自耦变压器技术优化方案

1.用途与结构特点

普通的双绕组变压器一、二次绕组是相互绝缘的，它们之间只有磁的耦合，没有电的直接联系。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，而二次绕组仍做二次侧与负载阻抗ZL相连接，便得到一台降压自耦变压器，如图1-47所示。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。由下面分析可知，自耦变压器能节省大量材料、降低成本、减小变压器的体积和重量且有利于大型变压器的运输和安装。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，作为联络变压器使用。在实验室中还常采用二次侧有滑动触头的自耦变压器作为调压器，此外，自耦变压器还可用作异步电动机的起动补偿器。

图1-47　降压自耦变压器的原理图与接线图

（a）原理图；（b）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。根据磁动势平衡关系可知

若忽略励磁电流，得

则

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，公共绕组中的电流为(www.xing528.com)

在数值上，有

I=I2-I1

或

式（1-76）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（又称电磁容量或设计容量）相等，但在自耦变压器中两者不相等。以单相自耦变压器为例，其铭牌容量为

而串联绕组U1u1段额定容量为

公共绕组u1u2段额定容量为

比较式（1-78）和式（1-79）可知，串联线圈U1u1段额定容量与公共线圈u1u2段额定容量相等，并均小于自耦变压器的铭牌容量。而且，自耦变压器的变比ka愈接近于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。

自耦变压器工作时，其输出容量为

S2=U2I2=U2（I+I1）=U2I+U2I1　（1-80）

式（1-80）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，是通过电磁感应从一次侧传递到负载中去的，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，这部分功率只有在一、二次绕组之间有了电的联系时，才有可能出现，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。

综上所述，在同样的额定容量下，自耦变压器具有外形尺寸小、重量轻、效率较高、便于运输和安装等优点。但应注意，自耦变压器还具有如下缺点：一是和同容量变压器相比，短路阻抗小，短路电流大；二是由于一、二次侧存在电的直接联系，故当一次侧过电压时，会引起二次侧产生严重过电压。