理解自耦变压器的原理及应用

普通的双绕组变压器的一、二次绕组之间没有直接电的联系,两者只有磁的联系。自耦变压器仅有一个绕组,或者说是一次绕组的一部分兼作二次绕组用,或者说是二次绕组的一部分兼作一次绕组用,如图3-26所示。自耦变压器一次、二次绕组之间既有磁的耦合,又有电的联系。

图3-26 自耦变压器的绕组

自耦变压器的电压比为负载时的磁势平衡方程式忽略空载磁通势,则,即自耦变压器一、二次绕组中的电流大小与匝数成反比,在相位上互差180°。流经公共绕组中的电流I的大小为I=I₂-I₁

故当电流或电压比K接近于1时,I很小,这部分绕组可用截面积较小的导线绕制,以节约用铜量,并减小自耦变压器的体积与重量。

自耦变压器输出的视在功率为S₂=U₂I₂=U₂I+U₂I₁

由上式可以看出,自耦变压器的视在功率由两部分构成,U₂I称为电磁功率,是通过电磁感应传递给负载的,U₂I₁称为传导功率,是通过电传递的形式直接传导给负载的。

自耦变压器有三相和单相两种,三相变压器一般采用星形联结。实验室常用单相变压器,其中间抽头做成滑动触点,输出电压可调,可稍高于一次绕组电压,其结构及原理如图3-27所示。

图3-27 自耦变压器外形及电路原理图(www.xing528.com)

自耦变压器的优点:由于自耦变压器的绕组容量小于额定容量,当额定容量相同时,自耦变压器与双绕组变压器相比,其单位容量所消耗的材料少、变压器的体积小、造价低,而且铜损耗和铁损耗也小,因而效率高。

缺点:由于自耦变压器一、二次绕组之间有直接电的联系,为了防止因高压边单相接地故障而引起低压边的过电压,用在电力系统中的三相自耦变压器中性点必须可靠接地。同样,由于一、二次绕组之间有直接电的联系,当高压边遭受过电压时,会引起低压边严重过电压。

例:某单相自耦变压器U₁=220V,U₂=180V,cosϕ₂=1,I₂=400A。求(1)流过自耦变压器一、二次绕组及公共部分的电流各为多少?(2)借助于电磁感应传递到二次绕组的视在功率是多少?

解:(1)负载电流I₂=400A

电压比K=U₁/U₂=220/180=1.22

流过一次绕组的电流I₁=I₂/K=327.27A

因为I₂=I₁+I,所以

公共部分的电流I=I₂-I₁=72.73A

(2)电磁视在功率S=U₂I=180×72.73=13kW