电力系统中，除了大量采用三相双绕组变压器外，也采用适用于各种用途的特殊变压器。这些变压器虽然种类很多，但基本原理和双绕组变压器有许多共同之处。本节主要介绍常用的三绕组变压器、自耦变压器和仪用互感器的工作原理和特点。
一、三绕组变压器
在发电厂或变电所，经常需要把三个电压等级不同的电网联系起来，为经济起见，可采用三绕组变压器来实现。
1. 绕组的布置和额定容量
三绕组变压器的铁心一般为心式结构，每个铁心柱上都套 有高、中、低压三个绕组，一个是一次绕组，另两个是二次绕组。三绕组变压器的标准联结组有YN，yn0，d11和 YN，yn0，y0两种。
绕组的布置原则：
(1) 为绝缘方便，高压绕组总是放在最外边;
(2) 两个绕组相距越远，漏磁通越多，短路阻抗就越大，电压变动也就越大，所以一、二次绕组应靠近布置。
发电厂的升压变压器，把发电机提供的低压电功率经三绕组变压器传送到高压和中压电网，采用图1.9.2-1(a)的方案比较合理。变电所的降压变压器，多半是从高压电网取得电功率，经三绕组变压器传送到中压和低压电网，最理想的方案是 把高压绕组放在中间，但会增加绝缘的困难，通常采用图1.9.2-1(b)的方案。
三绕组变压器三个绕组的容量可以相等，也可以不等，其中容量最大的规定为三绕组变压器的额定容量。如果将额定容量作为100，按国家标准，三个绕组的容量配合有如下三种：
高压绕组中压绕组低压绕组
表2.9.2-1 三绕组容量
2. 基本方程式
图1.9.2-2 三绕组变压器的一相原理图
(1) 变比--三绕组变压器有三个变比
(2) 磁动势平衡方程式
按图1.9.2-2所示正方向，可写出磁动势平衡方程式为
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与双绕组变压器不同的是：式中x1，x2'和x3'并不代表各绕组的漏抗，而是各绕组的自漏抗和各绕组间的互漏抗的组合，称为各绕组的等效漏抗，与自漏磁通和互漏磁通组合起来的磁通相对应，为一常数;与之对应的Z1，Z2'和Z3' 也不代表各绕组的漏阻抗，把它们称为各绕组的等效漏阻抗。
根据(7)式和(8)式可画出三绕组变压器的简化等效电路， 如图1.9.2-3所示。三绕组变压器的各种运行问题，如电压变化率、效率、短路电流、并联运行时各绕组间的负载分配等，都可以用等效电路来计算。
3. 等效电路的参数测定
三绕组变压器等效电路中的x1，x2'和x3'是等效漏抗，不能直接测量，但它们的两两之和恰为两绕组间的漏抗，即短路电抗。
可做三次短路试验：
(1)绕组1加电源，绕组2短路，绕组3开路，测得rk12、xk12
(2)绕组1加电源，绕组3短路，绕组2开路，测得rk13 .xk13
(3)绕组2加电源，绕组3短路，绕组1开路。测得rk23、xk23
又
X1.X2'和X3'的大小与绕组的布置情况有关，如绕组2放在中间，则xk13最大，约为xk12+xk23'，即位于中间的绕组的等效漏抗接近于零，或为微小的负值。这是因为三绕组变压器中，既有自感，又有互感，任一绕组分别与其它两绕组之间的互感起削弱该绕组自感的作用，因此等效漏抗可能为负值。
二、自耦变压器
自耦变压器的结构特点是一、二次绕组共用一个绕组， 一、二次绕组之间不仅有磁耦合关系，还有电的联系，即它还可从一次侧直接向二次侧传导电功率。
以单相降压变压器为例，如图1.9.3-1(a)所示，其中ax为低压绕组，因它是高压绕组的一部分，又称公共绕组。Aa是与公共绕组串联的绕组，称为串联绕组。AX为高压绕组。图1.9.3-1(b)为其相应的接线图，图中按双绕组变压器习惯采用的参考正方向标出了各电磁量的正方向。自耦变压器也是利用电磁感应原理工作的。
图1.9.3-1 自耦变压器
1. 电压、电流关系
空载运行时，忽略一次绕组漏阻抗压降，则有
2. 容量关系
双绕组变压器一、二次绕组之间只有磁耦合而没有电联系，因此变压器的额定容量(铭牌上标注的容量，又称通过容量)就等于一、二次绕组通过磁耦合传递的电磁容量(又称绕组容量或设计容量，用sem表示)，即sN =sem。
自耦变压器一、二次绕组之间不仅有磁耦合还有电联系，因此变压器的额定容量sN 不等于绕组的电磁容量sem ，而等于一、二次绕组通过磁耦合传递的电磁容量与一、二次绕组通过电联系传导的容量(称为传导容量，用scd表示)之和，即sN = sem+scd。
单相自耦变压器的额定容量为: SN=U1NI1N =U2NI2N
绕组容量指绕组上所加的额定电压与绕组中流过的额定电流的乘积。由图1.9.3-1(b)可知，自耦变压器串联绕组Aa与低压绕组ax的绕组容量分别为
SAa=UAaIAa=(UAa -Uax )=(1-1/ka)U1NI1N=(1-1/ka)SN
Sax=U2NI =U2N(1-1/ka)I2N =(1-1/ka)SN
即 Sem=(1-1/ka)SN
自耦变压器的传导容量指绕组通过电联系传送的容量。
由图1.9.3-1(b)可知，传导容量等于串联绕组Aa上的电流通过联 结点a'传送给二次绕组的容量，即 Scd=I1NU2N =1/kaI2NU2N =1/kaSN =SN-sem
3. 主要优缺点及应用
(1) 优点
变压器的大小和所用材料由绕组容量决定。由于自耦变压器的绕组容量小于额定容量，因此比同容量的双绕组变压器用料省、尺寸小、效率高，这是其主要优点。自耦变压器绕组容量为额定容量的(1-1/ka)倍，ka越接近于1,(1-1/ka)越小 其优点越显著。一般电力系统用的自耦变压器变比ka取1.25至2。
(2) 缺点
由于自耦变压器一、二次绕组之间有直接的电联系，为防止一次侧过电压时引起二次侧严重过电压，要求自耦变压器的中性点必须可靠接地，并且一、二次侧都要装避雷器。
(3) 应用
在现代高压电力系统中，自耦变压器主要用来连接电压等级相近的输电系统;在工厂中，自耦变压器常用作异步电动机的启动补偿器;在实验室中，常用可调自耦变压器作调压器。
例2. 将一台额定容量5kVA的220/110V的双绕组变压器改接成 330/220V的自耦变压器。试计算改接后自耦变压器的额定容量、 绕组容量、传导容量和一、二次额定电流。
解：双绕组变压器改接为自耦变压器，绕组容量不变,即Sem=5kVA
又自耦变压器的变比为 ka=U1N/U2N=330/220=1.5
则额定容量SN=Sem/(1-ka)=5/(1-2/3) =15(kVA)
传导容量Scd =SN-Sem=15-5=10(kVA)
又一、二次绕组的额定电压分别为U1N=330V ,U2N=220V
则一、二次绕组的额定电流分别为
I1N=SN/U1N=15kv/330v=45.45(A)
I2N=SN/U2N=15kv/220v=68.18(A)
三、仪用互感器
仪用互感器是电力系统中用来测量大电流、高电压的特殊变压器。使用互感器有两个目的： 一是使测量回路与被测回路隔离，从而保证操作人员和设备的安全;
二是可以使用小量程的电流表和电压表测量大电流和高电压。仪用互感器分为电流互感器和电压互感器两大类。
(一) 电流互感器
电流互感器是用来测量大电流的仪用互感器，其原理接线如图1.9.4-1所示。电流互感器均制成单相的，一次绕组由一匝或几匝粗导线组成，串接在被测回路中;二次绕组由匝数较多的细导线组成，与阻抗很小的仪表(电流表、功率表的电流线圈或继电器的线圈)串联组成闭合回路。因此，电流互感器相当于短路运行的升压(降流)变压器。
图1.9.4-1 电流互感器的原理接线图
忽略激磁电流，则有I1 =N2/N1I2 =kiI2
式中 ki=N2/N1=I1/I2 --电流互感器的变流比，为常数。
电流互感器利用一、二次绕组匝数不同，将线路的大电流转 换成小电流测量。通常电流互感器一次绕组的额定电流范围为 10至2500A，二次绕组的额定电流为5A。与测量仪表配套使用时，电流表按一次绕组的电流值标出刻度，可从电流表上直接读出被测电流值。另外，二次绕组有很多抽头，可根据被测电流的大小适当选择。
实际上，电流互感器内总有一定的激磁电流，所以测量电流 总有一定的变比误差和相位误差。
通常电流互感器根据误差的大小分为0.2、0.5、1.0、3.0和10.0五个等级，级数越大，误差越大。
使用电流互感器时，应注意以下三点：
运行时二次绕组绝对不允许开路。如果二次绕组开路， 电流互感器就为空载运行，被测回路的大电流就成为互感器的激磁电流，它将使铁心中的磁通密度猛增，磁路严重饱和造成铁心过热而损坏绕组绝缘;且在二次绕组将感应出很高的过电压，可能击穿绝缘，危及操作人员和仪表的安全。因此，电流互感器二次绕组中绝对不允许装熔断器;运行中如果需要拆下测量仪表，应先将二次绕组短接。
铁心和二次绕组的一端必须可靠接地。以避免绝缘损坏时，一次侧的高电压传到二次侧，危及操作人员和仪表的安全。
二次绕组串联的仪表阻抗值不应超过有关技术标准的规定。以避免降低测量精度。另外，工程上常用来检测带电线路电流的一种钳形电流表的工作原理与电流互感器相同，其结构如图1.9.4-2所示。铁心象一把钳子可以张合，在测量带电线路时，可将被测线路夹于其中，此时，被测线路为一次绕组，利用电磁感应作用，可在与二次绕组串联的电流表上直接读出被测线路的电流值。一般钳形电流表 有几个量程，可根据被测电流值适当选择。
图1.9.4-2 钳形电流表的结构图
(二) 电压互感器
电压互感器是用来测量高电压的仪用互感器，其原理接线如图1.9.4-3所示。与电流互感器相反，电压互感器的一次绕组匝数很多，而且并联在被测线路上;二次绕组匝数较少，与阻抗很大的仪表(电压表或功率表的电压线圈)串联组成闭合回路，二次电流很小。因此，电压互感器相当于空载运行的降压变压器。
图1.9.4-3 电压互感器的原理接线图
忽略漏阻抗压降，则有 ku=E1/E2 =N1/N2=U1/U2 或 U1=kuU2
式中 ku=N1/N2=U1N/U2N --电压互感器的变压比，为常数。
电压互感器利用一、二次绕组匝数不同，将线路的高电压转 换成低电压测量。通常电压互感器二次绕组的额定电压设计为100V。与测量仪表配套使用时，电压表也按一次绕组的电压值 标出刻度，可从电压表上直接读出被测电压值。另外，与电流互感器不同，电压互感器是在一次绕组有很多抽头，根据被测线路电压的大小适当选择。
实际上，由于空载电流和一、二次绕组漏阻抗的存在，电压互感器测量的电压值总有一定的变比误差和相位误差。为了减少误差，电压互感器的铁心一般采用性能较好的硅钢片制成，还尽 量减小磁路中的气隙，使铁心不饱和，以减小空载电流;在绕组的绕制上也设法减少两绕组之间的漏磁通，以减少漏阻抗。通常电压互感器根据误差的大小分为0.2、0.5、1.0和3.0四个等级。
使用电压互感器时，应注意以下三点：
运行时二次绕组绝对不允许短路。如果二次绕组发生短路，就会产生很大的短路电流而烧坏电压互感器。因此，与电流互感器不同，电压互感器使用时在二次绕组中应串联熔断器作为 短路保护。
铁心和二次绕组的一端必须可靠接地。以防止高压绕组绝缘损坏时，铁心和二次绕组带上高电压，危及操作人员和仪表的安全。
二次绕组连接的仪表阻抗值不应超过有关技术标准的规定。以避免降低测量精度。