【掌中宝典】自耦变压器



定义

   

自耦的耦是电磁耦合的意思，普通的变压器是通过原副边线圈电磁耦合来传递能量，原副边没有直接电的联系，自耦变压器原副边有直接电的联系，它的低压线圈就是高压线圈的一部分。

原理概述

   

自耦变压器是指它的绕组是，初级和次级在同一条绕组上的变压器。根据结构还可细分为可调压式和固定式。

原理释义

   

在一个闭合的铁芯上绕两个或以上的线圈，当一个线圈通入交流电源时（就是初级线圈），线圈中流过交变电流，这个交变电流在铁芯中产生交变磁场，交变主磁通在初级线圈中产生自身感应电动势，同时另外一个线圈（就是次级线圈）中感应互感电动势。通过改变初、次级的线圈匝数比的关系来改变初、次级线圈端电压，实现电压的变换，一般匝数比为1.5：1~2：1。因为初级和次级线圈直接相连，有跨级漏电的危险。所以不能作行灯变压器。

干式区别

   

在电网中，从220KV电压等级才开始有自耦变压器，多用作电网间的联络变。220KV以下几乎没有自耦变压器。自耦变压器在较低电压下是使用最多是用来作为电机降压启动使用。  对于干式变压器来讲，它的绝缘介质是树脂之类的固体，没有油浸式变压器中的绝缘油，所以称为干式。干式变压器由于散热条件差，所以容量不能做得很大，一般只有中小型变压器，电压等级也基本上在35KV及以下，但国内外也都已经有额定电压达到66kV甚至更高的干式变压器，容量也可达30000kVA甚至更高。

工作原理

   

1.自耦变压器是输出和输入共用一组线圈的特殊变压器.升压和降压用不同的抽头来实现.比共用线圈少的部分抽头电压就降低.比共用线圈多的部分抽头电压就升高。 

⒉其实原理和普通变压器一样的，只不过他的原线圈就是它的副线圈。一般的变压器是左边一个原线圈通过电磁感应，使右边的副线圈产生电压，自耦变压器是自己影响自己。  

⒊自耦变压器是只有一个绕组的变压器，当作为降压变压器使用时，从绕组中抽出一部分线匝作为二次绕组；当作为升压变压器使用时，外施电压只加在绕组的—部分线匝上。通常把同时属于一次和二次的那部分绕组称为公共绕组，自耦变压器的其余部分称为串联绕组，同容量的自耦变压器与普通变压器相比，不但尺寸小，而且效率高，并且变压器容量越大，电压越高．这个优点就越加突出。因此随着电力系统的发展、电压等级的提高和输送容量的增大，自耦变压器由于其容量大、损耗小、造价低而得到广泛应用。
 

由电磁感应的原理可知，变压器并不要有分开的原绕组和副绕组，只有一个线圈也能达到变换电压的目的.在图1中，当变压器原绕组W1接入交流电源U1时，变压器原绕组每匝的电压降，电压平均分配在变压器原绕组1,2，变压器副绕组W2的电压等于原绕组每匝电压乘以3,4的匝数.在U1不变的下，变更W1和W2的比例，就得到不同的U2值.这种原，副绕组直接串联，自行耦合的变压器就叫自耦变压器，又叫单圈变压器。 

普通变压器的原、副绕组是互相绝缘的，只用磁的联系而没有电的联系，依线圈组数的不同，这种变压器又可分为双圈变压器或多圈变压器.由电磁感应的原理可知，并不要有分开的原绕组和副绕组，只有一个线圈也能达到变换电压的目的。在图1中，当原绕组W1接入交流电源U1时，原绕组每匝的电压降，电压平均分配在原绕组1,2，副绕组W2的电压等于原绕组每匝电压乘以3,4的匝数.在U1不变的下，变更W1和W2的比例，就得到不同的U2值。这种原、副绕组直接串联，自行耦合的变压器称为自耦变压器，又叫单圈变压器。  

自耦变压器的各种运行方式  自耦变压器中的电压，电流和匝数的关系和变压器，既：U1/U2=W1/W2=I2/I1=K 自耦变压器最大特点是，副绕组是原绕组的一部分（如图1的自耦降压变压器），或原绕组是副绕组的一部分（如图2的自耦升压变压器）。  

自耦变压器原、副绕组的电流方向和普通变压器一样是相反的。  在忽略变压器的激磁电流和损耗的情况下，可有如下关系式  

降压：I2=I1+I,I=I2-I1  

升压：I2=I1-I,I=I1-I2  P1=U1I1,P2=U2I2  

式中：  

I1是原绕组电流，I2是副绕组电流  

U1是原绕组电压，U2是副绕组电压  

P1是原绕组功率，P2是副绕组功率

原理特点

   

⑴由于自耦变压器的计算容量小于额定容量．所以在同样的额定容量下，自耦变压器的主要尺寸较小，有效材料（硅钢片和导线）和结构材料（钢材）都相应减少，从而降低了成本。有效材料的减少使得铜耗和铁耗也相应减少，故自耦变压器的效率较高。同时由于主要尺寸的缩小和质量的减小，可以在容许的运输条件下制造单台容量更大的变压器。但通常在自耦变压器中只有k≤2时，上述优点才明显。  

⑵由于自耦变压器的短路阻抗标幺值比双绕组变压器小，故电压变化率较小，但短路电流较大。  

⑶由于自耦变压器一、二次之间有电的直接联系，当高压侧过电压时会引起低压侧严重过电压。为了避免这种危险，一、二次都必须装设避雷器，不要认为一、二次绕组是串联的，一次已装、二次就可省略。  

⑷在一般变压器中。有载调压装置往往连接在接地的中性点上，这样调压装置的电压等级可以比在线端调压时低。而自耦变压器中性点调压侧会带来所谓的相关调压问题。因此，要求自耦变压器有载调压时，只能采用线端调压方式。

原理应用

   

自耦变压器在不需要初、次级隔离的场合都有应用，具有体积小、耗材少、效率高的优点。常见的交流（手动旋转）调压器、家用小型交流稳压器内的变压器、三相电机自耦减压起动箱内的变压器等等，都是自耦变压器的应用范例。  

随着中国电气化铁路事业的高速发展，自耦变压器（AT）供电方式得到了长足的发展。由于自耦变压器供电方式非常适用于大容量负荷的供电，对通信线路的干扰又较小，因而被客运专线以及重载货运铁路所广泛采用。早期中国铁路专用自耦变压器主要依靠进口，成本较高且维护不便。由中铁电气化局集团保定铁道变压器有限公司设计并生产的OD8-M系列铁路专用自耦变压器先后在神朔铁路、京津城际高速铁路、大秦铁路重载列车单元改造、武广客运专线等多条重要铁路投入使用，受到相关部门的高度好评，填补了国内相关产品的空白。  运行方式  电力系统中常采用三绕组自耦变压器作为联络变压器，以减少投资和运行费用。它有高压、中压和低压3个绕组。通常其高压和中压侧均为110千伏以上的系统。其运行方式有以下5种。  

自耦变压器  

①高压侧向中压侧或中压侧向高压侧送电，如图2a所示。实线方向为高压侧向中压侧送电，虚线表示中压侧向高压侧送电。因为高中低三个绕组与铁心的相对位置，在制造时与设计有所差异，所以在这种运行方式下，如果中压布置在高低压之间，一般可以传输全部额定容量；如果中压绕组靠铁心布置，则由于漏磁通在结构中会引起较大的附加损耗，其最大传输功率往往限制在额定容量1n的70～80%。  

②高压侧向低压侧或低压侧向高压侧送电，如图2b所示。此时功率全部通过磁路传输，其最大传输功率不得超过低压绕组的额定容量3n。

 ③中压侧向低压侧或低压侧向中压侧送电，如图2c所示。这种情况与第2种运行方式相同。  

④高压侧同时向中压侧和低压侧或低压侧和中压侧同时向高压侧送电，如图2d所示。在这种运行方式下，最大允许的传输功率不得超过自耦变压器高压绕组（即串联绕组）的额定容量。  

⑤中压侧同时向高压侧和低压侧或高压侧和低压侧同时向中压侧送电，如图2e所示。在这种运行方式中，中压绕组（即公共绕组）为原绕组，而其他两个为副绕组。因此，最大传输功率受公共绕组容量的限制。

原理配置

   

技术参数 

额定功率：50/60(KVA)  

效率(η)：99%  

电压比：400/220(V)  

外形结构：立式  

冷却方式：自然冷式  

防潮方式：开放式  

绕组数目：自耦  

铁心结构：壳式  

冷却形式：干式  

铁心形状：E型  

电源相数：三相  

频率特性：低频  

型号：Satons-OSG  

应用范围：特种  

自耦变压器含义 

自耦变压器是一种圈式变压器，初级和次级共同用一个绕组，也就是共同用一个零线，其变压比有固定的和可调的两种。  

优点与缺点

   

1.优点 

降压起动器中的自耦变压器的变压比是固定的，而接触式调压器的变压比是可变的。自耦变压器与同容量的一般变压器相比较，具有结构简单、用料省、体积小等优点。尤其在变压比接近于1的场合显得特别经济，所以在电压相近的大功率输电变压器中用得较多，此外在10千瓦以上异步电动机降压起动器中得到广泛使用。但是，由于初次级绕组共用一个绕组，有电的联系，因此在某些场合不宜使用，特别是不能用作行灯变压器。因此，自耦变压器与普通的双绕组变压器比较有以下优点。  

1)消耗材料少，成本低。因为变压器所用硅钢片和铜线的量是和绕组的额定感应电势和额定电流有关，也即和绕组的容量有关，自耦变压器绕组容量降低，所耗材料也减少，成本也低。  

2)损耗少效益高。由于铜线和硅钢片用量减少，在同样的电流密度及磁通密度时，自耦变压器的铜损和铁损都比双绕组变压器减少，因此效益较高。  

3)便于运输和安装。因为它比同容量的双绕组变压器重量轻，尺寸小，占地面积小。  

4)提高了变压器的极限制造容量。变压器的极限制造容量一般受运输条件的限制，在相同的运输条件的限制，在相同的运输条件下，自耦变压器容量可比双绕组变压器制造大一些。  

2.缺点 

在电力系统中采用自耦变压器，也会有不利的影响。其缺点如下：

  1)使电力系统短路电流增加。  由于自耦变压器的高、中压绕组之间有电的联系，其短路阻抗只有同容量普通双绕组变压器的(1-k/1)平方倍，因此在电力系统中采用自耦变压器后，将使三相短路电流显著增加。又由于自耦变压器中性点必须直接接地，所以将使系统的单相短路电流大为增加，有时甚至超过三相短路电流。  

2)造成调压上的一些困难。  主要也是因其高、中压绕组有电的联系引起的目前自耦变压器可能的调压方式有三种，第一种是在自耦变压器绕组内部装设带负荷改变分头位置的调压装置;第二种是在高压与中压线路上装设附加变压器。而这三种方法不仅是制造上存在困难，不经济，且在运行中也有缺点(如影响第三绕组的电压)，解决得都不够理想。  

3)使绕组的过电压保护复杂。  由于高、中压绕组的自耦联系，当任一侧落入一个波幅与该绕组绝缘水平相适应的雷电冲击波时，另一侧出现的过电压冲击的波幅则可能超出该绝缘水平。为了避免这种现象的发生，必须在高、中压两侧出线端都装一组阀型避雷器。  

4)使继电保护复杂。  尽管自耦变压器存在着一定的缺点，但各国还是非常重视自耦变压器的应用，主要是与电力系统向大容量高电压的发展是分不开的，随着容量增大，电压升高，自耦变压器的优点就更为显著。