1、3.1 变压器的基本工作原理和基本结构3.2 单相变压器的空载运行3.3 单相变压器的负载运行3.4 变压器参数的测定3.5 变压器的运行特性3.6 三相变压器3.7 其他常用变压器小结第 3 章 变 压 器3.1 变压器的基本工作原理和基本结构3.1.1 变压器的基本工作原理变压器主要由铁芯和套在铁芯上的两个独立绕组组成，如图3-1所示。这两个绕组间只有磁的耦合而没有电的联系，且具有不同的匝数，其中接入交流电源的绕组称为一次绕组，其匝数为N1；与负载相接的绕组称为二次绕组，其匝数为N2。图3-1 变压器的工作原理示意图当一次绕组外加电压为u1的交流电源，二次绕组接负载时，一次绕组将流过交变电
2、流i1，并在铁芯中产生交变磁通，该磁通同时交链一、二次绕组，并在两绕组中分别产生感应电动势e1、e2，从而在二次绕组两端产生电压u2和电流i2。通常按电工惯例规定各物理量的正方向如图3-1所示。若不计变压器一、二次绕组的电阻和漏磁通，不计铁芯损耗，即认为是理想变压器，根据电磁感应定律可得 (3-1)根据式(3-1)可得一、二次绕组的电压和电动势有效值与匝数的关系为 (3-2)式中，k匝数比，亦即电压比，k=N1/N2。根据能量守恒定律可得U1I1=U2I2即3.1.2 变压器的应用和分类1.变压器的应用变压器不仅能变换电压，还能够变换电流和阻抗，因此在电力系统和电子设备中得到了广泛应用。2.变
3、压器的分类按用途分：有电力变压器和特种变压器(仪用互感器、自耦变压器、电炉变压器、电焊变压器、整流变压器等)。按相数分：有单相变压器、三相变压器和多相变压器。按绕组数目分：有单绕组(自耦)变压器、双绕组变压器、三绕组变压器和多绕组变压器。按铁芯结构分：有壳式变压器和心式变压器。按冷却方式分：有干式变压器、油浸式变压器和充气式变压器。3.1.3 变压器的基本结构电力变压器主要由铁芯、绕组和油箱等其他附件组成，如图3-2所示。铁芯和绕组是变压器的主要组成部分，称为变压器的器身。1信号式温度计；2吸湿器；3储油柜；4油表；5安全气道；6气体继电器；7高压套管；8低压套管；9分接开关；10油箱；11铁
4、芯；12线圈；13放油阀门图3-2 油浸式电力变压器1.铁芯铁芯是变压器的磁路，又是绕组的支撑骨架。铁芯由铁芯柱和铁轭两部分组成。铁芯柱上套装有绕组，铁轭则有闭合磁路之用。为了减少铁芯中的磁滞损耗和涡流损耗，铁芯一般由厚度为0.35 mm且表面涂有绝缘漆的热轧或冷轧硅钢片叠装而成。图3-3 心式和壳式变压器(a)心式；(b)壳式变压器铁芯的叠装方法是，一般先将硅钢片裁成条形，然后再进行叠装。为了减少叠片接缝间隙以减小励磁电流，硅钢片在叠装时一般采用叠接式，即上层和下层交错重叠的方式，如图3-4所示。图3-4 变压器铁芯的交错叠片(a)单相；(b)三相变压器容量不同，铁芯柱的截面形状也不一样。小
5、容量变压器常采用矩形截面，大型变压器一般采用多级阶梯形截面，如图3-5所示。图3-5 铁芯柱截面(a)矩形；(b)多级阶梯形2.绕组绕组是变压器的电路部分，一般是由绝缘铜线或铝线绕制而成的。接于高压电网的绕组称为高压绕组，接于低压电网的绕组称为低压绕组。根据高、低压绕组在铁芯柱上排列方式的不同，变压器的绕组可分为同心式和交叠式两种。图3-6 同心式绕组图3-7 交叠式绕组3.油箱等其他附件1)油箱2)储油柜3)绝缘套管4)分接开关3.1.4 变压器的铭牌与主要系列每台变压器上都有一个铭牌，在铭牌上标明了变压器的型号、额定值及其他有关数据。如图 3-8 所示为三相电力变压器的铭牌。1.变压器的型
6、号与主要系列1)变压器的型号变压器的型号表示了一台变压器的结构特点、额定容量、电压等级和冷却方式等内容。例如SJL560/10，其中“S”表示三相，“J”表示油浸式，“L”表示铝导线，“560”表示额定容量为560 kVA，“10”表示高压绕组额定电压等级为10 kV。国家标准GB 1094-79规定电力变压器产品型号代表符号的含义，如表3-1所示。2)变压器的主要系列目前我国生产的各种系列变压器产品有SJL1(三相油浸铝线电力变压器)、SL7(三相铝线低损耗电力变压器)、S7和S9(三相铜线低损耗电力变压器)、SFPL1(三相强油风冷铝线电力变压器)、SFPSL1(三相强油风冷三线圈铝线电力
7、变压器)、SWPO(三相强油水冷自耦电力变压器)等，基本上满足了国民经济各部门发展的要求。2.变压器的额定值1)额定容量SN额定容量SN是指变压器在额定工作条件下输出能力的保证值，即视在功率，单位为 VA 或 kVA。对三相变压器而言，额定容量指三相容量之和。2)额定电压U1N和U2N额定电压U1N是根据变压器的绝缘强度和允许发热条件规定的一次绕组允许施加的电压；U2N是指变压器一次绕组加额定电压，二次绕组开路时的端电压，单位为V或kV。对三相变压器而言，额定电压是指线电压。3)额定电流I1N和I2N额定电流I1N和I2N是指变压器在额定电压和额定负载情况下，各绕组长期允许通过的电流，单位为A
8、。I1N是指一次绕组的额定电流;I2N是指二次绕组的额定电流。对三相变压器而言，额定电流是指线电流。由于电力变压器的效率很高，忽略损耗时有：对单相变压器 (3-4)对三相变压器 (3-5)4)额定频率fN我国规定标准工业用电的频率即工频为50 Hz。此外，额定运行时变压器的效率、温升等数据均属于额定值。除额定值外，铭牌上还标有变压器的相数、连接组和接线图、短路电压(或短路阻抗)的标么值、变压器的运行方式及冷却方式等。为考虑运输，有时铭牌上还标出变压器的总重、油重、器身重量和外形尺寸等附属数据。例3.1 一台三相油浸自冷式铝线变压器，连接组为Yyn，U1N/U2N=6000 V/400 V，SN
9、=100 kVA，试求一、二次绕组的额定电流。解 3.2 单相变压器的空载运行变压器的空载运行是指变压器一次绕组接在额定频率和额定电压的交流电源上，而二次绕组开路时的运行状态，如图3-9 所示。图3-9 单相变压器的空载运行3.2.1 空载运行时的物理情况1.电磁关系由于变压器中电压、电流、磁通及电动势的大小和方向都是随时间作周期性变化的，为了能正确表明各量之间的关系，因此要规定它们的正方向。一般按电工惯例来规定，其正方向符合以下内容：(1)同一支路中，电压u与电流i的正方向一致。(2)磁通及1与电流i的正方向符合右手螺旋定则。(3)感应电动势e的正方向与磁通的正方向符合右手螺旋定则，并有的关
10、系。图3-10 空载运行时的电磁关系 2.感应电动势1)电动势若主磁通按正弦规律变化，即按照图3-9 中参考方向的规定，则绕组感应电动势的瞬时值为 (3-6)同理 (3-7)由上式可知，当主磁通按正弦规律变化时，电动势e1、e2也按正弦规律变化，但e1、e2滞后于 90，且感应电动势的有效值为同理故电动势与主磁通的相量关系为 (3-8)根据式(3-8)可知即2)漏电动势根据前面电动势的分析方法可得漏磁通产生的电动势 (3-9)为了简化分析或计算，通常根据电工基础知识把上式由电磁表达形式转化为习惯的电路表达形式，即 (3-10)3)空载电流变压器的空载电流包含两个分量，一个是无功分量，与主磁通同
11、相，其作用是建立变压器的主磁通，因此又称为励磁电流；另一个是有功分量，超前于主磁通，其作用是供给铁芯损耗(包括磁滞损耗和涡流损耗)，因此又称为铁损耗电流，故空载电流可表示为(3-11)3.2.2 电动势平衡方程式和等效电路1.电动势平衡方程式根据基尔霍夫电压定律可得一次绕组的电动势平衡方程式为(3-12)由于很小，电阻r1和漏电抗X1都很小，因此也很小，可忽略不计，由式(3-12)可得 (3-13)由于变压器空载运行时，二次绕组中没有电流，不产生阻抗压降，因此二次绕组的端电压就等于其感应电动势，即 (3-14)2.等效电路由前面的分析可知，漏磁通在一次绕组感应的电动势在数值上可用在漏电抗X1上
12、产生的压降来表示。同理，主磁通在一次绕组感应的电动势在数值上也可用在某一电抗Xm上产生的压降来表示，但考虑到在变压器铁芯中还产生铁损耗，因而还需引入一个电阻rm，故在分析电动势时实际是引入一个阻抗Zm来表示，即 (3-15)把式(3-15)代入式(3-12)可得(3-16)图3-11 变压器空载运行时的等效电路3.2.3 空载运行时的相量图为了直观地表示变压器中各物理量之间的大小和相位关系，在同一复平面上将变压器的各物理量用相量的形式来表示，称之为变压器的相量图。图3-12 变压器空载运行时的相量图例3.2 某台单相变压器的额定电压为380220 V，频率为50 Hz。试问：(1)如果将低压侧
13、接到频率为50 Hz、额定电压为380 V的电源上，变压器会发生什么情况？(2)如果电源电压为额定值，频率提高20，则励磁电抗Xm和空载电流I0会有什么变化？答 (1)当低压侧接到380 V电源时，实际电压比额定电压高很多，由U14.44fN1m 可知，主磁通m将增加很多，从而使铁芯磁路很饱和，磁路的磁导率迅速减小，励磁电抗Xm随磁导率成正比地很快减小，这样就会使空载电流I0急剧增加，电流过大可能烧坏变压器绕组及铁芯。(2)若电源电压为额定值，频率提高20，由U14.44fN1m可知，主磁通m将减小，从而使铁芯磁路的饱和程度减小，磁路的磁导率增大，励磁电抗Xm随磁导率成正比增大，空载电流I0就
14、会减小。3.3 单相变压器的负载运行变压器一次绕组接交流电源，二次绕组接负载时的运行状态，称为变压器的负载运行，如图3-13 所示。此时二次绕组有电流流过，此电流又称为负载电流。图3-13 变压器的负载运行原理图3.3.1 负载运行时的物理情况1.电磁关系故变压器负载运行时，铁芯中的主磁通是由一、二次绕组的磁动势共同建立的，负载运行时的电磁关系可用图3-14 表示。图3-14 变压器负载运行时的电磁关系2.感应电动势由主磁通产生的感应电动势为式(3-8)，由漏磁通产生的感应电动势为3.3.2 负载运行时的基本方程式1.磁动势平衡方程式当变压器由空载运行到负载运行时，由于电源电压保持不变，则主磁
15、通基本保持不变，因此负载时产生主磁通的总磁动势应该与空载时产生主磁通的空载磁动势基本相等，即或 (3-17)将上式两边除以N1得2.电动势平衡方程式根据基尔霍夫电压定律，由图3-13 与图3-14 可得 (3-18)(3-19)综上所述，将变压器负载时的基本电磁关系归纳起来，可得以下基本方程式(3-20)3.3.3 负载运行时的等效电路使用方程式(3-20)来求解具体变压器运行问题时，计算很复杂，精确度降低，因此一般要采用“归算”的方法，将实际变压器“归算”成一台k=1 的变压器，再进行分析，得到结果后，再经过逆运算，得到实际变压器的解。1.绕组归算1)二次侧电流的归算根据归算前后二次绕组磁动
16、势不变的原则，可得即(3-21)2)二次侧电动势及电压的归算根据归算前后主磁通不变的原则，可得即 (3-22)同理 3)二次侧阻抗的归算根据归算前后二次绕组铜损耗及漏电感中无功功率不变的原则，可得随之可得 (3-23)同理综上所述，归算后，变压器负载运行时的基本方程式变为(3-24)2.等效电路根据归算后变压器负载运行时的基本方程式分别画出变压器的部分等效电路，如图 3-15(a)所示，其中变压器一、二次绕组之间磁的耦合作用反映在由主磁通在绕组中产生的感应电动势的关系式，可将图3-15(a)的三个部分等效电路联系在一起，得到一个由阻抗串、并联的“T”形等效电路，如图 3-15(b)所示。图3-
17、15 变压器“T”形等效电路形成过程(a)部分等效电路；(b)“T”形等效电路在一般变压器中，因为ZmZ1，同时I0很小，在一定电源电压下，I0不随负载而变化，这样便可把励磁支路从“T”形等效电路中部移到电源端去，如图3-16 所示。这种电路称为近似等效电路。图3-16 变压器的近似等效电路 由于一般变压器励磁电流I0很小，因而在分析变压器负载运行的某些问题时，为了便于计算，可把励磁电流I0忽略，即去掉励磁支路，从而得到一个更简单的阻抗串联电路，如图 3-17 所示，这种电路称为变压器的简化等效电路。图3-17 变压器的简化等效电路例3.3 一台单相变压器，SN=10 kVA，U1N/U2N=
18、380 V/220 V，r1=0.14，r2=0.035，X1=0.22，X2=0.055，rm=30，Xm=310。一次侧加额定频率的额定电压并保持不变，二次侧接负载阻抗ZL=(4+j3)。试用简化等效电路计算：(1)一、二次电流及二次电压。(2)一、二次侧的功率因数。解 先求参数*3.4 变压器参数的测定3.4.1 空载试验空载试验是在变压器空载运行情况下进行的，试验的目的是通过测量变压器的空载电流I0和空载损耗p0，再求得电压比k和励磁参数rm、Xm和Zm。图3-18 变压器的空载试验电路图变压器空载试验的等效电路如图3-19 所示，根据等效电路可知，空载阻抗Z0=(r2+jX2)+(r
19、m+jXm)rm+jXm=Zm。这样根据测量结果，可计算(3-25)图3-19 空载试验的等效电路3.4.2 短路试验短路试验是在变压器二次绕组短路的条件下进行的，试验的目的是通过测量短路电压Uk和短路损耗pk，再求得短路参数rk、Xk和Zk。图3-20 变压器短路试验的电路图短路试验的等效电路如图3-21 所示，由等效电路可知，根据等效电路和测量结果，可计算室温下的短路参数如下：(3-26)图3-21 短路试验的等效电路按式(3-26)求得的rk是室温t条件下的数值，而不是实际运行的变压器的电阻值。按国家标准规定，变压器的标准工作温度是75，因此应将rk换算到75时，换算公式如下：铜线变压器
20、 铝线变压器 (3-27)求出rk75之后，由于Xk与温度无关，则75时的短路阻抗为一般不用分开一、二次绕组的参数，求出rk75和Zk75即可。对大、中型电力变压器，可假设r1=r2=rk/2，X1=X2=k/2。另外，短路电流等于额定电流时的短路损耗pkN和短路电压UkN换算到75时的数值，即为了便于比较，常把UkN75表示为对一次侧额定电压的相对值的百分数，称作短路电压uk，即 (3-28)一般中、小型变压器的uk为4%10.5%，大型变压器的uk为12.5%17.5%。例3.4 一台三相电力变压器，型号为SL750/10，SN=750 kVA，U1N/U2N=10 000 V/400 V
21、，Yyn接线。在低压侧做空载试验，测得数据为U0=400 V，I0=60 A，p0=3800 W。在高压侧做短路试验，测得数据为Uk=440 V，Ik=43.3 A，pk=10 900 W，室温为 20。试求：归算到高压侧的励磁参数和短路参数。解 由空载试验数据求励磁参数：归算到高压侧的励磁参数为由短路试验数据求短路参数：换算到75的短路参数为额定短路损耗为 短路电压相对值为3.5 变压器的运行特性 3.5.1 变压器的外特性和电压变化率变压器的外特性是指电源电压和负载的功率因数为常数时，二次侧端电压随负载电流变化的规律，即U2=f(I2)。变压器负载运行时，二次侧端电压的变化程度通常用电压变
22、化率表示。电压变化率是指，当一次侧接在额定电压的电网上，负载功率因数cosj2一定时，从空载到负载运行时二次侧端电压的变化量与额定电压的百分比，用u表示，即 (3-29)用上述公式求电压变化率有诸多不便，因此根据式(3-29)和变压器的近似等效电路相量图，可以推导出电压变化率的实用计算公式为(3-30)图3-22 变压器的外特性3.5.2 变压器的损耗和效率特性1.变压器的损耗变压器在传递能量的过程中会产生损耗，致使变压器的输出功率小于输入功率。由于变压器没有旋转部件，因此没有机械损耗。变压器的损耗主要包括铁损耗和铜损耗，即2.变压器的效率变压器的效率是指变压器的输出功率P2与输入功率P1之比
23、，用百分数表示，即(3-31)由于变压器的效率很高，用直接负载法测量P1和P2，进而确定效率往往很难得到准确的结果，工程上常用间接法，即利用空载试验和短路试验数据及额定值来计算效率，首先假设：(1)以额定电压下的空载损耗p0作为铁损耗pFe，并认为p0=pFe=常数；(2)以额定电流时的短路损耗pkN作为额定电流时的铜损耗pCuN，并认为铜损耗与负载系数的平方成正比，即(3)由于变压器的电压变化率很小，可认为U2U2N，因此输出功率为式中：m变压器的相数。作以上假定后，式(3-31)可写成(3-32)3.效率特性效率特性是指电源电压和负载的功率因数cosj2=常数时，变压器的效率随负载电流变化
24、的规律，即=f()。根据式(3-32)可绘出效率特性曲线，如图 3-23 所示。从效率特性曲线上可以看出，当负载增大到某一数值时，效率达到最大值max。将式(3-32)对求导，并令d/d=0，便得产生最大效率的条件 (3-33)图3-23 变压器的效率特性例3.5 试用例 3.4 中的数据求：(1)额定负载且功率因数cosj2=0.8(感性)时的二次侧端电压和效率；(2)功率因数cosj2=0.8(感性)时的最大效率。解 (1)额定负载且功率因数cosj2=0.8(感性)时电压变化率二次侧端电压效率(2)cosj2=0.8(滞后)时的最大效率3.6 三 相 变 压 器现代电力系统均采用三相制，
25、因而三相变压器使用得极为广泛。三相变压器有两种类型：一种是由三个完全相同的单相变压器组成的三相变压器，称为三相组式变压器或三相变压器组；另一种是由铁轭把三个铁芯柱连在一起的三相变压器，称为三相心式变压器。3.6.1 三相变压器的磁路系统1.三相变压器组的磁路三相变压器组是由三台完全相同的单相变压器组成的，相应的磁路为组式磁路，如图3-24 所示。组式磁路的特点是三相磁通各有自己单独的磁路，互不相关，三相磁阻对称。因此当一次侧外加对称三相电压时，各相的主磁通必然对称，各相空载电流也是对称的。图3-24 三相变压器组的磁路系统2.三相心式变压器的磁路三相心式变压器的磁路是由三相变压器组演变而来的。
26、把组成三相变压器组的三个单相变压器的铁芯合并成图3-25(a)所示，当外加三相对称电压时，三相主磁通是对称的，但中间铁芯柱内的主磁通为U+V+W=0，因此可将中间铁芯柱省去，即可变成图 3-25(b)所示的结构形式。为了制造方便和节省材料，常把三相铁芯柱布置在同一平面内，即成为目前广泛采用的三相心式变压器的铁芯，如图 3-25(c)所示。图3-25 三相心式变压器的磁路系统(a)三个单相变压器的铁芯合并时；(b)将中间铁芯柱省去；(c)将三相铁芯柱布置在同一平面内三相心式变压器的磁路特点是：(1)各相磁路彼此相关，每相磁通均以其他两相磁路作为自己的闭合回路；(2)三相磁路长度不等，磁阻不对称。
27、因此当一次侧外加三相对称电压时，三相空载电流不对称，但由于空载电流很小，因此这种不对称对变压器的负载运行影响很小，可忽略不计。3.6.2 三相变压器的电路系统连接组1.三相绕组的连接法为了使用三相变压器时能正确连接三相绕组，变压器绕组的每个出线端都应有一个标志，规定变压器绕组首、末端的标志，如表3-2 所示。图3-26 三相绕组的星形、三角形连接(a)星形连接；(b)星形连接中点引出；(c)三角形逆连；(d)三角形顺连2.单相变压器的连接组单相变压器高、低压绕组绕在同一个铁芯柱上，被同一个主磁通所交链。当主磁通交变时，高、低压绕组之间有一定的极性关系，即在同一瞬间，高压绕组某一个端点的电位为正
28、(高电位)时，低压绕组必有一个端点的电位也为正(高电位)，这两个具有相同极性的端点称为同极性端或同名端，在同名端的对应端点旁用符号“”或“*”表示，如图 3-27 所示。图3-27 单相变压器的连接组(a)II0连接组；(b)II6连接组3.三相变压器的连接组由于三相变压器的绕组可以采用不同的连接，从而使得三相变压器高、低压绕组的对应线电动势会出现不同的相位差，因此为了简明地表达高、低压绕组的连接方法及对应线电动势之间的相位关系，把变压器绕组的连接分成各种不同的组合，此组合就称为变压器的连接组，其中高、低压绕组线电动势的相位差用连接组标号来表示。1)“Yy0”连接组和“Yy6”连接组如图3-2
29、8和如图3-29所示。图3-28 “Yy0”连接组(a)接线图；(b)相量图图 3-29 “Yy6”连接组(a)接线图；(b)相量图2)“Yd11”连接组对图3-30(a)所示的连接图，根据判断连接组的方法，画出高、低压侧相量图，如图 3-30(b)所示。图3-30 “Yd11”连接组(a)接线图；(b)相量图3.6.3 三相变压器的并联运行在近代电力系统中，常采用多台变压器并联运行的运行方式，所谓并联运行，就是将两台或两台以上的变压器的一、二次绕组分别并联到公共母线上，同时对负载供电。图 3-31 为两台变压器的并联运行接线图。图3-31 两台变压器的并联运行接线图变压器并联运行时有很多优点
30、：(1)提高供电的可靠性。(2)提高运行的经济性。(3)可以减小总的备用容量，并可随着用电量的增加而分批增加新的变压器。变压器并联运行的条件如下：(1)并联运行的各台变压器的额定电压和对应的电压比相等。(2)并联运行的变压器的连接组必须相同。(3)并联运行的各变压器短路阻抗的相对值或短路电压的相对值要相等。3.7 其他常用变压器3.7.1 自耦变压器自耦变压器的结构特点是一、二次绕组共用一部分绕组，因此其一、二次绕组之间既有磁的耦合，又有电的联系。自耦变压器一、二次侧共用的这部分绕组称作公共绕组，其余部分绕组称作串联绕组。自耦变压器有单相和三相之分。单相自耦变压器的接线原理图如图3-32所示。
31、图3-32 降压自耦变压器的接线原理图1.工作原理如图3-32 所示，当自耦变压器的一次绕组两端加交流电压时，铁芯中产生主磁通，并分别在一、二次绕组中产生感应电动势若忽略漏阻抗压降，则故 (3-34)由图3-32 可知其磁动势平衡关系为若忽略励磁电流则即 (3-35)由图3-32 可知公共绕组的电流为 (3-36)由式(3-35)可知，相位相反，因此由上式又可得以下有效值关系：(3-37)2.容量关系自耦变压器的额定容量为 (3-38)根据式(3-37)可得把上式代入式(3-38)可得 (3-39)3.自耦变压器的特点(1)与额定容量相同的双绕组变压器相比，自耦变压器绕组容量小，耗材少，因而造
32、价低、重量轻、尺寸小，便于运输和安装，同时因损耗小，而效率高。(2)由于自耦变压器一、二次绕组间有电的直接联系，因此要求变压器内部绝缘和过电压保护都必须加强，以防止高压侧的过电压传递到低压侧。3.7.2 仪用互感器1.电压互感器 图3-33 为电压互感器的原理图。图3-33 电压互感器的原理图由于电压互感器二次侧所接仪表的阻抗很大，运行时相当于二次侧处于开路状态，因此电压互感器实际上相当于一台空载运行的降压变压器。若忽略漏阻抗压降，则有 (3-40)使用电压互感器时须注意以下事项：(1)二次侧绝对不允许短路，否则，短路电流将很大，会使绕组过热而烧坏互感器。(2)二次绕组及铁芯应可靠接地，以防绝
33、缘损坏时，一次侧的高电压传到铁芯及二次侧，危及仪表及操作人员安全。(3)二次侧不宜接过多的仪表，以免影响互感器的精度等级。2.电流互感器图 3-34 为电流互感器的原理图，其结构也类似普通双绕组变压器，一次绕组匝数很少、线径较粗，串接在被测电路中，二次绕组匝数很多、线径较细，与阻抗很小的仪表(如电流表和功率表的电流线圈)组成闭合回路。图3-34 电流互感器的原理图由于电流互感器二次侧所接仪表的阻抗很小，运行时二次侧相当于短路，因此电流互感器实际运行时相当于一台二次侧短路的升压变压器。为了减小测量误差，电流互感器铁芯中的磁通密度一般设计得较低，所以励磁电流很小。若忽略励磁电流，由磁动势平衡关系可
34、得 (3-41)使用电流互感器时须注意以下事项：(1)二次绕组绝对不允许开路。若二次侧开路，电流互感器将空载运行，此时被测线路的大电流将全部成为励磁电流，铁芯中的磁通密度就会猛增，磁路严重饱和，一方面造成铁芯过热而烧坏绕组绝缘，另一方面二次绕组将会感应很高的电压，可能击穿绝缘，危及仪表及操作人员的安全。(2)二次绕组及铁芯应可靠接地。(3)二次侧所接电流表的内阻抗必须很小，否则会影响测量精度。另外，在实际工作中，为了方便在带电现场检测线路中的电流，工程上常采用一种钳形电流表，其工作原理与电流互感器相同，外形结构如图3-35 所示。其结构特点是：铁芯像一把钳子可以张合，二次绕组与电流表串联组成一
35、个闭合回路。在测量导线中的电流时，不必断开被测电路，只要压动手柄，将铁芯钳口张开，把被测导线夹于其中即可，此时被测载流导线就充当一次绕组，利用电磁感应作用，由二次绕组所接的电流表可直接读出被测导线中电流的大小。图3-35 钳形电流表 1活动手柄;2被测导线;3铁芯；4二次绕组;5表头;6固定手柄 小 结变压器是一种静止的电气设备，可以实现变压、变流和变换阻抗的功能。变压器的基本结构是铁芯和绕组，铁芯构成磁路，绕组则构成电路。1.变压器的运行原理变压器有空载运行和负载运行两种状态，空载运行是负载运行的一种特殊形式。对两种运行状态的理论分析主要集中在基本方程式、等效电路及相量图上。基本方程式是电磁
36、关系的数学表达形式；等效电路是从基本方程式出发，用电路形式来模拟实际变压器；相量图是基本方程式的一种相量图形表示法。这三者是完全一致的，只是从不同侧面来说明变压器运行的物理关系。在定量计算时，常采用等效电路求解。通过空载试验和短路试验可求取变压器的励磁参数、电压比和短路参数。2.变压器的运行特性变压器的运行特性有外特性和效率特性。电压变化率和效率是衡量变压器运行性能的主要指标。电压变化率表征了变压器负载运行时二次侧电压的稳定性和供电质量，而效率则表征了变压器运行的经济性。3.三相变压器三相变压器分为三相组式变压器和三相心式变压器。三相组式变压器每相有独立的磁路，三相心式变压器各相磁路彼此相关。三相变压器的电路系统是研究变压器绕组的连接法及高、低压侧线电动势之间的相位关系，此相位关系即连接组号，通常用“时钟表示法”来确定。三相变压器连接组不但与三相绕组的连接方式有关，还与绕组绕向和首末端标记有关。三相变压器并联运行时必须满足一定条件。4.其他常用变压器其他常用变压器主要介绍了自耦变压器和仪用互感器。自耦变压器的特点是一、二次绕组间不仅有磁的耦合，而且有电的直接联系。仪用互感器是测量用的变压器，使用时应注意将铁芯及二次侧接地，电流互感器二次侧绝不允许开路，而电压互感器二次侧绝不允许短路。
