自耦变压器的特点与应用

1.结构特点

原边和副边共用一个绕组的变压器称为自耦变压器。如果将双绕组变压器的一、二次绕组串联起来作为新的一次侧，而二次绕组仍作二次侧与负载阻抗ZL相连接，便得到一台降压自耦变压器，如图1.51所示。U1U2为高压绕组；u1u2为低压绕组，又称公共绕组；U1u1为串联绕组。显然，自耦变压器一、二次绕组之间不但有磁的联系，而且还有电的联系。

图1.51　降压自耦变压器的结构图与接线图

2.电压、电流及容量关系

（1）电压关系。自耦变压器也是利用电磁感应原理工作的。当一次绕组U1、U2两端加交变电压1时，铁芯中产生交变磁通，并分别在一、二次绕组中产生感应电动势，若忽略漏阻抗压降，则有

自耦变压器的变比为

（2）电流关系。负载运行时，外加电压为额定电压，主磁通近似为常数，总的励磁磁动势仍等于空载磁动势。即

若忽略励磁电流，得

可见，一、二次绕组电流的大小与匝数成反比，在相位上互差180°。因此，流经公共绕组中的电流

式（1.75）说明，自耦变压器的输出电流为公共绕组中电流与一次绕组电流之和，由此可知，流经公共绕组中的电流总是小于输出电流的。

（3）容量关系。普通双绕组变压器的铭牌容量（又称通过容量）和绕组的额定容量（又称电磁容量或设计容量）相等，但自耦变压器两者却不相等。以单相自耦变压器为例，其铭牌容量为

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而串联绕组U1u1段额定容量为

公共绕组u1u2段额定容量为

比较上面三式可知，串联线圈Ulul段额定容量与公共线圈ulu2段额定容量相等，并均小于自耦变压器的铭牌容量。

自耦变压器工作时，其输出容量

式（1.79）说明，自耦变压器的输出功率由两部分组成，其中U2I为电磁功率，是通过电磁感应作用从原边传递到负载中去的，与双绕组变压器传递方式相同。U2I1为传导功率，它是直接由电源经串联绕组传导到负载中去的，它不需要增加绕组容量，也正因为如此，自耦变压器的绕组容量才小于其额定容量。而且，自耦变压器的变比ka愈接近1，绕组容量就愈小，其优越性就愈显著，因此，自耦变压器主要用于ka＜2的场合。

3.自耦变压器的主要优缺点（和普通双绕组变压器比较）

（1）主要优点。由于自耦变压器的设计容量小于额定容量，故在同样的额定容量下，自耦变压器的主要尺寸小，有效材料（硅钢片和铜线）和结构材料（钢材）都较节省，降低了成本，效率较高，重量减轻，故便于运输和安装，占地面积也小。

（2）主要缺点。由于一、二次绕组间有电的直接联系，运行时一、二次侧都需装设避雷器，以防高压侧产生过电压时，引起低压绕组绝缘的损坏。同时自耦变压器中性点必须可靠接地。

4.用途

目前，在高电压、大容量的输电系统中，自耦变压器主要用来连接两个电压等级相近的电力网，作联络变压器之用，三相自耦变压器如图1.52所示。在实验室中还常采用二次侧有滑动接触的自耦变压器作调压器，如图1.53所示。三相自耦变压器还可用作异步电动机的启动补偿器。

图1.52　三相自耦变压器

图1.53　单相自耦调压器

（a）外形图；（b）原理图