自耦变压器的特点和应用

【学习任务】（1）正确说出自耦变压器与普通变压器的区别。

（2）正确说出自耦变压器电磁容量的特点。

微课1.3：自耦变压器

自耦变压器的特点不仅在于一、二次绕组之间有磁的耦合，还有电的直接联系；它传递功率的方式不仅可像普通变压器那样通过电磁感应关系，还可以从一次侧直接传导到二次侧。

1.基本原理

自耦变压器每相只有一个绕组，其中一部分是一、二次公用的。电力自耦变压器的结构示意图如图1－19所示。它的任一相铁芯柱上套有两个同心绕组，ax为低压绕组，它是公用的部分，又称公共绕组。Aa是与公共绕组串联后供高压侧使用的，叫作串联绕组。AX可称为高压绕组。自耦变压器既可作升压变压器，也可作降压变压器；有单相的，也有三相的。一般，Aa的匝数要比ax的匝数少。

图1－19　自耦变压器结构示意图

自耦变压器也可看成是从双绕组变压器演变过来的。假设如图1－20（a）所示的双绕组变压器的两个绕组AX和ax的绕向相同且绕在同一铁芯柱上，取AX上的一段a′X，使a′X的匝数等于ax的匝数。由于一、二次绕组交链着同一主磁通，故a′X中感应的电动势等于ax中的电动势。如把X和x相连，则a′点电位也等于a点电位；将a′和a相连，则丝毫不影响变压器的运行情况。进一步把ax和a′X合并为一，如图1－20（b）所示，于是，双绕组变压器的电路就变为自耦变压器的电路。

图1－20　双绕组变压器改接成自耦变压器

2.变比

设高压侧绕组AX的匝数为NAX，低压侧绕组ax的匝数为Nax，则自耦变压器的变比为

式中　EAX，Eax——一、二次侧电势；

U1N，U2N——一、二次侧的额定电压。

3.电流关系

在忽略空载电流的情况下，根据磁动势平衡关系，有

公共绕组中的电流

式（1－7）说明，自耦变压器的输出电流由两部分组成，其中串联绕组Aa流过的电流是由于高、低压绕组之间有电的联系，从高压侧直接流入低压侧；公共绕组ax流过的电流是通过电磁感应作用传递到低压侧的。

4.容量

自耦变压器铭牌上标的容量和绕组的实际容量是不一致的。铭牌上标的是额定容量（又叫铭牌容量）SN，它指的是自耦变压器总的输入或输出容量。例如，输入容量和输出容量分别为

绕组容量称为设计容量或电磁容量，指的是公共绕组或串联绕组的电压与电流的乘积。对于双绕组变压器，变压器容量等于绕组容量。但是自耦变压器绕组容量小于铭牌容量，原因分析如下。

额定负载运行时，自耦变压器的额定传输容量为

串联绕组Aa段的电磁容量为

公共绕组ax段的电磁容量为

式（1－10）和式（1－11）说明，串联绕组Aa和公共绕组ax的绕组容量相等，均为自耦变压器传输容量的1－1/kz倍。由于自耦变压器变比kz＞1，则1－1/kz＜1，因此自耦变压器绕组容量小于额定容量。

此外，根据式（1－8），低压侧输出容量可表示为

可见，输出容量由两部分组成，一部分为电磁容量U2I，即公共绕组ax的绕组容量，它通过电磁感应作用传递给负载；另一部分为传导容量U2 I1，它通过电的直接联系传导给负载。

自耦变压器的绕组容量决定了变压器的主要尺寸和材料消耗，是变压器设计的依据，又称计算容量。由于传导容量的存在，即不需要增加变压器的计算容量，所以自耦变压器比双绕组变压器有其优越性。因此，在变压器的额定容量相同时，自耦变压器绕组的容量（电磁容量）比双绕组变压器的小，即前者比后者所用材料省、尺寸小、效率高。

5.优缺点

1）自耦变压器的主要优点

（1）节省材料，减小损耗。从前面分析可以看出，1－1/kz越小，该优点越显著。因此，自耦变压器的变比越接近1越好，一般kz不宜超过2。

（2）运输及安装方便。这是由于与同容量双绕组变压器相比，自耦变压器的重量轻、体积小，占地面积也小。

2）自耦变压器的主要缺点

（1）自耦变压器高、低压侧有电的直接联系，高压侧发生故障会直接殃及低压侧，为此，自耦变压器的运行方式、继电保护及过电压保护装置等，都比双绕组变压器复杂；

（2）短路电流大。这是由自耦变压器短路阻抗的标幺值比同容量双绕组变压器的短路阻抗小造成的，故需要采用相应的限制和保护措施；(www.xing528.com)

（3）运行方式、继电保护都比普通变压器复杂。

【例题1－2】将一台5 kV·A、220 V/110 V的单相变压器接成220 V/330 V的升压自耦变压器，试计算改接后一次和二次的额定电流、额定电压和变压器的容量。

解：作为普通两绕组变压器时，有

接成自耦变压器时，一、二次侧的额定电压和额定电流分别为

额定容量为

其中传导功率为

自测题

答案1.5

一、填空题

1.自耦变压器的一、二次绕组有________，故不能用作安全隔离变压器。

2.自耦变压器的短路电流________。

3.自耦变压器的继电保护装置比普通双绕组变压器________。

4.自耦变压器公共绕组的电磁容量为额定容量的________倍。

5.自耦变压器的输出容量由两部分组成，一部分为________，另一部分为__________。

二、选择题

1.自耦变压器公共绕组的电磁容量为（　　）。

A.（1－1/kz）SN　B.1/kzSN　C.kzSN　D.SN

2.自耦变压器的主要优点为（　　）。

A.运行方式简单　B.节省材料，减小损耗

C.短路电流较小　D.继电保护装置简单

3.电力变压器按冷却介质可分为（　　）和干式两种。

A.油浸式　B.风冷式　C.自冷式　D.水冷式

4.变压器按相数分为（　　）两种，一般均制成三相变压器，以直接满足输、配电的要求。

A.单相和三相　B.二相和三相　C.四相和三相　D.五相和三相

三、判断题

1.自耦变压器较相同容量的非自耦变压器空载损耗小，因为自耦变压器的电磁容量小。（　　）

2.自耦变压器与普通变压器的结构不一样。（　　）

3.自耦变压器的运行方式、继电保护及过电压保护装置等，与双绕组变压器一样。（　　）

4.与同容量双绕组变压器相比，自耦变压器的重量轻、运输及安装方便。（　　）

四、简答题

1.简述自耦变压器公共绕组中的电流特点。

2.与双绕组变压器相比较，自耦变压器有何特点？