A，高壓側額定電壓為10KV級的低損耗三相油浸式自冷電力變壓器。如OSFPSZ-250000/220表明自耦三相強迫油循環風冷三繞組銅線有載調壓，額定容量250000kVA，高壓額定電壓220kV電力變壓器。

任務1.1之【知識準備】2．銘牌額定數據（額定值）額定容量SN——變壓器的視在功率（VA）。一次側額定電壓U1N——指變壓器在額定運行情況下，根據變壓器絕緣等級和允許溫升所規定的原繞組的電壓值（三相為線電壓），稱為原繞組的額定電壓U1N。規定加在一次側的電壓（V）。二次側額定電壓U2N——在原繞組加上額定電壓后，副繞組空載時的端電壓（V）。額定電流I1N/I2N——變壓器額定容量下，原、副繞組允許長期通過的電流（三相為線電流A）。額定頻率fN

——我國規定標準：工業用交流電頻率為50Hz。此外，還有空載電流百分值、短路阻抗百分值、額定效率、溫升等額定值等。

任務1.1之【知識準備】2．銘牌額定數據（額定值）額定值之間的關系：單相變壓器的關系式三相變壓器的關系式

任務1.1之【知識準備】[例1-1-4]

一臺單相變壓器，額定容量SN＝180kVA，原、副繞組的額定電壓U1N/U2N＝6000V/220V，求原、副繞組的額定電流I1N、I2N各是多大?這臺變壓器的輸出端能否接150kW，功率因數為0.75的感性負載?解原繞組電流是副繞組電流是150kW感性負載流過的電流為由于I2＞I2N，不行。

任務1.1之【知識準備】

任務1.1之【任務實施】引導問題為：（1）變壓器有什么用處？按用途、按相數變壓器是如何分類的？（2）變壓器的主要結構有哪幾部分？（3）變壓器的主要額定值有哪幾個，單相、三相變壓器的額定容量、額定電壓、額定電流的意義相同嗎？3）教師通過圖片、實物或多媒體分析演示讓學生了解變壓器結構、原理、銘牌參數并舉例，或指導學生自學。4）實際觀察幾種變壓器外形（1）觀察變壓器結構與特點，觀察結果記錄在表1-1-1中。（2）注意事項①認真觀察，注意各種變壓器的結構特點，記錄完整；②注意安全，避免劃傷、砸傷。

任務1.1認識變壓器【學習小結】

本任務的核心是變壓器的結構和工作原理。它是深入分析變壓器運行的基礎。變壓器工作原理的基礎是法拉第電磁感應定律。要求變壓器原、副繞組有良好的磁耦合，要求鐵心材料有良好的磁導率。在制作鐵心時，要盡量減小磁阻（對一般變壓器而言）。繞組的放置既要考慮絕緣，也要考慮安全生產，因此，心式變壓器的高壓繞組一般放在低壓繞組的外面。變壓器原、副繞組的電流是反相的。副繞組電流建立的磁動勢在鐵芯中產生的磁通，對原繞組電流建立的磁動勢在鐵芯中產生的磁通而言具有抵消作用。變壓器正常運行時，副繞組的電流增大時，原繞組的電流也隨著增大。因此，原繞組電流的大小是由副繞組電流大小決定的。

任務1.1認識變壓器【自我評估】1．1-1變壓器的基本結構有哪兩大部分？1．1-2變壓器的鐵心和繞組主要是用什么材料？1．1-3變壓器的額定值主要有哪幾個？它們在單相和三相變壓器中含義相同么？舉例說明。1．1-4某機床控制電路電壓為48V，控制電路的負載（各種繼電器、接觸器）為40W，功率因數0.8。機床電源為線電壓380V，相電壓為220V。為滿足控制電路的需要，試選擇變壓器的電壓和功率，并說明接線方式。備選變壓器：BK-200（一次電壓380V，二次電壓48V，額定容量50VA）；備選變壓器：BK-200（一次電壓220V，二次電壓48V，額定容量60VA）。

任務1.1之【自我評估】1．1-5某機床控制電路電壓為24V，控制電路的負載（各種繼電器、接觸器）為20W，功率因數0.8。機床電源為線電壓380V。為滿足控制電路的需要，試選擇變壓器的電壓和功率，并說明接線方式。備選變壓器：BK-30（一次電壓380，二次電壓24V，額定容量30VA）；備選變壓器：BK-20（一次電壓380，二次電壓24V，額定容量20VA）。1．1-6有一臺單相變壓器，額定容量為5kV·A，高、低壓繞組均由兩個線圈組成，高壓邊每個線圈的額定電壓為1100V，低壓邊每個線圈的額定電壓為110V，現將它們進行不同方式的聯結。試問：可得幾種不同的變比？每種聯結時，高、低壓邊的額定電流為多少？

任務1.2單相變壓器的性能參數測試【任務描述】

—臺變壓器在出廠之前，或在檢修之后，一般都要做兩項基本試驗來測定變壓器的變比和參數，這就是變壓器的空載試驗和短路試驗。變壓器試驗的目的是檢驗變壓器的性能是否符合有關標準和技術條件的規定，是否存在影響變壓器正常運行的各種缺陷，以及測出變壓器的有關數據。另外還要通過負載試驗來測取單相變壓器的運行特性。本任務主要研究單相變壓器的空載參數、短路參數及運行特性的測試方法、測試線路的接線。

任務1.2單相變壓器的性能參數測試【子任務目標】技能目標：1.能根據測試原理圖實施變壓器空載、短路和負載測試接線；

2.能根據不同測試選用測試儀表；

3.能正確讀取測試數據并進行計算。

知識目標：1.了解變壓器性能參數的意義；2.熟悉單相變壓器空載、短路和負載運行的含義；3.掌握單相變壓器性能參數的基本計算。

任務1.2單相變壓器的性能參數測試

【知識準備】（一）空載測試變壓器空載是指原邊接額定電壓，副邊開路時的運行狀態。變壓器空載試驗的目的是確定變比k，空載電流百分值，空載損耗和激磁阻抗等。空載試驗線路如圖1.2.1所示。原邊接上額定電壓，副邊開路。為安全與方便，空載測試一般在低壓側加試驗電壓，高壓側開路。

任務1.2之【知識準備】（一）空載測試

據測量的數據計算變壓器的激磁參數：1）變壓器變比（單相變壓器）

圖1.2.1空載試驗線路圖

圖1.2.2空載試驗等值電路放大（一）空載測試2）激磁參數（空載參數）計算

激磁電阻激磁阻抗激磁電抗3）空載電流百分值

任務1.2之【知識準備】（二）短路測試變壓器短路是指原邊接短路電壓，副邊短路時的運行狀態。變壓器短路試驗的目的是確定短路電壓短路電壓，短路阻抗，銅損耗等。短路試驗線路如圖1.2.3所示。副邊短路，將調壓器從0V開始升壓，觀測短路側電流達到額定電流值（或原邊電流為額定值）時，原邊的電壓即為短路電壓。為安全與方便，短路測試一般在高壓側加試驗電壓，低壓側短路。任務1.2之【知識準備】（二）短路測試根據測量的數據計算變壓器的激磁參數：1）變壓器短路電壓（或短路阻抗Zs）

圖1.2.3變壓器短路試驗電路圖放大任務1.2之【知識準備】

2）短路阻抗

在變壓器短路試驗中，由電壓表和電流表的讀出數據即可確定短路阻抗Zk，即短路阻抗

短路電阻

短路電抗任務1.2之【知識準備】

短路試驗時應注意短路用的接線盡量短和離開器身，避免產生不正常的渦流損耗，影響測試結果。接線截面積與短路端出線銅排或導桿截面積相等。短路銅排應拴緊，不可松弛，以減少接觸電阻。（三）負載測試變壓器負載時的運行特性有兩個：外特性和效率特性。外持性是指一次側外施電壓與二次側功率因數不變時，二次側電壓與電流的變化關系，即U2=f（I2）。效率特性是指一次電壓和二次測負載功率因數不變時，變壓器的效率與負載電流的變化關系，即η=f（I2）。

任務1.2之【知識準備】任務1.2之【知識準備】變壓器帶不同性質負載時的外特性U2=f（I2）如圖1.2.5所示。純電阻負載時，端電壓變化較小；感性負載時，變化較大，但外特性都是下降的；容性負載時，外特性可能上翹，上翹程度隨容性的增大而增大。在一定程度上，電壓調整率可以反映出變壓器的供電品質，是衡量變壓器性能的一個非常重要的指標。

在能量傳遞過程中，變壓器內部同時將產生損耗。變壓器的損耗分銅耗和鐵耗兩種。銅耗是電流在繞組中產生的電能損耗，與負載電流的平方成正比，因而稱之為可變損耗。鐵耗是交變磁通在鐵心中產生的磁滯和渦流損耗。由于變壓器主磁通是基本不變的量，鐵心損耗是一個常量故稱不變損耗。效率特性的特征指標是效率η，其定義為額定負載時的η值約為95％~99％。

圖1.2.5變壓器負載試驗電路圖放大任務1.2之【知識準備】任務1.2單相變壓器的性能參數測試

【任務實施】3.實施內容與步驟引導問題為：（1）變壓器測試項目主要有哪幾個？（2）什么叫變壓器空載運行？變壓器空載測試的目的是什么？（3）什么叫變壓器短路運行？變壓器短路測試的目的是什么？（4）什么叫變壓器負載運行？變壓器的輸出電壓與負載大小有什么關系？3）教師通過圖片、實物或多媒體分析演示讓學生了解變壓器測試原理、線路與方法，或指導學生自學。4）實際進行變壓器空載測試、短路測試及運行特性測試。

任務1.2單相變壓器的

性能參數測試

【學習小結】

本任務通過變壓器空載運行和負載運行等試驗分析了變壓器的運行原理，能量的傳通以及內部的電磁過程；通過空載試驗和短路試驗，確定了變壓器的鐵損耗、變比、空載電流和勵磁阻抗，以及變壓器的額定銅損耗、短路電壓和短路阻抗。任務1.2單相變壓器的性能參數測試

【自我評估】1.2-1變壓器空載試驗的目的是什么？進行試驗時應注意什么？1.2-2變壓器短路試驗的目的是什么？進行該試驗時應注意什么問題？1.2-3變壓器負載試驗的目的是什么？1.2-4變壓器的空載阻抗與勵磁阻抗有什么不同？1.2-5變壓器的短路阻抗與短路電壓有什么不同？短路阻抗的實際意義是什么？1.2-6變壓器空載試驗一般在哪側進行？將電源加在低壓側或高壓側所測得的空載電流、空載電流百分值、空載功率及勵磁阻抗是否相等？1.2-7變壓器短路試驗一般在哪一側進行？將電源加到高壓側或低壓側所測得的短路電壓、短路電壓百分值、短路功率及計算出的短路阻抗是否相等？

任務1.3三相變壓器、特種變壓器的認識與應用

【任務描述】

現代電力系統均采用三相制，因而三相變壓器的應用極為廣泛。三相變壓器可以用三個單相變壓器組成，這種三相變壓器稱為三相變壓器組，還有一種由鐵扼把三個鐵心柱連在一起的三相變壓器，稱為三相心式變壓器。從運行原理來看，三相變壓器在對稱負載下運行時，各相電壓、電流大小相等，相位上彼此相差120°，就其一相來說，和單相變壓器沒有什么區別。由于工業的不斷發展，相應地出現了適用于各種用途的特種變壓器。它們分別是自耦變壓器、互感器（儀用變壓器）以及電焊變壓器。本任務主要研究三項變壓器和幾種應用較多的特種變壓器的工作原理和使用。

任務1.3三相變壓器、特種變壓器的認識與應用

【子任務目標】技能目標：1.能進行三相變壓器基本計算；2.能根據銘牌和外形確定特種變壓器用途與特點；3.能根據工作實際選擇所需特種變壓器類型。知識目標：1.了解三相變壓器和特種變壓器的結構和工作原理；2.熟悉各種變壓器的用途和使用注意事項。3.掌握特種變壓器的參數意義。

任務1.3三相變壓器、特種變壓器的認識與應用

【知識準備】（一）三相變壓器1.三相變壓器的磁路系統三相變壓器的磁路系統按其鐵心結構可分為組式磁路和心式磁路。1）組式（磁路）變壓器三相組式變壓器是由三臺單相變壓器組成的，相應的磁路稱為組式磁路。由于每相的主磁通中各沿自己的磁路閉合，彼此不相關聯。當一次側外施三相對稱電壓時，各相的主磁通必然對稱，由于磁路三相對稱，顯然其三相空載電流也是對稱的。三相組式變壓器的磁路系統如圖1.3.1所示。任務1.3之

【知識準備】2）心式（磁路）變壓器三相心式變壓器每相有一個鐵心柱，三個鐵心柱用鐵扼連接起來，構成三相鐵心，如圖1.3.2所示。這種磁路的特點是三相磁路彼此相關。從圖上可以看出，任何一相的主磁通都要通過其他兩相的磁路作為自己的閉合磁路。三相心式變壓器可以看成是由三相組式變壓器演變而來的。

圖1.3.1三相組式變壓器的磁路系統放大

與三相組式變壓器相比，三相心式變壓器省材料，效率高，占地少，成本低，運行維護方便，故應用廣泛。只在超高壓、大容量巨型變壓器中由于受運輸條件限制或為減少備用容量才采用三相組式變壓器。

圖1.3.2三相心式變壓器的磁路系統

任務1.3之

【知識準備】放大2.三相變壓器的電路系統―聯結組別1）三相繞組的聯結方法為了在使用變壓器時能正確聯結而不至發生錯誤，變壓器繞組的每個出線端都給予一個標志，電力變壓器繞組首、末端的標志如表1-3-1所示。

表1-3-1繞組的首端和末端的標記任務1.3之

【知識準備】

在三相變壓器中，不論一次繞組或二次繞組，我國主要采用星形和三角形兩種聯結方法。把三相繞組的三個末端U2.V2.W2（或u2.v2.w2）聯結在一起，而把它們的首端Ul、Vl、Wl（或ul、vl、w2）引出，便是星形聯結，用字母Y或y表示，如圖1.3.3（a）所示。把一相繞組的末端和另一相繞組的首端連在一起，順次連接成一閉合回路，然后從首端Ul、Vl、Wl（或u1.v1.wl）引出，如圖1.3.3（b）、（c）所示，便是三角形聯結，用字母D或d表示。其中，在圖（b）中，三相繞組按U1-U2W1-W2V1-V2U1的順序聯結，稱為逆序（逆時針）三角形聯結；在圖（c）中，三相繞組按U1-U2V1-V2W1-W2U1的順序聯結，稱為順序（順時針）三角形聯結。

任務1.3之

【知識準備】圖1.3.3三相線圈聯結方法及相量圖任務1.3之

【知識準備】放大2）單相變壓器的極性由于一臺三相變壓器可以看成由三臺單相變壓器組成，故要想弄清三相變壓器原、副邊線電動勢（線電壓）間的相位關系，須首先掌握單相變壓器原、副邊電動勢（電壓）之間的相位關系，即單相變壓器的極性。單相變壓器的主磁通及原、副繞組的感應電動勢都是交變的，無固定的極性。這里所講的極性是指某一瞬間的相對極性，即任一瞬間，高壓繞組的某一端點的電位為正（高電位）時，低壓繞組必有一個端點的電位也為正（高電位），這兩個具有正極性或另兩個具有負極性的端點，稱為同極性端，用符號“·”或“﹡”表示。同極性端可能在繞組的對應端，如圖1.3.4（a）所示，也可能在繞組的非對應端，如圖1.3.4（b）所示，這取決于繞組的繞向。

任務1.3之

【知識準備】

當原、副繞組的繞向相同時，同極性端在兩個繞組的對應端；當原、副繞組的繞向相反時，同極性端在兩個繞組的非對應端。單相變壓器的首端和末端有兩種不同的標法。一種是將原、副繞組的同極性端都標為首端（或末端），如圖1.3.5（a）所示，這時原、副繞組電動勢與同相位（感應電動勢的參考方向均規定從末端指向首端）。另一種標法是把原、副繞組的異極性端標為首端（或末端），如圖1.3.5（b）所示，這時與反相位。

圖1.3.4線圈的同極性端任務1.3之

【知識準備】放大

綜上分析可知，在單相變壓器中，原、副繞組感應電動勢之間的相位關系要么同相要么反相位，它取決于繞組的繞向和首末端標記，即同極性端子同樣標號電動勢同相位。為了形象地表示高、低壓繞組電動勢之間的相位關系，采用所謂“時鐘表示法”。即把高壓繞組電動勢相量作為時鐘的長針，并固定在“12”上，低壓繞組電動勢相量作為時鐘的短針，其所指的數字即為單相變壓器聯結組的組別號，我國國家標準規定，單相變壓器以I，I0作為標準聯結組。

圖1.3.5不同標志和繞向時原、副繞組感應電動勢之間的相位關系

任務1.3之

【知識準備】放大3）三相變壓器的聯結組別

三相變壓器原、副邊三相繞組均可采用Y（y）聯結或YN（yn）聯結，也可采用D（d）聯結，括號中為低壓三相繞組聯結方式的表示符號。因此三相變壓器的聯結方式有Y，yn、Y，d、YN，d、Y，y、YN，y、D，yn、D，y、D，d等多種組合，其中前三種為最常見的聯結，逗號前的大寫字母表示高壓繞組的聯結；逗號后的小寫字母表示低壓繞組的聯結，N（或n）表示有中性點引出。（1）Y，y聯結圖1.3.6（a）為三相變壓器Y，y聯結時的接線圖，圖1.3.6（b）為圖（a）的相量圖。可見，如把指向鐘面的12上，則也指向12，故其聯結組就寫成Y，y0。如高壓繞組三相標志不變，而將低壓繞組三相標志依次后移一個鐵心柱，在相位圖上相當于把各相應的電動勢順時針方向轉了120°（即4個點），則得Y，y4聯結組；如后移兩個鐵心柱，則得8點鐘接線，記為Y，y8聯結組。

任務1.3之

【知識準備】3）三相變壓器的聯結組別在已知三相變壓器接線圖的情況下，可以按如下步驟來確定其連接組：1）畫出原邊繞組相電動勢的相量圖，并根據其連接方式求出線電動勢；2）把U點當作u點，根據同名端，確定副邊繞組相電動勢與原邊相電動勢的相位關系，畫出副邊相電動勢的相量圖；3）再由其連接方式求出副邊的線電動勢；4）最后根據相量圖所示的原邊、副邊線電動勢相位差，得到連接組標號。

任務1.3之

【知識準備】

在圖1.3.6（a）中，如將原、副繞組的異極性端子標在對應端，如圖1.3.7（a）所示，這時原、副邊對應相的相電動勢反向，則線電動勢與的相位相差180°，如圖1.3.7（b）所示，因而就得到了Y，y6聯結組。同理，將低壓側三相繞組依次后移一個或兩個鐵心柱，便得Y，y10或Y，y2聯結組。

圖3.1.6Y，y0連接組任務1.3之

【知識準備】放大

圖1.3.7Y，y6聯結

圖1.3.8Y,d11聯結任務1.3之

【知識準備】放大

（2）Y，d聯結圖1.3.8（a）是三相變壓器Y，d聯結時的接線圖。圖中將原、副繞組的同極性端標為首端（或末端），副繞組則按U1一U2W1一W2V1一V2U1順序作三角形聯結，這時原、副邊對應相的相電動勢也同相位，但線電動勢與的相位差為330°，如圖1.3.8（b）所示，當指向鐘面的12時，則指向11，故其組號為11，用Y，d11表示。同理，高壓側三相繞組不變，而相應改變低壓側三相繞組的標號，則得Y，d3和Y，d7聯結組。如將副繞組按Ul一U2V1一V2W1一W2U1順序作三角形聯結，如圖1.3.9（a）所示。這時原、副邊對應相的相電動勢也同相，但線電動勢與的相位差為30°，如圖1.3.9（b）所示，故其組號為1，則得到Y，d1聯結。

任務1.3之

【知識準備】

綜上所述可得，對Y，y聯結而言，可得0、2.4.6.8、10等六個偶數組別；而Y，d聯結而言，可得l、3.5.7.9、11等六個奇數組別。國家標準規定Y，yn0；Y，d11；YN，d11；YN，y0和Y，y0等五種作為三相雙繞組電力變壓器的標準聯結組。Y,yn0聯結組的二次繞組可引出中性線，成為三相四線制，用作配電變壓器時可兼供動力和照明負載。Y，d11聯結組用于低壓側電壓超過400V的線路中。YN，d11聯結組主要用于高壓輸電線路中，使電力系統的高壓側可以接地。

圖1.3.9Y,d1聯結任務1.3之

【知識準備】放大

4）三相變壓器繞組的極性判別

當把三相變壓器原、副繞組聯接成星形或三角形時，繞組的感應電動勢就互差120°，變壓器正常運行。如果當一相繞組接反了，該相繞組產生的磁通會與另外兩相繞組產生的磁通相互抵消，使得變壓器空載阻抗變得很小，接入電源后會流過很大的電流而燒壞變壓器。為避免上述事故發生，要確定三相繞組的相對極性，即確定三相變壓器繞組的首末端，通常也稱為繞向測定。具體做法是：在圖1.3.10（a）中，若將原繞組的1U2和lV2端子相聯接后，在lU1和1V1間加電壓。在圖1.3.10（b）中，若將兩繞組的1U2和lVl端子聯接在一起，在1U1和1V2之間加電壓，則在W相繞組中產生感應電動勢。這表明，1U1.1V1中一個為首端，一個為末端。更換一相繞組后，重復上述過程，就可以確定三相繞組的相對極性。用同樣的方法、步驟也可以確定副繞組的相對極性。讀者可以依據楞次定律參照圖1.3.10自行分析判斷。

任務1.3之

【知識準備】

圖1.3.10三相變壓器組的繞向測定（a）（b）任務1.3之

【知識準備】放大（二）自耦變壓器1.自耦變壓器的結構根據法拉第電磁感應定律所講的自感現象制成的變壓器，稱之為自感變壓器，也稱為自耦變壓器。自耦變壓器的特點在于：其原、副繞組之間不僅有磁的聯系，而且也有電的直接聯系。

自耦變壓器與普通變壓器相似，也是由鐵心和原、副繞組兩部分組成。所不同的是，原、副繞組共用一個線圈，如圖1.3.11所示。如果繞組中間的抽頭做成可滑動接觸的，就可構成一個電壓可調的自耦變壓器。通常將這類可調的自耦變壓器稱為自耦調壓器。如圖1.3.12所示，這種自耦調壓器將鐵心做成圓環形，將繞組均勻繞在上面，滑動接觸點一般用碳刷構成。碳刷觸頭通過組件與轉柄相連．可根據需要旋轉轉柄以改變輸出電壓。

任務1.3之

【知識準備】

（a）外形結構（b）電路原理

圖1.3.11自耦變壓器結構圖1.3.12自耦調壓器

任務1.3之

【知識準備】放大放大2.自耦變壓器的原理

自耦變壓器可以看作是由一臺雙繞組變壓器改接變成的。設雙繞組變壓器原、副繞組的總匝數為N1

，副繞組匝數為N2

，額定電壓分別為U1N，額定電流分別為U2N，根據變壓器原理，變比

k=N1/N2=U1N/U2N

若將這臺雙繞組變壓器原、副繞組按圖1.3.13所示串聯起來，便成為一臺自耦變壓器。N2既屬于原繞組的一部分，同時也是副繞組的組成部分，成為公共繞組，N1成為原繞組。

自耦變壓器可用于升壓。也可用于降壓。圖1.3.13為降壓自耦變壓器原理接線圖。若將電電源和負載對調，就成為升壓自耦變壓器。

任務1.3之

【知識準備】

如果在自耦變壓器原繞組上加上電壓，且不考慮繞組的電阻壓降和漏抗壓降，繞組內有電流通過。鐵心內就產生交變磁通，原繞組中產生感應電動勢，這個電動勢與外加電壓相平衡。副繞組中產生的感應電動勢與其匝數也是成正比。圖1.3.13自耦調壓器工作原理

放大任務1.3之

【知識準備】（三）互感器1.電流互感器電流互感器的結構、工作原理與普通雙繞組變壓器相似，也是由鐵心和原、副繞組兩部分構成。其主要特點在于，電流互感器原繞組的匝數很少，一般只有一匝到幾匝。使用中，原繞組串聯在被測電路中。副繞組的匝數很多，用較細的導線繞制。根據測量目的不同，副繞組聯接電流表或電度表的電流線圈。根據變壓器的變流比公式

任務1.3之

【知識準備】[例1-3-1]

某電力線路，電壓為10.5kV，今采用LQJ-15環氧樹脂澆注的電流互感器測量線路電流。已知，電流表測得的電流為2.5A，若不計空載電流和漏阻抗的影響，試問該線路電流為多大?若采用的電流互感器，能否測量該線路的電流?

解由于LQJ-15型電流互感器可允許在15kV線路中進行測量，故在該線路是可以使用的。因為Ki=40，I2=2.5A，則該線路的電流為如采用Ki=75/5的電流互感器，它所測量電流的最大值為所以，不能將的電流互感器用于測量線路為100A的電流。任務1.3之

【知識準備】

為了測量的準確和安全，在使用電流互感器時，應注意以下三點：（1）電流互感器在運行中副繞組絕對不能開路。若開路，互感器即成為空載運行，流過原繞組的線路電流，全部成為互感器的勵磁電流。副繞組此時沒有電流通過，副繞組電流的去磁作用消失，原繞組磁動勢不變，使鐵心中磁感應強度提高很多倍，磁路嚴重飽和，磁通的波形為平頂波，在磁通變化過程中，過零時相當快。因而在副繞組中感應出很高的尖峰電動勢，其峰值可達數千伏，會造成互感器絕緣擊穿，也可能造成人身傷害。任務1.3之

【知識準備】

另外，由于磁感應強度增大，鐵損耗增加，鐵心過熱．加速絕緣物老化。在電流互感器副繞組電路中，絕對不允許接裝保險絲；當副繞組不接電流表時，要把副繞組短接，若要拆下運行中的電流表，必須先把互感器副繞組短接后，才能把電流表拆下來。（2）電流互感器的鐵心和副繞組要同時可靠接地，以免高壓側絕緣擊穿時，損壞儀表或造成人身傷亡。（3）副繞組負載阻抗要小于規定的阻抗，互感器準確度等級要比所接儀表的準確度高兩級。任務1.3之

【知識準備】2.電壓互感器電壓互感器實質是一個降壓變壓器，其工作原理和結構與其它變壓器沒有區別。也是由鐵心和原、副繞組兩個主要部分組成。它的主要特點在于：原繞組匝數較多，并聯在被測電路中，副繞組匝數較少，接在高阻抗的測量儀表上，有很準確的電壓比。根據測量的目的不同，原繞組接被測量的高電壓端，副繞組接電壓表、瓦特表或電度表的電壓線圈，所接儀表的阻抗都很大，因此，電壓互感器的副繞組電流很小，近似等于零。所以電壓互感器正常運行時接近于空載運行，接線原理圖如1.3.14所示。根據變壓器原理，它的原繞組與副繞組的電壓之比同它們的匝數成正比。電壓互感器的準確度可分為：0.2.0.5.1.0、3.0等四級。任務1.3之

【知識準備】（a）接線圖（b）符號圖圖1.3.14電壓互感器的原理接線圖放大任務1.3之

【知識準備】

[例1-3-2]

用變比為6000V／100V的電壓互感器和變比為100A／5A的電流互感器擴大量程，若電壓表的讀數為85V，電流表的讀數為3.5A，則被測電路的電壓、電流各為多少?解因為

所以

又因為

所以

任務1.3之

【知識準備】

在使用電壓互感器時，應注意以下三點：（1）電壓互感器在運行時，副繞組不可短路。因為副繞組匝數少，阻抗小，如發生短路，短路電流將很大，足以燒壞互感器。使用時，低壓側電路要串接熔斷器作短路保護。（2）電壓互感器的鐵心和副繞組的一端必須可靠接地。以防止高壓繞組絕緣被損壞時，鐵心和副繞組帶上高壓而造成事故。（3）電壓互感器的準確度等級與其使用的額定容量有關，輸出電流越大，電壓比誤差越大的緣故。為了保證所接儀表的測量準確度等級，電壓互感器的準確度等級比所接儀表的準確度等級要高兩級。

任務1.3之

【知識準備】（四）電焊變壓器電焊變壓器在生產實際中應用很廣泛，主要是以結構簡單、成本較低、制造容易、維修方便、經久耐用而著稱。交流電弧焊機的主要部分是電焊變壓器，實質上是一臺特殊的降壓變壓器。電弧焊是靠電弧放電的熱量來熔化金屬的，電焊條就是用來被熔化的金屬。焊接時的起弧電壓約為60～75V，起弧后電壓降至30～35V，當焊條碰在工件上時，短路電流不應過大，也不應過小。為了適應不同的焊接要求，焊接電流應能夠在較大范圍內調節。如果使一臺的變壓器的特性符合上述電焊條的要求，它就可以作為電焊變壓器。為此，對電焊變壓器的要求是：

任務1.3之

【知識準備】

（1）變壓器空載時具有足夠的引弧電壓60～80V。（2）有負載時要求電壓急劇下降。即電焊變壓器必須具有陡降的外特性。圖1.3.15所示為電焊變壓器的外特性曲線。（3）為了滿足焊接不同工件的需要，要求能夠調節焊接電流的大小。（4）當焊條與工件短接時，副繞組電流不應過大。即短路電流不應太大，也不應太小。短路電流太大，會使焊條過熱、金屬顆粒飛濺，工件易燒穿；短路電流太小，引弧條件差，電源處于短路時間過長。一般短路電流不超過額定電流的兩倍，在工作中電流要比較穩定。

任務1.3之

【知識準備】

為了滿足上述要求，電焊變壓器應有較大的可調電抗。電焊變壓器的一、二次繞組一般分裝在兩個鐵心柱上，以使繞組的漏抗比較大。改變漏抗的方法很多，常用的有磁分路法和串聯可變電抗法兩種，如圖1.3.16所示。圖1.3.15電焊變壓器具有陡降的外特性放大任務1.3之【知識準備】

帶電抗器的電焊變壓器如圖1.3.16（a）所示，它是在二次繞組中串接可調電抗器。電抗器中的氣隙可以用螺桿調節，當氣隙增大時，電抗器的電抗減小，電焊工作電流增大；反之，當氣隙減小時，電抗增大，電焊工作電流減小。另外，在一次繞組中還備有分接頭，以便調節起弧電壓的大小。

（a）帶電抗器的電焊變壓器圖（b）磁分路電焊變壓器圖1.3.16電焊變壓器的原理接線圖

放大任務1.3之

【知識準備】磁分路電焊變壓器如圖1.3.16（b）所示。在一、二次繞組鐵心柱中間，加裝一個可移動的鐵心，提供了一個磁分路。當磁分路鐵心移出時，一、二次繞組的漏抗減小，電焊變壓器的工作電流增大。當磁分路鐵心移入時，一、二次繞組間通過磁分路的漏磁通增多，總的漏抗增大，焊接時二次側電壓迅速下降，工作電流變小。這樣，通過調節磁分路的磁阻，即可調節漏抗大小和工作電流的大小，以滿足焊件和焊條的不同要求。在二次繞組中還常備有分接頭，以便調節空載時的起弧電壓。任務1.3之

【知識準備】引導問題為：（1）三相變壓器的三相繞組有哪兩種基本接法？同一邊的三相繞組接成Y接和D接時，線電壓之間關系是什么？（2）自耦調壓器、電流互感器、電壓互感器各自的主要用途是什么？他們的繞組各有什么特點？（3）電焊變壓器的外特性有什么特點？3）教師通過圖片、實物或多媒體分析演示讓學生了解三相變壓器變壓器、自耦變壓器、電流互感器、電壓互感器及電焊變壓器的結構、原理與特點，或指導學生自學。4）實際進行特種變壓器觀察、變壓器繞組極性訓練。

任務1.3

之

【任務實施】3.實施內容與步驟：（1）觀察幾種特殊變壓器外形，觀察結果記錄在表1-3-2中。

序號變壓器名稱變壓器型號額定容量（VA）額定電壓（V）額定電流（A）結構特點主要用途1三相變壓器2自耦調壓器3電壓互感器4電流互感器5交流電焊機表1-3-2特種變壓器觀察結果記錄表3.實施內容與步驟：任務1.3

之

【任務實施】

1.三相變壓器的應用極為廣泛。正確掌握三相變壓器的銘牌參數、基本計算、繞組極性的測定方法，對掌握變壓器的使用技能起著非常重要的作用。

2.在交流電路的多種測量中，以及各種控制和保護電路中，應用著大量的互感器。互感器分為兩種，一種是電流互感器，它的原理是應用電磁感應原理，將大電流變成小電流，特點是電流互感器在近似短路狀態下工作，用以提供測量儀表及各種繼電器信號保護的信號。另一種是電壓互感器，它也是應用電磁感應原理，將高電壓變為低電壓，供測量儀表等使用。電壓互感器的主要特點是它的副繞組近似在斷路的狀態下工作，副繞組電流很小。任務1.3三相變壓器、特種變壓器的認識與應用

【學習小結】3.自耦變壓器的原、副繞組具有公共使用的繞組。原、副繞組兩邊既有磁的聯系，又有電的直接聯系，這使得其繞組容量小于變壓器的容量，但其結構簡單、操作簡單、節省材料。調壓器是電壓連續可調的自耦變壓器，在試驗室中應用較廣，但要注意安全，對單相自耦變壓器來說，原、副繞組的公共部分要接零線，并注意鐵芯接地。

4.電焊變壓器的最大特點是具有陡降的外特性，以滿足電弧焊的要求。電焊變壓器大體可分為兩大類，一類是磁分路類，另一類是外加電抗類。其基本原理仍是電磁感應原理。兩類調節電流的方式不同，前一類是調節漏磁通，以便調節輸出電流；后一類是改變焊接回路電抗來改變輸出電流。其實質都是改變加在電焊條電孤間的電壓。

任務1.3三相變壓器、特種變壓器的認識與應用

【學習小結】1．3-1自耦變壓器有哪些特點？1．3-2電流互感器和電壓互感器的用途和注意事項有哪些？1．3-3變壓器的額定值主要有哪幾個？它們在單相和三相變壓器中含義相同么？舉例說明。1．3-4有一臺SN=5000kV·A，U1N/U2N=10kV/6.3kV，Y，d聯結的三相變壓器，試求：（1）變壓器的額定電壓和額定電流；（2）變壓器一、二次繞組的額定電壓和額定電流。

任務1.3三相變壓器、特種變壓器的認識與應用

【自我評估】（五）變壓器的特性1.變壓器的空載特性變壓器的空載運行

一次側接額定電壓u1N，二次側開路的運行狀態稱為空載運行（i2=0）。

空載時一次側繞組中的電流i0為空載(或叫激磁)電流，磁勢F0=I0N1叫勵磁磁勢。

f0產生的磁通分為兩部分，其中一部分以鐵心為磁路（主磁路），同時與一次繞組N1和二次繞組N2相匝鏈，并感應電勢e1和e2，是傳遞能量的主要媒介，屬于工作磁通，稱為主磁通Ф；另一部分磁通只能單獨匝鏈一邊的繞組，通過變壓器油或空氣形成閉路，屬于非工作磁通，稱為一次側的漏磁通Ф1σ。鐵心由高導磁硅鋼片制成，導磁系數μ為空氣的導磁系數的2000倍以上，所以大部分磁通都在鐵心中流動，主磁通約占總磁通的99％以上，而漏磁通占總磁通的1％以下。

問題：主磁通和漏磁通的性質和作用是什么？二、電勢公式及電勢平衡方程式推導

空載時，主磁通Ф在一次側產生感應電勢E1，在二次側產生感應電勢E2，一次側的漏磁通Ф1

在一次側