如果出现单个变压器的电压在500kv以上，就会造成电压费用的迅速上升及增加，并且对于机械结构方面的绝缘性能产生极大地影响，另外，也会造成安装和运输的困难。基于这样的状态，我国当前所使用的单个变压器的额定功率一般情况下都不会超过750kv。所以在具体应用中，如果需要500kv、750kv以上的电压要求时，就会通过变压串接的方式来实现。通常的几台试验器进行变压器串接就是对几台变压器进行绕组操作进而实现电压的叠加，然后整体化的将单台变压器的绝缘结构进行最优化的简化处理。自耦式串级变压器是最为常见的串级式变压器。

由几台单台试验变压器组成是串级式高压试验变压器的主要运行特点，单台试验变压器具有电压低、容量小、重量轻的特点，所以极易于进行安装和运输，也造成了串级式高压试验变压器自身的特点，而且其既可以实现单台试验变压器通过串接之后形成高几倍的状态，进而实现电压组合使用，同时也可以直接分离成几套单台试验变压器单独进行使用。

1）试验变压器应和操作箱（台）配套使用，操作箱（台）的使用方法，请详细参阅操作箱（台）使用说明书。

2）变压器外壳、高压尾必须接地。为确保安全，试验人员和其它被试验设备与试验变压器之间必须保持足够的距离。

3）试验变压器的输出一般应串接限流电阻以保护设备安全。

如果在试验变压器中存在短路电抗大的现象，就会使试验设备的短路容量出现严重的降低现象，进而会对绝缘子的污闪或湿闪电压得到的测试结果产生影响。另外，如果试验变压器经常性的接触电容性负载，当电容性电流在试验调压器和变压器的短路电抗流过时，就会使所输出的电压超过变电器的两侧定额数值要求。所以，试验变压器的短路电抗值不宜出现过大的状态。

在具体的试验中，为了保证试品不会在闪络状态下出现短路电流过小的问题，就需要有效的对试验变压器的短路电抗进行一定程度的降低。单高比套管试验变压器的电压等级处于相对较低的状态，所以对其的短路电抗进行降低时，可以通过铁心的左右面杆对低压绕组进行均绕，然后从两低绕组开展并联，以有效实现对于高低压绕组之间闭合的加强。对双高压管的变压器进行串级操作主要是为了有效节省绝缘，使二次侧低压绕组同二次测电压绕组并不在同一个铁心阀上进行套装，并且如果不采取一些合理有效的方法和措施，就会造成变压器的短路电抗加大，针对于此种状态，通常可以在两个铁心柱上进行平衡绕组套装的操作。

1、匝数

假定左右两柱平衡绕做的组数各为NP₀和NP₁，且二者的匝数处于相同状态，而且在具体的操作中同一次侧低压在绕组过程中所产生的匝数相同，假定该相同额为N₀，基于此，我们便可以得到NP₀=NP₁=N₀。

2、连接

可以通过极性端对左右两柱的平衡绕组进行连接。如果存在两柱在平衡绕组中出现绕向不同的问题时，应该进行更正，实现头与头、尾与尾的正常对接；但是绕向处于一致状态时，则可以实现互相得到头尾连接。以确保整体的规范性和合理有效性。

3、电流

可能会因为某种运行中的原因，会使平衡绕组内出现某一种电流的通过。这主要是因为在整个铁心回路中，该两绕组在磁势方面，存在着大小相等但方向相反的状态，这就会造成整体铁心回路中难以产生磁通。

4、磁通量

在左右两侧的平衡绕组对于所交链接收到的磁通量处于不相等的状态时，二者所感应到的电动势就会存在大小不等的现象，在这样的基本条件下才会有电流流过。

1、串级试验变压器的优点

（1）不会出现单个变压器电压过高的现象，且对于绝缘结构的制作相对简单方便，材料用价极为便宜。另外，由于单件结构处于整体较轻的状态，所以也不会造成试验变压器得到整体过重现象，安装和运输极为方便。

（2）可以进行接线改变，以为三相试验提供方便。通过改接的实现，能够使变压器进行相互的并联，进而进行大负荷电流的供给。实现三相试验接线的改接时，能够使相应的电压进行降低。

（3）如果需要试验变压器的电压处于较低状态时，则可以只选用其中的某一两台变压器进行，能够有效的降低电压且不至于出现电源发动机激磁过小的状况，操作相对方便简单。并且在串级变压器台数减少的基础上，能够使总试验过程中回路短路的电抗有效降低。

（4）因为结构方式的问题，每一台变压器也可以单独出来实现各自具体的使用，这就会造成工作地点和范围的增多，并且如果其中的某一台出现故障时，并不会影响整体的正常操作，能够有效的实现损失的。

2、串级试验变压器的缺点

（1）自耦式变压器是串级试验变压器的最常见装置，所以在其运行状态中，上一级的变压器功率需要由下一级进行供给，这样的状态就会造成装置整体的利用率低下。并且在进行绝缘运行和处理时，变压器提供给各级激磁的装置会因为绝缘的作用也使整体的利用率处于较低的状态。

（2）低压绕组和激磁绕组中出现的漏抗多是由绝缘变压器中所出现的现象所造成的，如果出现级数增加的状况时，则会使总的电抗不断的增加甚至是加剧，所以一般情况下的串级数不应该大于四级，但是在具体的应用中并没有有效的实现。

（3）在串级高压试验变压器中，如果出现过电压的现象时，就会使总级间的瞬态电压存在分布不均匀的状态，一定情况下甚是会发生激磁绕组或者套管闪络中的绝缘故障。

十几年前，串级调速作为一种高效率的交流无级调速曾经盛行一时，随着近代变频调速的兴起，串级调速日渐萧条，被认为是落后的调速技术.如何评价交流调速技术的优劣，不同的需求有不同的标准。但普遍的共识是：⑴ 效率高；⑵ 调速平滑即无级调速；⑶ 调速范围宽；⑷调速产生的负面影响（如谐波、功率因数等）小；⑸成本低廉。

既然串级调速和变频调速有一致的调速特性。特点和性能：1）串级调速的控制设备焦复杂，成本较高，控制困难。因为转子回路串入了一个频率与转子电压频率相同的外加电压，且要随频率变化是相当困难的。因此，在实际应用中，通常是将转子外加电压用整流器整流成可控的直流电压来代替交变电压。2）串级调速的机械特性较硬，调速平滑性好，转差功率损耗小，效率较高。3）低速时，转差功率损耗较大，功率因素较低，过载能力较弱。4）串级调速范围一般为（2~4）：1，适用用于大容量的通风机，提升机等泵类负载。5）串级调速电机要求是滑环电机，电机滑环碳刷需要经常更换维护，相比异步电机维护费用增加。6）串级调速装置，为了顺利启动，会配合转子串电阻启动方式，拉到需要转速之后，逆变器配合触发实现调速。

首先串级控制对进入副回路的扰动有很强的克服能力。其次，由于副回路的存在，减小了控制对象的时间参数，从而提高了系统的响应速度。再者串级控制提高了系统的工作频率，改善了系统的控制质量。最后，串级系统有一定的自适应能力。

传统理论的质疑与商榷

认为串级调速从属于变转差率原理，是根据传统电机学的异步机转速公式（1）而得出的。但深入分析，这个表达式却只是个人为的定义式，并非公式。不仅不能作为串级调速的理论依据，也不能成为其他交流调速的指导公式。公式是客观规律的数学表达形式，它只能产生于科学分析和实践，而不能产生于人为的定义。传统电动机学的异步机转速表达式是这样建立的，首先定义转差率s，令 （2），式中： n1为同步转速；n 为机械转速。由式（2），经代数变换得（3）。由于初等变换不改变等式性质，可见表达式（3）仍然是定义式，它是式（2）的另外一种表达形式。又，由于（4）将式（4）代入定义式（3），于是有表达式（1）。应该注意，式（3）与式（1）没有本质区别，尽管式（4）是公式，但它仅仅起到参数变换作用，并没有改变式（1）、（3）的定义式性质。因此转速表达式（1）只是人为的定义式，并非公式，自然不能成为交流调速的理论依据，否则就犯了基本的逻辑错误。

另外，转差率改变与否和调速性能的优劣并没有明确的关系，不能把转差率当作效率。转差功率定义为 ，系指电磁功率中没有转化为机械功率的部分，至于是否成为损耗，并未确定。在自然运行时，可以狭义地认为转差功率就是损耗功率，而扩展到调速，例如串级调速，转差功率可以以电能形式传输，并不成为损耗而降低调速效率。实际的交流调速也不能简单地依照表达式（1）进行，例如单纯地改变频率而不改变定子电压，当频率低于额定值时，电机将剧烈发热，不能正常运行；又如，只改变极数而不相应改变有效串联匝数，电机同样无法工作。以上两例都是依循表达式（1）操作的，结果却遭失败，如果公式是科学的，绝不应该出现这样例外。

交流调速的功率控制原理

为了探求异步机调速的实质，以及便于深入分析，应首先建立异步机的物理模型。根据异步机的能量转换与传输原理，异步机等效于图1的功率圆模型。图1A鼠笼转子的异步机模型 图1B 绕线转子的异步机模型

电动机是将电能转化为机械能的设备。异步机的定子与电源相联，从中吸收电功率P1，同时吸收感性无功功率建立旋转磁场。旋转磁场的主要功能是将定子的电磁功率传输给转子，转子则将电磁功率转化为机械功率，因此，旋转磁场可等效为联接定、转子的功率传输通道，为与电传导方式相区别，称为感应通道。主磁通 是电磁感应中极为重要的参数，可以形象地认为是感应通道畅通与否的标志，为了保证感应通道畅通，应使主磁通保持设计伊始的常量，否则将使功率传输的损耗增大，并且影响电机的转矩性能。定、转子之间传输的电功率称为电磁功率，也是转化为机械功率的源泉。定子的电磁功率为（5），即输入功率与损耗功率之差，转子的电磁功率则为（6），为机械功率与转子损耗功率之和。应该注意，定、转子的电磁功率相等，只是表达形式不同。对于鼠笼型异步机，转子电压和电流是短路、封闭的，不能为外界所控制，因此，鼠笼型异步机转子只有一个械输出端口。绕线型异步机的转子则是开启的，并受外部控制才能形成电气回路，因此具有机械和电气两个输出端口。转速产生于转子，因此是调速的主要分析对象。根据力学原理，异步机的角速度（7），其中：PM为异步机机械功率；T为输出转矩。根据异步机的能量转换与守恒，转子的功率方程为（8），其中：Pem为异步机转子的电磁功率；为转子的损耗功率。因此，异步机输出角速度表为（9）。式中的 （10），称为理想空载角速度；（11），称为角速度降。量纲变换后，有（12），式中的 （13），即为理想空载转速；（14），为转速降。

异步机的理想空载转速表达为电磁功率与电磁转矩之比，其含义是：在假定转子无损耗的理想状态下，异步机的全部电磁功率都转化为机械功率所能获得的转速。由于这种假设只有在理想空载的条件下才能实现，故称理想空载转速。理想空载转速取决于电磁功率，是异步机调速非常重要的参量。转速降即为转速损失，取决于损耗功率。

按照公式（7），转矩T似乎也应该成为调速的控制参量，实际上是不可能的。电机稳定运行必须遵循转矩平衡方程式，即电磁转矩与负载转矩相等（15）。负载转矩是由机械负载本身性质决定的，既不取决于电机性能也不取决于调速与否，电磁转矩只能服从客观存在的负载转矩，不能随意改变，否则，破坏了转矩平衡方程式，电机将无法稳定运行。由此可见，交流调速的实质在于控制其机械功率，电气上有电磁功率控制和损耗功率控制两种原则。电磁功率控制改变的是理想空载转速，机械特性为平行曲线，是高效率节能型调速；而损耗功率控制则是增大转速降，机械特性为汇交曲线，是低效率的耗能型调速。调速性能取决于调速原理，选择定子控制还是转子控制，仅仅是对象的不同，并没有本质的区别。以上就是交流调速的功率控制原理，为了便于称谓，简称为P理论。根据电机学原理，异步机转子的电磁功率和电磁转矩方程为（16）；（17）。其中，转矩系数 （18）。根据功率控制原理所得出的公式（10），异步机的理想空载角速度为（19），其中的电势系数： （20）。换算成每分钟转速，同乘以 ，有（21），其中的转子电势系数 （22）。表明异步机的理想空载转速与转子开路电势E2成正比，与主磁通量 成反比。至于电势系数，在电机设计制造已确定，可以当作常量，改变理想空载转速可以通过1) 恒磁调压方法。即，使主磁通 不变，调节转子电压（电势）。2) 恒压弱磁方法。即，使转子电压不变，减小主磁通。改变转子电势有电传导和磁感应两种方法，电传导方法用于转子控制调速，其理想空载转速为（23）；感应法用于定子控制调速，理想空载转速则为（24）。公式（23）（24）物理意义鲜明，具有普遍性，实际上，变频调速、串级调速、以及将介绍的内馈调速等高效率交流调都是依据该公式实现的。

串级调速的功率控制原理

串级调速是基于转子的电磁功率控制调速。串级调速的功率控制原理是：从转子入手控制异步机的电磁功率，从而改变理想空载转速。当转子的部分功率被移出，总的电磁功率减小，理想空载转速降低，是一种低同步调速系统。如果转子通过电传导另外得到的部分功率，总的电磁功率增加，理想空载转速将超过同步转速，实现超同步调速。这种能够实现两个方向功率控制的系统，即可实现低同步和超同步两种调速，称为双馈调速。利用功率控制原理推导出的公式(23) ，可以使串级调速得到简明、量化的分析。通过电传导的方法在转子回路串联附加电势Ef，可以改变转子的合电势，从而改变理想空载转速。而磁通由定子电势和频率决定，故不改变。于是串级调速实现恒磁通（即恒转矩）的高效率的无级调速。应该指出，改变理想空载转速才是调速的关键所在，至于同步转速改变与否并不重要。在串级调速中，理想空载转速可调，而同步转速不变，事实证明了理想空载转速与同步转速没有必然的联系。

与高压交流调速的定子控制（变压变频）对比，作为转子控制的串级调速具有以下优点：高压调速，低压控制。经济、可靠。控制装置功率小于电机功率，可以在调速范围满足需求的前提下，减小控制装置的容量。一元控制，技术简单。主磁通自然恒定，只需单一控制附加电势。调速控制与机械输出成并联关系，故障时可以短路转子，旁路控制装置，使异步机自然运行，提高系统运行可靠性。谐波畸变小。由于转子与定子的气隙隔离作用，定子电流的畸变较小。当然，转子控制也存在明显的缺点，就是滑环和电刷问题。一方面使电机成本增高（约比鼠笼机高出10—15%），另外增加了电机维护量（大约每运行一年左右需要更换电刷）。要实现转子无刷控制，技术难度较大。但可以改进电刷和滑环的工艺和材料，减小维护，提高寿命，这一目的已经实现。