隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，除了前面介紹的普通雙繞組電力變壓器外，相應地出現了適用于各種用途的特殊變壓器，雖然種類和規(guī)格很多，但是其基本原理與普通雙繞組變壓器相同或相似，不再作一一討論。本節(jié)主要介紹較常用的自耦變壓器、儀用互感器、弧焊變壓器的工作原理及特點。
一、自耦變壓器
1．結構特點及用途
前面敘述的變壓器，其一、二次繞組是分開繞制的，它們雖裝在同一鐵心上，但相互之間是絕緣的，即一、二次繞組之間只有磁的耦合，而沒有電的直接聯系。這種變壓器稱為雙繞組變壓器。如果把一、二次繞組合二為一，使二次繞組成為一次繞組的一部分，這種只有一個繞組的變壓器稱為自耦變壓器，如圖2—35所示?？梢娮择钭儔浩鞯囊?、二次繞組之間除了有磁的耦合外，還有電的直接聯系。由下面的分析可知，自耦變壓器可節(jié)省銅和鐵的消耗量，從而減小變壓器的體積、重量，降低制造成本，且有利于大型變壓器的運輸和安裝。在高壓輸電系統中，自耦變壓器主要用來連接兩個電壓等級相近的電力網，作聯絡變壓器之用。在實驗室常用具有滑動觸點的自耦調壓器獲得可任意調節(jié)的交流電壓。此外，自耦變壓器還常用作異步電動機的起動補償器，對電動機進行降壓起動。
圖2－35 自耦變壓器工作原理
2．電壓、電流及容量關系
自耦變壓器也是利用電磁感應原理工作的，當一次繞組U1U2兩端加交變電壓U1時，鐵心中產生交變的磁通，并分別在一次繞組及二次繞組中產生感應電動勢E1及E1，它們也有下述關系
U1≈E1＝4.44fN1Фm
U2＝E2=4.44fN2Фm
故自耦變壓器的變比K為
當自耦變壓器二次繞組加上負載后，由于外加電源電壓不變，故主磁通近似不變，因此總的勵磁磁通勢仍等于空載磁通勢，即
可見流經公共繞組中的電流總是小于輸出電流I2。當變比K接近于1時，則I1與I2的數值相差不大，即公共繞組中的電流I很小，因而這部分繞組可用截面積較小的導線繞制，以節(jié)約用銅量，并減小自耦變壓器的體積與重量。
自耦變壓器輸出的視在功率為S2=U2I2=U2（I+I1）=U2I+U2I1
從上式可看出，自耦變壓器的輸出功率由兩部分組成，其中U2I部分是依據電磁感應原理從一次繞組傳遞到二次繞組的視在功率，而U2I1則是通過電路的直接聯系從一次繞組直接傳遞到二次繞組的視在功率。由于I1只在一部分繞組的電阻上產生銅損耗，因此自耦變壓器的損耗比普通變壓器要小，效率較高，因而較為經濟。
理論分析和實踐都可以證明：當一二次繞組電壓之比接近于1時，或者說不大于2時，自耦變壓器的優(yōu)點比較顯著，當變比大于2時，好處就不多了。所以實際應用的自耦變壓器，其變比一般在1.2～2.0的范圍內。如在電力系統中，用自耦變壓器把110 kV、150 kV、220 kV和330kV的高壓電力系統連接成大規(guī)模的動力系統。自耦變壓器的缺點在于：一、二次繞組的電路直接連在一起，造成高壓側的電氣故障會波及到低壓側，這是很不安全的，因此要求自耦變壓器在使用時必須正確接線，且外殼必須接地，并規(guī)定安全照明變壓器不允許采用自耦變壓器結構形式。自耦變壓器不僅用于降壓，也可作為升壓變壓器。
如果把自耦變壓器的抽頭做成滑動觸點，就可構成輸出電壓可調的自耦變壓器。為了使滑動接觸可靠，這種自耦變壓器的鐵心做成圓環(huán)形，其上均勻分布繞組，滑動觸點由碳刷構成，由于其輸出電壓可調，因此稱為自耦調壓器，其外形和原理電路如圖2—36所示。自耦變壓器的一次繞組匝數N1固定不變，并與電源相連，一次繞組的另一端點U2和滑動觸點a之間的繞組N2就作為二次繞組。當滑動觸點a移動時，輸出電壓U2隨之改變，這種調壓器的輸出電壓U2可低于一次繞組電壓U1，也可稍高于一次繞組電壓。如實驗室中常用的單相調壓器，一次繞組輸入電壓U1＝220V，二次繞組輸出電壓U2＝0～250V，在使用時，要注意：一、二次繞組的公共端U2或u2接中性線（零線），U1端接電源相線（火線），u1端和u2端作為輸出。此外還必須注意自耦調壓器在接電源之前，必須把手柄轉到零位，使輸出電壓為零，以后再慢慢順時針轉動手柄，使輸出電壓逐步上升。
圖2－36 自耦調壓器
二、儀用互感器
電工儀表中的交流電流表一般可直接用來測量5～10A以下的電流：交流電壓表可直接用于測量450V以下的電壓。而在實踐中有時往往需測量幾百、幾千安的大電流及幾千、幾萬伏的高電壓，此時必須加接儀用互感器。
儀用互感器是作為測量用的專用設備，分電流互感器和電壓互感器兩種，它們的工作原理與變壓器相同。
使用儀用互感器的目的：一是為了測量人員的安全，使測量回路與高壓電網相互隔離；二是擴大測量儀表（電流表及電壓表）的測量范圍。儀用互感器除用于交流電流及交流電壓的測量外，還用于各種繼電保護裝置的測量系統，因此儀用互感器的應用很廣，下面分別介紹。
1．電流互感器
在電工測量中用來按比例變換交流電流的儀器稱為電流互感器。
電流互感器的基本結構形式及工作原理與單相變壓器相似，它也有兩個繞組：一次繞組串聯在被測的交流電路中，流過的是被測電流I1，它一般只有一匝或幾匝，用粗導線繞制；二次繞組匝數較多，與交流電流表（或瓦時計、功率表）相接，如圖2—37所示。
圖2－37 電流互感器
由變壓器工作原理可得 
KI稱為電流互感器的額定電流比，標在電流互感器的銘牌上，只要讀出接在電流互感器二次線圈一側電流表的讀數，則一次電路的待測電流就很容易從上式中得到。一般二次電流表用量程為5A的儀表。只要改變接入的電流互感器的變流比，就可測量大小不同的一次電流。
在實際應用中，與電流互感器配套使用的電流表已換算成一次電流，其標度尺即按一次電流分度，這樣可以直接讀數，不必再進行換算。例如按5A制造的但與額定電流比600／5A的電流互感器配套使用的電流表，其標度尺即按600A分度。
使用電流互感器時必須注意以下事項：
（1）電流互感器的二次繞組絕對不允許開路。因為二次繞組開路時，電流互感器處于空載運行狀態(tài)，此時一次繞組流過的電流（被測電流）全部為勵磁電流，使鐵心中的磁通急劇增大，一方面使鐵心損耗急劇增加，造成鐵心過熱，燒損繞組；另一方面將在二次繞組感應出很高的電壓，可能使絕緣擊穿，并危及測量人員和設備的安全。因此在一次電路工作時如需檢修或拆換電流表、功率表的電流線圈時，必須先將電流互感器的二次繞組短接。
（2）電流互感器的鐵心及二次繞組一端必須可靠接地，如圖2—37（b）所示，以防止絕緣擊穿后，電力系統的高壓危及工作人員及設備的安全。
利用互感器原理制造的便攜式鉗形電流表如圖2—38所示。它的閉合鐵心可以張開，將被測載流導線鉗入鐵心窗口中，被測導線相當于電流互感器的一次繞組，鐵心上繞二次繞組，與測量儀表相連，可直接讀出被測電流的數值。其優(yōu)點是測量線路電流時不必斷開電路，使用方便。
圖2－38 鉗形電流表
使用鉗形電流表時應注意使被測導線處于窗口中央，否則會增加測量誤差；不知電流大小時，應將選擋開關置于大量程上，以防損壞表計；如果被測電流過小，可將被測導線在鉗口內多繞幾圈，然后將讀數除以所繞匝數；使用時還要注意安全，保持與帶電部分的安全距離，如被測導線的電壓較高時，還應戴絕緣手套和使用絕緣墊。
與變壓器一樣，式
僅是一個近似計算公式，即用電流互感器進行電流測量時存在一定的誤差，根據誤差的大小，電流互感器分下列各級：0.2、0.5、1.0、3.0、10.0。如0.5級的電流互感器表示在額定電流時，測量誤差最大不超過±0.5％。電流互感器精確度等級越高，測量誤差越小，但價格越貴。
2．電壓互感器
在電工測量中用來按比例變換交流電壓的儀器稱為電壓互感器。如圖2—39所示。
電壓互感器的基本結構形式及工作原理與單相變壓器很相似。它的一次繞組（一次線圈）匝數為N1，，與待測電路并聯；二次繞組（二次線圈）匝數為N2，與電壓表并聯。一次電壓為Ul，二次電壓為U2，因此電壓互感器實際上是一臺降壓變壓器，其變壓比Ku為
圖2－39 電壓互感器
Ku常標在電壓互感器的銘牌上，只要讀出二次電壓表的讀數，一次電路的電壓即可由上式得出。一般二次電壓表均用量程為100V的儀表。只要改變接入的電壓互感器的變壓比，就可測量高低不同的電壓。在實際應用中，與電壓互感器配套使用的電壓表已換算成一次電壓，其標度尺即按一次電壓分度，這樣可以直接讀數，不必再進行換算。例如按100V制造但與額定電壓比10 000／100V的電壓互感器配套使用的電壓表，其標度尺即接10 000V分度。
使用電壓互感器時必須注意以下事項：
（1）電壓互感器的二次繞組在使用時絕不允許短路。如二次繞組短路，將產生很大的短路電流，導致電壓互感器燒壞。
（2）電壓互感器的鐵心及二次繞組的一端必須可靠地接地，如圖2—39（b）所示，以保證工作人員及設備的安全。
（3）電壓互感器有一定的額定容量，使用時二次繞組回路不宜接入過多的儀表，以免影響電壓互感器的測量精度。
例2—6：用變壓比為10 000／100 V的電壓互感器，變流比為100／5 A的電流互感器擴大量程，其電流表讀數為3.5 A，電壓表讀數為96V，試求被測電路的電流、電壓各為多少，
解： 因為電流互感器負載電流等于電流表讀數乘上電流互感器電流比，即
被測電路的電流為70A，電壓為9600V。
三、電焊變壓器
交流弧焊機由于結構簡單、成本低廉、制造容易和維護方便而被廣泛采用。電焊變壓器是交流弧焊機的主要組成部分，它實質上是一臺特殊的降壓變壓器。在焊接中，為了保證焊接質量和電弧的穩(wěn)定燃燒，對電焊變壓器提出了如下的要求：
（1）電焊變壓器在空載時，應有一定的空載電壓，通常Uo＝60～75 V左右，以保證起弧容易。另一方面，為了操作者的安全，空載起弧電壓又不能太高，最高不宜超過85V。
（2）在負載時，電壓應隨負載的增大而急劇下降，即應有陡降的外特性，如圖2—40所示。通常在額定負載時的輸出電壓約30V左右。
（3）在短路時，短路電流ISC不應過大，以免損壞電焊機。
（4）為了適應不同的焊接工件和不同焊條的需要，要求電焊變壓器輸出的電流能在一定范圍內進行調節(jié)。
圖2－40 焊接電流與電弧電壓的關系曲線
為了滿足上述要求，電焊變壓器必須具有較大的漏抗，而且可以進行調節(jié)。因此，電焊變壓器的結構特點是：鐵心的氣隙比較大，一次、二次繞組不是同心地套在一個鐵心柱上，而是分裝在不同的鐵心柱上，再用磁分路法、串聯可變電抗器法及改變二次繞組的接法等來調節(jié)焊接電流。工業(yè)上使用的交流弧焊機類型很多，如抽頭式、可動鐵心式、可動線圈式和綜合式等，都是依據上述原理制造的。
磁分路動鐵心式弧焊機是較具代表性的一類交流弧焊機，
圖2－41 磁分路動鐵心式弧焊機外形圖
圖2—41是BXl系列磁分路動鐵心式弧焊機的外形圖，其基本結構及工作原理如下：
該型電焊機的電焊變壓器為磁分路動鐵心式結構，它的鐵心由固定鐵心和活動鐵心兩部分組成。固定鐵心為“口”字形，在固定鐵心兩邊的方柱上繞有一次繞組和二次繞組?；顒予F心裝在固定鐵心中間的螺桿上，當搖動鐵心調節(jié)裝置手輪時，螺桿轉動，活動鐵心就沿著導桿在固定鐵心的方口中移動，從而改變固定鐵心中的磁通，調節(jié)焊接電流。它的繞組由一次繞組及二次繞組組成，一次繞組繞在固定鐵心的一邊。二次繞組由兩部分組成，一部分與一次繞組繞在同一邊，另一部分繞在鐵心的另一側。如圖2—42所示。前一部分起建立電壓的作用，后一部分相當于電感線圈。焊接電流的粗調是靠變更二次繞組接線板上的連接片的接法來實現的，接法Ⅱ用于焊接電流大的場合，接法Ⅰ用于焊接電流小的場合。焊接電流的細調節(jié)則是通過手輪移動鐵心的位置，改變漏抗，從而得到均勻的電流調節(jié)。
圖2－42 磁分路動鐵心式弧焊機原理示意圖
BXl系列弧焊機有三種型號，其中BXl—35的焊接電流調節(jié)范圍為25～150A，用于薄鋼片的焊接；BXl—330的焊接電流調節(jié)范圍為50～450A、BXl—500則為50～680A，可用來焊接不同厚度的低碳鋼板。
動圈式弧焊機的典型產品是BX3系列。它的焊接電流調節(jié)是靠改變一次繞組和二次繞組
之間的距離（從而改變它們之間的漏抗大小）來實現的。還可將一次及二次繞組串聯或并聯來擴大電流調節(jié)范圍。