第 13 章　特殊變壓器 學習重點 1.熟識自耦變壓器。 2.熟識感應電壓調整器。 3.認識儀表用變壓器。

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1 第 13 章　特殊變壓器 學習重點 1.熟識自耦變壓器。 2.熟識感應電壓調整器。 3.認識儀表用變壓器。

2 13-1 自耦變壓器 13-2 感應式電壓調整器 13-3 儀表用變壓器 本章彙總

3 13-1 自耦變壓器 1.分類 圖例 自耦變壓器（Auto transformer）又稱為單一繞組變壓器，因其用同一個繞組兼作一次側（接電源）及二次側（接負載）使用，可分為升壓式及降壓式兩種。 (1)升壓式：負載側端電壓 Ve 大於電源側電壓 VS。 (2)降壓式：負載側端電壓 Ve 小於電源側電壓 VS。 節目次

4 2.關係 自耦變壓器無論升壓式或降壓式，雖然只有一個繞組，但均可分成兩部分，與負載串聯的部分稱為串聯繞組 e，供應電磁交鏈功率 Sn （即雙繞組變壓器的固有容量），而與負載並聯的部分稱為並聯繞組 E，供應直接傳導功率 SD，而自耦變壓器供應給負載的容量為 SA。

5 (1)電壓額定： 高壓側電壓 VH＝E＋e 高壓側電壓 VL＝E (2)匝數比： 單相變壓器匝數比 a＝ 單相變壓器匝數比 aA＝ (3)電流額定： 串聯繞組額定電流 Ie＝IH 並聯繞組額定電流 IE＝IL－IH e＝VH－VL

6 (4)額定容量： 固有容量 Sn＝EIE＝eIe 自耦變壓器傳輸總容量 SA＝Sn＋SD＝VLIL＝VHIH 　　　　　　　　　　　 ＝VHIe＝　　　＝ 　　　　　　　　　　　 ＝　　　　＝(a＋1)Sn 直接傳導容量 SD＝SA－Sn＝　　　　 ＝ 　　　　　　　 ＝　　　＝aSn＝

7 3.優點 (1)以較小的固有容量 Sn，可得到很大的輸出容量 SA＝(a＋1)Sn。
(2)用銅量及鐵量較少，故可節省材料，且體積又小，製造成本較低。 (3)減少漏磁電抗，可降低電壓變動率。 (4)激磁電流、鐵損及銅損，均與單相雙繞組變壓器相同，但因輸出容量增加，故可提高效率。

8 4.缺點 5.結論 (1)因高、低壓共用同一繞組，致使絕緣處理困難。
(2)因絕緣處理困難，故理想變壓比為 1.05：1～1.25：1，不宜太大。 5.結論 自耦變壓器僅適用於低電壓小容量，例如：電壓調整器、感應電動機的啟動補償器、螢光燈的升壓……等。

9 　　　1 有一具 50 仟伏安、2000 伏特／200 伏特雙繞組變壓器，若接成 2000 伏特／2200 伏特升壓式自耦變壓器，如圖所示，試求： (1)自耦變壓器傳輸容量 SA； (2)固有容量 Sn； (3)直接傳導容量 SD。

10 　 Sn＝50 仟伏安 　 VH＝E＋e＝2000＋200＝2200（伏特） 　 VL＝E＝2000（伏特） 　 a＝　　　　＝10 　 (1) SA＝(a＋1)Sn＝(10＋1)×50＝5500（仟伏安） 　 (2) Sn＝50（仟伏安） 　 (3) SD＝SA－Sn＝550－50＝500（仟伏安）

11 　　　2 欲將配電系統的端電壓由 2500 伏特降壓至 2000 伏特，如圖所示，供應 250 仟伏安的負載，試求該自耦變壓器的： (1)電壓額定 E 及 e； (2)電流額定 IE 及 Ie； (3)固有容量 Sn。

12 串聯繞組額定電壓 e＝VH－VL＝2500－2000＝500（伏特）
　 SA＝250 仟伏安，VH＝2500 伏特，VL＝2000 伏特 　 (1) 並聯繞組額定電壓 E＝VL＝2000（伏特） 　 　 串聯繞組額定電壓 e＝VH－VL＝2500－2000＝500（伏特） 　 (2) 串聯繞組額定電流 　　 Ie＝IH＝　　　　　　　　　 ＝100（安培） 　 　 並聯繞組額定電流 　　 IE＝IL－IH＝　　　　　　　　　　　　　　　 ＝25（安培） 　 (3) 固有容量 Sn＝EIE＝eIe＝2000×250＝50（仟伏安） 節目次

13 13-2 感應式電壓調整器 1.說明 圖例 配電系統的電壓會隨負載變動而升降，若電壓升降變動超過一定範圍時，就必須裝設電壓調整器，以維持系統電壓的穩定。 感應式電壓調整器（Induction voltage regulator）依相數不同可分為單相與三相兩種，目前均採用由馬達驅動的自動操作方式，其轉子可旋轉  角（0°＜＜180°）。 節目次

14 2.構造 單相感應式電壓調整器的構造類似繞線式感應電動機，接線類似升壓式自耦變壓器，其原理是電磁感應，目的在調整線路電壓的穩定性。其構造包含： (1)一次繞組（P）：置於轉子，導線細，匝數 NP 多。 (2)二次繞組（S）：置於定子，導線粗，匝數 NS 少。 (3)短路繞組（T）：置於轉子，與一次繞組隔 90° 電機角，目的在使二次繞組與一次繞組成 90° 時不致形成抗流圈。

15 3.原理（ ） (1)當 P 與 S 平行時（＝0°） VS＝ ＝VR%＝oV1 V2＝V1＋VS＝V1(1＋ ) T 無作用 ＝0°
3.原理（　　 ） (1)當 P 與 S 平行時（＝0°） 　 VS＝　 ＝VR%＝oV1 　 V2＝V1＋VS＝V1(1＋　) 　 T 無作用 ＝0° 【註】VR% 為電壓變化量，o 為電壓調整率。

16 (2)當 P 與 S 垂直時（＝90°） ＝90° 　 VS＝0 　 V2＝V1 　 T 防止 S 成為抗流圈

17 (3)當 P 與 S 反向平行時（＝180°） ＝180° 　 VS＝ 　 V2＝V1＋VS＝V1(1－　) 　 T 無作用

18 (4)當 P 與 S 間夾角為 0°＜＝180° 0°＜＜180° 　 VS＝ 　 V2＝V1＋VS＝V1(1＋　　 ) 　 T 無作用

19 　　　3 有一小型變電所，向某地區供應單相 3.3 仟伏的電力，若該地區的電壓調整率 o＝±5%，試求：(1)電壓的變動值 VR；(2)利用單相電壓調整器以改善電壓變動，若 NP＝3300 匝，NS 應取若干匝最適當？ 　 (1) VR＝oV1＝±5%×3300＝±165（伏特） 　 (2)∵ VS＝　 ＝VR 　　 　 → a＝ 　 　∴ NS＝　 　　　 ＝165（匝） 節目次

20 13-3 儀表用變壓器 電力系統中，欲作高電壓及大電流的量測，以及各種電驛驅動電壓或電流的取用時，基於安全考量，且受限於儀表或電驛的額定電流或電壓，應先降低電壓或電流後才可使用，故儀表用變壓器因而產生。儀表用變壓器可分為比壓器與比流器兩種。 節目次

21 比壓器 1.原理 圖例 比壓器（Potential transformer）為一降壓式變壓器，簡稱為 P.T.，其構造與一般變壓器相同，一般是用來將高壓電路的高電壓降低為低電壓，提供需要驅動電壓的電壓電驛與電儀表，例如：電壓表、瓦特表、功率因數表……等電壓線圈（Potential Coil，簡稱PC）。 使用比壓器時，一次側並聯接於待測高壓電路，而二次側並聯接於電儀表的電壓線圈，且二次側需接地，避免因漏電引起的感電意外。

22 2.說明 比壓器的二次側額定電壓通常為 110 伏特（或 120 伏特），而比壓器一次側額定電壓須選擇與待測電路的電壓相同或略大者。
假設待測線路電壓為 伏特，若選用 伏特／150 伏特的電壓表（150 伏特為電壓表的額定電壓，15000 伏特為儀表 150 伏特電壓滿刻度顯示值時的待測線路電壓），且使用單相變壓比 ap＝12000 伏特／120 伏特的比壓器，則比壓器的匝數比為 12000/120＝100，與 15000/150＝100 的電壓表搭配使用時，伏特表會顯示 114 伏特，此時待測線路的電壓正好顯示為 伏特。

23 3.應用 (1)三相電源系統，欲測定線路電壓時，可用兩具 P.T.做 V-V 接線，即可測出三個線電壓。
(2)若再配合電壓切換開關（V.S.）使用時，則只需要一具電壓表，即可分別測出三個線電壓（VRS、VST、VTR）。 (3)若使用三個單相比壓器，則可做 Y-　（開△）連接，稱為接地比壓器（G.P.T.），可用來偵測三相不接地系統的接地故障。 圖例 圖例 圖例

24 4.注意事項 (1)一次側需安裝保險絲（Fuse）。 (2)二次側應使用 2.0 mm2 紅色絞線配線。
(3)二次側絕不能短路，否則會造成一次側過激而破壞絕緣。 (4)二次側必須接地，防止因漏電而產生感電的危險。

25 　　　4 如圖所示的 G.P.T.電路 圖，試說明：(1)三相正 常供電時，三個燈的狀 態及伏特表的指示值為 何？(2)設 R 相接地（X 處）故障時，三個燈的 狀態及伏特表的指示值 為何？

26 　 (1) 三相正常供電時 　　 VA＝VB＝VC＝V1P＝　　　　 （伏特） 　　 Va＝Vb＝Vc＝　　　　　　 ≒63.5（伏特） 　 　 故三個燈皆呈半亮（各燈額定電壓為 110 伏特） 　 　 而 V ＝　　　　　＝0 伏特， 　 　 若改為蜂鳴器，則蜂鳴器不響。

27 　 (2) 設 R 相接地故障時（X 處接地） 　　 VA＝0，VB＝VC＝V1P＝　　　　 （伏特） 　　 Va'＝0，Vb'＝Vc'＝ 　　　　　　　　　 ＝　　　　　　　 ＝110（伏特） 　 　 故 R 相的燈熄滅，S 相及 T 相的燈 全亮 　 　 而 V ＝ 　　　　 ＝　　　　 伏特， 　 　 若改為蜂鳴器，則蜂鳴器會響。

28 比流器 1.原理 圖例 比流器（Current transformer）是一種無一次繞組的升壓式變壓器，簡稱為 C.T.，其一次繞組就是系統內待測電流線路的其中一段，即一次繞組與電源電路串聯，而二次繞組則串接驅動電流電驛的電流線圈，或電流表、瓦特表、功率因數表、瓦時表……等電儀表的電流線圈（Current Coil，簡稱CC）。為了防止感電的危險，C.T.的二次側應予以接地。

29 2.說明 通常比流器的二次側額定電流為 5 安培，若選用變流比 ac 為 500 安培／ 5 安培的比流器，搭配 500 安培／ 5 安培的電流表，則當電流表流入的電流為 3 安培（低於額定電流 5 安培）時，電流表的指針顯示出一次側 電流的讀數 為 300 安培。

30 　　　5 有一電力系統，若以 200 安培／ 5 安培的比流器檢測電路電流，試問：(1)搭配的電流表規格應為何？(2)當電路的電流為 80 安培時，比流器二次側傳到電流表的電流為多少安培？(3)電流表指針指示為多少安培？(4)若搭配的電流表規格為 50 安培／5 安培時，待測線路應貫穿多少匝？

31 　 (1) 比流器的變流比 ac＝200 安培／5 安培＝40，電流表的電流比要與比流器變流比相同，故電流表規格應選用 aA＝200 安培／5 安培。
　 (2) 比流器的變流比 ac＝200 安培／5 安培＝40，故二次側的電流 I2 應為 　　 I2＝　　　 ＝2（安培） 　 (3) 電流表指針指示值 I＝aAI2＝　　　＝80（安培） 　 (4) 待測線路應貫穿匝數 N1＝　　　　＝4（匝）

32 3.注意事項 (1)二次側應使用 2.0 mm2 黑色絞線配線。 (2)二次側之一端必須接地，以防止感電的危險。
(3)比流器不用時，二次側可以短路，但絕不能開路。 (4)二次側更換電流表前，應先將二次側短路，再更換儀表。

33 4.補充 為何比流器二次側絕不可開路呢？因為在正常情況下，二次繞組短路或串接電流表時，將會形成電流，所產生的磁通可以抑制一次側電路電流在比流器鐵心內所產生的磁通。但當二次側開路時，一次側線路電流所產生的磁通，沒有二次電流加以抑制，會使得鐵心因過激而產生太多的磁通，造成兩種後果： (1)二次繞組會感應非常高的電壓，致使絕緣被破壞。 (2)會引起過大的鐵損，致使比流器因產生高溫而燒毀。

34 5.結論 欲測量三相電源系統中各線路電流時，可以使用兩具比流器，若配合電流切換開關（A.S.）使用，則只要一具電流表，就能分別指示三相線路的電流值（IR、IS、IT）。 圖例 節目次

35 本章彙總 1.自耦變壓器： VH＝E＋e VL＝E → e＝VH－VL a＝ aA＝ Ie＝IH IE＝IL－IH Sn＝EIE＝eIe
　 SA＝Sn＋SD＝VHIH＝VLIL＝　　　　＝(a＋1)Sn 　SD＝SA－Sn＝aSn＝ 節目次

36 本章彙總 2.感應式電壓調整器： V2＝V1(1＋ ) VR＝oV1＝ o＝ ＝ 3.儀表用變壓器： (1) P.T.：V ＝
(2) C.T.：A ＝　　　一次貫穿匝數 N1＝ 節目次

37 圖片來源 ‧投影片45

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39 自耦式變壓器 升壓式 降壓式 普通雙繞組變壓器 BACK

40 感應式電壓調整器 單相感應式電壓調整器構造圖 三相感應式電壓調整器接線圖 單相感應式電壓調整器接線圖 BACK

41 比壓器接線圖 BACK

42 三相電源系統的線電壓測量電路 比壓器的V-V連接 BACK

43 三相電源系統的線電壓測量電路 比壓器的V-V連接配合V.S. V.S.功能圖 BACK

44 接地比壓器電路圖 BACK

45 比流器 比流器的外觀 比流器的接線圖 BACK

46 三相電源系統線路電流測量 電路圖 A.S.功能圖 BACK