德試電氣培訓(xùn)課之自耦變壓器的工作原理

1 原理概述
自耦變壓器是指它的繞組是，初級(jí)和次級(jí)在同一條繞組上的變壓器。根據(jù)結(jié)構(gòu)還可細(xì)分為可調(diào)壓式和固定式。
2 原理釋義
在一個(gè)閉合的鐵芯上繞兩個(gè)或以上的線圈，當(dāng)一個(gè)線圈通入交流電源時(shí)（就是初級(jí)線圈），線圈中流過交變電流，這個(gè)交變電流在鐵芯中產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，交變主磁通在初級(jí)線圈中產(chǎn)生自身感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，同時(shí)另外一個(gè)線圈（就是次級(jí)線圈）中感應(yīng)互感電動(dòng)勢(shì)。通過改變初、次級(jí)的線圈匝數(shù)比的關(guān)系來改變初、次級(jí)線圈端電壓，實(shí)現(xiàn)電壓的變換，一般匝數(shù)比為1.5：1~2：1。因?yàn)槌跫?jí)和次級(jí)線圈直接相連，有跨級(jí)漏電的危險(xiǎn)。所以不能作行燈變壓器。
干式區(qū)別
在電網(wǎng)中，從220KV電壓等級(jí)才開始有自耦變壓器，多用作電網(wǎng)間的聯(lián)絡(luò)變。220KV以下幾乎沒有自耦變壓器。自耦變壓器在較低電壓下是使用最多是用來作為電機(jī)降壓?jiǎn)?dòng)使用。
對(duì)于干式變壓器來講，它的絕緣介質(zhì)是樹脂之類的固體，沒有油浸式變壓器中的絕緣油，所以稱為干式。干式變壓器由于散熱條件差，所以容量不能做得很大，一般只有中小型變壓器，電壓等級(jí)也基本上在35KV及以下，但國(guó)內(nèi)外也都已經(jīng)有額定電壓達(dá)到66kV甚至更高的干式變壓器，容量也可達(dá)30000kVA甚至更高。
工作原理
1.自耦變壓器是輸出和輸入共用一組線圈的特殊變壓器.升壓和降壓用不同的抽頭來實(shí)現(xiàn).比共用線圈少的部分抽頭電壓就降低.比共用線圈多的部分抽頭電壓就升高。
⒉其實(shí)原理和普通變壓器一樣的，只不過他的原線圈就是它的副線圈。一般的變壓器是左邊一個(gè)原線圈通過電磁感應(yīng)，使右邊的副線圈產(chǎn)生電壓，自耦變壓器是自己影響自己。
⒊自耦變壓器是只有一個(gè)繞組的變壓器，當(dāng)作為降壓變壓器使用時(shí)，從繞組中抽出一部分線匝作為二次繞組；當(dāng)作為升壓變壓器使用時(shí)，外施電壓只加在繞組的—部分線匝上。通常把同時(shí)屬于一次和二次的那部分繞組稱為公共繞組，自耦變壓器的其余部分稱為串聯(lián)繞組，同容量的自耦變壓器與普通變壓器相比，不但尺寸小，而且效率高，并且變壓器容量越大，電壓越高．這個(gè)優(yōu)點(diǎn)就越加突出。因此隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展、電壓等級(jí)的提高和輸送容量的增大，自耦變壓器由于其容量大、損耗小、造價(jià)低而得到廣泛應(yīng)用。
由電磁感應(yīng)的原理可知，變壓器并不要有分開的原繞組和副繞組，只有一個(gè)線圈也能達(dá)到變換電壓的目的.在圖1中，當(dāng)變壓器原繞組W1接入交流電源U1時(shí)，變壓器原繞組每匝的電壓降，電壓平均分配在變壓器原繞組1,2，變壓器副繞組W2的電壓等于原繞組每匝電壓乘以3,4的匝數(shù).在U1不變的下，變更W1和W2的比例，就得到不同的U2值.這種原，副繞組直接串聯(lián)，自行耦合的變壓器就叫自耦變壓器，又叫單圈變壓器。
普通變壓器的原，副繞組是互相絕緣的，只用磁的聯(lián)系而沒有電的聯(lián)系，依線圈組數(shù)的不同，這種變壓器又可分為雙圈變壓器或多圈變壓器.由電磁感應(yīng)的原理可知，并不要有分開的原繞組和副繞組，只有一個(gè)線圈也能達(dá)到變換電壓的目的.在圖1中，當(dāng)原繞組W1接入交流電源U1時(shí)，原繞組每匝的電壓降，電壓平均分配在原繞組1,2，，副繞組W2的電壓等于原繞組每匝電壓乘以3,4的匝數(shù).在U1不變的下，變更W1和W2的比例，就得到不同的U2值。這種原、副繞組直接串聯(lián)，自行耦合的變壓器稱為自耦變壓器，又叫單圈變壓器.
自耦變壓器的各種運(yùn)行方式
自耦變壓器中的電壓，電流和匝數(shù)的關(guān)系和變壓器，既：U1/U2=W1/W2=I2/I1=K
自耦變壓器最大特點(diǎn)是，副繞組是原繞組的一部分（如圖1的自耦降壓變壓器），或原繞組是副繞組的一部分（如圖2的自耦升壓變壓器）。
自耦變壓器原、副繞組的電流方向和普通變壓器一樣是相反的。
在忽略變壓器的激磁電流和損耗的情況下，可有如下關(guān)系式
降壓：I2=I1+I,I=I2-I1
升壓：I2=I1-I,I=I1-I2
P1=U1I1,P2=U2I2
式中：
I1是原繞組電流，I2是副繞組電流
U1是原繞組電壓，U2是副繞組電壓
P1是原繞組功率，P2是副繞組功率
3 原理特點(diǎn)
編輯
⑴由于自耦變壓器的計(jì)算容量小于額定容量．所以在同樣的額定容量下，自耦變壓器的主要尺寸較小，有效材料（硅鋼片和導(dǎo)線）和結(jié)構(gòu)材料（鋼材）都相應(yīng)減少，從而降低了成本。有效材料的減少使得銅耗和鐵耗也相應(yīng)減少，故自耦變壓器的效率較高。同時(shí)由于主要尺寸的縮小和質(zhì)量的減小，可以在容許的運(yùn)輸條件下制造單臺(tái)容量更大的變壓器。但通常在自耦變壓器中只有k≤2時(shí)，上述優(yōu)點(diǎn)才明顯。
⑵由于自耦變壓器的短路阻抗標(biāo)幺值比雙繞組變壓器小，故電壓變化率較小，但短路電流較大。
⑶由于自耦變壓器一、二次之間有電的直接聯(lián)系，當(dāng)高壓側(cè)過電壓時(shí)會(huì)引起低壓側(cè)嚴(yán)重過電壓。為了避免這種危險(xiǎn)，一、二次都必須裝設(shè)避雷器，不要認(rèn)為一、二次繞組是串聯(lián)的，一次已裝、二次就可省略。
⑷在一般變壓器中。有載調(diào)壓裝置往往連接在接地的中性點(diǎn)上，這樣調(diào)壓裝置的電壓等級(jí)可以比在線端調(diào)壓時(shí)低。而自耦變壓器中性點(diǎn)調(diào)壓側(cè)會(huì)帶來所謂的相關(guān)調(diào)壓?jiǎn)栴}。因此，要求自耦變壓器有載調(diào)壓時(shí)，只能采用線端調(diào)壓方式。
4 原理應(yīng)用
編輯
自耦變壓器在不需要初、次級(jí)隔離的場(chǎng)合都有應(yīng)用，具有體積小、耗材少、效率高的優(yōu)點(diǎn)。常見的交流（手動(dòng)旋轉(zhuǎn)）調(diào)壓器、家用小型交流穩(wěn)壓器內(nèi)的變壓器、三相電機(jī)自耦減壓起動(dòng)箱內(nèi)的變壓器等等，都是自耦變壓器的應(yīng)用范例。
隨著中國(guó)電氣化鐵路事業(yè)的高速發(fā)展，自耦變壓器（AT）供電方式得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。由于自耦變壓器供電方式非常適用于大容量負(fù)荷的供電，對(duì)通信線路的干擾又較小，因而被客運(yùn)專線以及重載貨運(yùn)鐵路所廣泛采用。早期中國(guó)鐵路專用自耦變壓器主要依靠進(jìn)口，成本較高且維護(hù)不便。由中鐵電氣化局集團(tuán)保定鐵道變壓器有限公司設(shè)計(jì)并生產(chǎn)的OD8-M系列鐵路專用自耦變壓器先后在神朔鐵路、京津城際高速鐵路、大秦鐵路重載列車單元改造、武廣客運(yùn)專線等多條重要鐵路投入使用，受到相關(guān)部門的高度好評(píng)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)相關(guān)產(chǎn)品的空白。