项目三特种变压器知识目标：了解特种变压器的结构和工作原理。
掌握特种变压器的使用和维护方法。
能力目标：会使用常用的特种变压器，会对其进行维护和检修。
任务一自耦变压器的使用和维护（2学时）知识目标：了解自耦变压器的结构和工作原理。
掌握自耦变压器的使用和维护方法。
能力目标：会使用和维护自耦变压器。
一自耦变压器普通变压器一次、二次绕组之间由磁通相互联系起来，依据法拉第电磁感应定律称之为互感现象，也称为互耦合现象。
根据法拉第电磁感应定律所讲的自感现象制成的变压器，称为自感变压器，也称自耦变压器，其应用范围很广泛。
自耦变压器的特点在于:其一次、二次绕组之间不仅有磁的联系，而且也有电的直接联系。
（一）自耦变压器的结构如图3-1所示为一台单相自耦变压器的外形结构和接线原理图，它也是主要由铁心和绕组两部分组成。
但与前述变压器不同的是：自耦变压器的铁心做成圆环形，其一次侧和二次侧共用一个绕组。
绕组均匀分布在铁心上。
中间有滑动触头，通过调节滑动触头的位置来调节输出电压。
滑动接触头一般用碳刷构成。
碳刷触头通过组件与手柄相连，可根据需要旋转手柄以改变输出电压。
为了搬运和使用安全，还设有电压指示针等其它一些附件。
自耦变压器也有单相和三相之分，三相自耦变压器一般采用星形接法，如图3-2所示。
（二）自耦变压器的特点自耦变压器与普通变压器不同之处是在于：1、其一次侧与二次侧不仅有磁的联系，而且有电的联系，而普通变压器仅是磁的联系。
2、电源通过变压器的容量是由两个部分组成:即一次绕组与公用绕组之间电磁感应功率，和一次绕组直接传导的传导功率。
3、由于自耦变绕组是由一次绕组和公用绕组两部分组成，一次绕组的匝数较普通变压器一次绕组匝数和高度及公用绕组电流及产生的漏抗都相应减少，自耦变压器的短路电抗X 是普通变压器的短路电抗X 的(1-1/k)倍，k 为变压器变比。
4、若自耦变压器设有第三绕组，其第三绕组将占用公用绕组容量，影响自耦变压器运行方式和交换容量。
5、由于自耦变压器中性点必须接地，使继电保护的定植整定和配置复杂化。
6、自耦变压器体积小，重量轻，便于运输，造价低。
图3-1 自耦变压器外形结构及原理图图3-2 三相自耦变压器的绕组连接（三）自耦变压器的原理1自耦变压器的原理接线图自耦变压器可以看作是由一台双绕组变压器改接而成的。
设双绕组变压器一次、二次绕组的总匝数为N 1 ，二次绕组匝数为N 2 ，额定电压分别为U 1N 、U 2N ，额定电流分别为I 1N 、I 2N ，根据变压器原理，变比K =N 1 N 2=U 1 N U 2 N若将这台双绕组变压器一次、二次绕组按图3 - 3所示串联起来，便成为一台自耦变压器。
N 2既属于一次绕组的一部分，同时也是二次绕组的组成部分，称为公共绕组， N 1称为一次绕组。
自耦变压器可用于升压，也可用于降压。
图3 - 3为降压自耦变压器原理接线图。
若将电源和负载对调，就成为升压自耦变压器。
下面就以这台降压自耦变压器为例来分析它的工作原理。
2自耦变压器的工作原理如果在自耦变压器一次绕组上加上电压U 1，若不考虑绕组的电阻压降和漏抗压降，绕组内有电流通过，铁心内就产生交变的磁通 ，在一次绕组N 1中产生感应电动势E 1，这个电动势与外加电压U 1相平衡。
1=E 1= 。
1二次绕组N 2中产生的感应电动势E 2与其匝数N 2也是成正比的。
即E 2= 。
2这个二次绕组E 2与N 2匝线圈空载时的输出电压U 2 相等。
即E 2 = U 2 。
当自耦变压器接上负载，二次绕组有电流I 2输出时，铁心中磁通 由一次、二次绕组电流的合成磁动势产生，根据法拉第电磁感应定律与楞次定律，E 1的方向同 1的方向相反。
E 2的方向与E 1的方向相同， E 1对于U 1来说是反电动势。
E 2对于U 2来说是电源电动势。
所以，合成磁动势为( 1 2) 12( 1 2)= 1 因为空载电流很小，I 可以忽略，即 ≈0，所以上式可变为图3-3 自耦变压器原理1122=01=212在数值上，1=212=2在相位上，1和2方向相反，相位相差180°。
在自耦变压器中，一次、二次绕组的公共绕组(即2绕组)内的电流为一次、二次绕组的电流之差。
即I=21当变比接近于1时，由于I1和I2的数值相差很小，公共绕组的电流很小，因此，这部分绕组可用截面积较小的导线绕制。
这样既能满足要求，又能节约导线，进而能减小变压器的体积和重量。
二使用自耦变压器的注意事项近年来，电力系统发展很快，要求将不同电压等级的电力系统连接成一个整体，以保证供电的可靠性和电力分配的合理性。
在高压输电系统中，如果将一些电压为110、150、220、330 kV 的高压电力系统连接起来，构成更大规模的统一动力系统时，采用三相自耦变压器可产生巨大的经济效益，自耦变压器可以节省铜和铁的消耗量，减少体积和重量，降低制造成本，且有利于大型变压器的运输和安装。
所以三相自耦变压器的应用也非常广泛。
它不仅应用于电力系统中，而且还应用于大容量的异步电动机起动系统中，起动补偿器就是三相自耦变压器，对电动机进行降压起动。
实验室中常用具有滑动触点自耦调压器可任意调节交流电压，在电源电压降低时，可以作稳压器使用。
自耦变压器的主要缺点在于：一次、二次绕组的电路直接连接在一起，高压侧的电气故障会波及低压侧。
所以，接在低压侧的电器设备必须有防止过高压的措施。
而且规定，自耦变压器不准用作安全照明的变压器。
使用时，要求接线正确，对于单相自耦变压器，要求把一次、二次绕组的公用端接中性线。
图3-4 自耦变压器的正确接线如图3-4所示。
这样使用较为安全。
三相自耦变压器的中性点也必须可靠接地。
另外，自耦变压器连接电源之前，一定要把输出电压手柄转回到零位或所需要的电压挡位上。
由于原、副边电路有直接的联系，变压器内部绝缘和防过电压的措施要加强，因此自耦变压器的二次侧必须采取高压保护，防止高压入侵损坏低压侧的电气设备。
三自耦变压器故障的检修方法自耦变压器在使用过程中，由于自身的原因或负载，电源等的不正常变化有可能发生各种各样的故障，常见故障现象及故障原因分析详见如下：（一）自耦变压器常见故障的原因1 变压器自身问题。
如端头松动、垫块松动、焊接不良、铁心绝缘不良、抗短路强度不足等。
2 线路干扰。
线路干扰在造成变压器事故的所有因素中属于最重要的。
主要包括：合闸时产生的过电压，在低负荷阶段出现的电压峰值等。
3 过负荷。
过负荷是指变压器长期处于超过设定功率状态下工作变压器超负荷运行，会产生过高的温度，从而导致绝缘的过早老化。
4 使用不当。
由于使用不当造成的自耦变压器绝缘老化的速度加快。
5 没有进行正确的维护。
（二）自耦变压器常见故障现象及处理方法变压器发生故障的原因有时比较复杂，为了正确判断和分析原因，通常应进行下列检查。
1 引出线端头断裂故障现象分析：一次回路有电压而无电流，一般是一次绕组的端头断裂；若一次回路有较小的电流而二次回路即无电流也无电压，一般是二次绕组端头断裂。
引出线端头断裂通常是由于线头折弯次数过多，或线头遇到猛拉，或焊接处霉断(焊剂残留过多)，或引出线过细等原因所造成的。
处理方法：如果断裂线头处在线圈最外层，可掀开绝缘层，挑出线圈上的断头，焊上新的引出线，包好绝缘层即可；若断裂线端头处在线圈内层，一般无法修复，需要拆开重绕。
2 一、二次绕组的匝间短路或层间短路故障现象分析：温升过高甚至冒烟，可能是由于短路故障引起的。
可用万用表，测各二次侧空载电压来判定是否短路。
一次侧接电源，若某二次侧绕组输出电压明显降低，说明该绕组有短路；若变压器发热，但各绕组输出电压基本正常，可能是静电屏蔽层自身短路。
处理方法：如果短路发生在线圈的最外层，可掀去绝缘层后，在短路处局部加热(指对浸过漆的绕组，可用电吹风加热)，待漆膜软化后，用薄竹片轻轻挑起绝缘已破坏的导线，若线芯没损伤，可插入绝缘纸，裹住后揿平；若线芯已损伤，应剪断，去除已短路的一匝或多匝导线，两端焊接后垫妥绝缘纸，揿平。
用以上两种方法修复后均应涂上绝缘漆，吹干，再包上外层绝缘。
如果故障发生在无骨架线圈两边沿口的上、下层之间，一般也可按上述方法修复。
若故障发生在线圈内部，一般无法修理，需拆开重绕。
3 线圈对铁芯短路故障现象分析：存在这一故障，铁芯就会带电，这种故障在有骨架的线圈上较少出现，但在线圈的最外层会出现这一故障；对于无骨架的线圈，这种故障多数发生在线圈两边的沿口处，但在线圈最内层的四角处也比较常出现，在最外层也会出现。
通常是由于线圈外形尺寸过大而铁芯窗口容纳不下，或因绝缘裹垫得不佳或遭到剧烈跌碰等原因所造成的。
处理方法：可参照匝间短路的有关内容处理。
4 铁芯噪声过大故障现象分析：噪声有电磁噪声和机械噪声两种，电磁噪声通常是由于设计时铁芯磁通密度选用得过高，或变压器过载，或存在漏电故障等原因所造成的；机械噪声通常是由于铁芯没有压紧，在运行时硅钢片发生机械振动所造成的。
处理方法：如果是电磁噪声，属于设计原因的可换用质量较佳的同规格硅钢片；属于其他原因的应减轻负荷或排除漏电故障；如果是机械噪声，应压紧铁芯。
5 线圈漏电故障现象分析：这一故障的基本特征是铁芯带电和线圈温升增高，通常是由于线圈受潮或绝缘老化所引起的。
处理方法：若是受潮，只要烘干后故障即可排除；若是绝缘老化，严重的一般较难排除，轻度的可拆去外层包缠的绝缘层，烘干后重新浸漆。
6 线圈过热故障现象分析：通常是由于过载或漏电所引起的，或因设计不佳所致；若是局部过热，则是由于匝间短路所造成的。
处理方法：要对症下药，减小负荷或加强绝缘，排除短路故障等。
7 铁芯过热故障现象分析：通常是由于过载、设计不佳、硅钢片质量不佳或重新装配硅钢片时少插入片数等原因所造成的。
处理方法：减小负荷，加强铁芯绝缘，改善硅钢片质量，调整线圈匝数等。
8 输出侧电压下降故障现象分析：通常是由于一次侧输入的电源电压不足(未达到额定值)、二次绕组存在匝间短路、对铁芯短路或漏电或过载等原因所造成的。
处理方法：增加电源输入电压值，或排除短路、漏电过载等故障使输出达到额定值。
9 出口短路故障现象分析：当变压器出口的二次侧发生短路接地故障时，在一次侧必然要产生高于额定电流20~30倍的电流来抵消二次侧短路电流的消磁作用，如此大的电流作用于高电压绕组上，线圈内部将产生很大的机械应力，致使线圈压缩，其绝缘衬垫垫板就会松动脱落，铁芯夹板螺丝松驰，高压线圈畸变或崩裂，变压器极易发生故障。
处理方法：更换绕组，消除短路；修补绝缘，并作浸漆干燥处理。
10 套管闪络故障现象分析：由于变压器套管上面有灰尘等污染，在小雨或者空气潮湿时造成污闪，使变压器高压侧单相接地或相间短路，造成严重的电压器故障套管闪络的原因主要有：变压器箱盖上落异物，引起套管放电或相间短路；变压器套管因外力冲撞或机械应力热应力而破损也是引起闪络的因素。
