自耦變壓器

自耦的耦是電磁耦合的意思，普通的變壓器是通過原副邊線圈電磁耦合來傳遞能量，原副邊沒有直接電的聯繫，自耦變壓器原副邊有直接電的聯繫，它的低壓線圈就是高壓線圈的一部分。

通信線路的防護設備中也會使用自耦變壓器等保護設備。下面介紹自耦變壓器和其他保護性變壓器的相關知識。

基本介紹

• 中文名：自耦變壓器
• 外文名：auto transformer
• 額定電壓：0.4KV
• 電源相數：三相
• 冷卻方式：自然風冷卻

概述

自耦變壓器是指它的繞組是初級和次級在同一條繞組上的變壓器。根據結構還可細分為可調壓式和固定式。

定義

自耦變壓器：初、次級無須絕緣的特種變壓器。這個定義有點“深奧”。讓我們換一種說法：輸出和輸入共用一組線圈的特殊變壓器。或者說，初級和次級在同一條繞阻上的變壓器。那么，什麼是初級和次級呢？我們會在下文加以介紹。

中文名：自耦變壓器

外文名：Auto Transformer

別稱：無

套用學科：信息通信

特點：初級線圈、次級線圈、同一繞組

特點

⑴由於自耦變壓器的計算容量小於額定容量．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（矽鋼片和導線）和結構材料（鋼材）都相應減少，從而降低了成本。有效材料的減少使得銅耗和鐵耗也相應減少，故自耦變壓器的效率較高。同時由於主要尺寸的縮小和質量的減小，可以在容許的運輸條件下製造單台容量更大的變壓器。但通常在自耦變壓器中只有k≤2時，上述優點才明顯。

自耦變壓器

⑵由於自耦變壓器的短路阻抗標麼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由於自耦變壓器一、二次之間有電的直接聯繫，當高壓側過電壓時會引起低壓側嚴重過電壓。為了避免這種危險，一、二次都必須裝設避雷器，不要認為一、二次繞組是串聯的，一次已裝、二次就可省略。

⑷在一般變壓器中。有載調壓裝置往往連線在接地的中性點上，這樣調壓裝置的電壓等級可以比線上端調壓時低。而自耦變壓器中性點調壓側會帶來所謂的相關調壓問題。因此，要求自耦變壓器有載調壓時，只能採用線端調壓方式。

基本原理

在一個閉合的鐵芯上繞兩個或以上的線圈，當一個線圈通入交流電源時（就是初級線圈），線圈中流過交變電流，這個交變電流在鐵芯中產生交變磁場，交變主磁通在初級線圈中產生自身感應電動勢，同時另外一個線圈（就是次級線圈）中感應互感電動勢。通過改變初、次級的線圈匝數比的關係來改變初、次級線圈端電壓，實現電壓的變換，一般匝數比為1.5：1~2：1。因為初級和次級線圈直接相連，有跨級漏電的危險。所以不能作行燈變壓器。

自耦變壓器降壓啟動控制線路

乾式區別

在電網中，從220KV電壓等級才開始有自耦變壓器，多用作電網間的聯絡變。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降壓啟動使用。

對於乾式變壓器來講，它的絕緣介質是樹脂之類的固體，沒有油浸式變壓器中的絕緣油，所以稱為乾式。乾式變壓器由於散熱條件差，所以容量不能做得很大，一般只有中小型變壓器，電壓等級也基本上在35KV及以下，但國內外也都已經有額定電壓達到66kV甚至更高的乾式變壓器，容量也可達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現.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。

自耦變壓器零序差動保護原理圖

自耦變壓器

⒉其實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原線圈通過電磁感應，使右邊的副線圈產生電壓，自耦變壓器是自己影響自己。

⒊自耦變壓器是只有一個繞組的變壓器，當作為降壓變壓器使用時，從繞組中抽出一部分線匝作為二次繞組；當作為升壓變壓器使用時，外施電壓只加在繞組的—部分線匝上。通常把同時屬於一次和二次的那部分繞組稱為公共繞組，自耦變壓器的其餘部分稱為串聯繞組，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，並且變壓器容量越大，電壓越高．這個優點就越加突出。因此隨著電力系統的發展、電壓等級的提高和輸送容量的增大，自耦變壓器由於其容量大、損耗小、造價低而得到廣泛套用。

由電磁感應的原理可知，變壓器並不要有分開的原繞組和副繞組，只有一個線圈也能達到變換電壓的目的.在圖1中，當變壓器原繞組W1接入交流電源U1時，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的電壓等於原繞組每匝電壓乘以3,4的匝數.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，自行耦合的變壓器就叫自耦變壓器，又叫單圈變壓器。

三相自耦變壓器

普通變壓器的原，副繞組是互相絕緣的，只用磁的聯繫而沒有電的聯繫，依線圈組數的不同，這種變壓器又可分為雙圈變壓器或多圈變壓器.由電磁感應的原理可知，並不要有分開的原繞組和副繞組，只有一個線圈也能達到變換電壓的目的.在圖1中，當原繞組W1接入交流電源U1時，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的電壓等於原繞組每匝電壓乘以3,4的匝數.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，自行耦合的變壓器稱為自耦變壓器，又叫單圈變壓器.自耦變壓器中的電壓，電流和匝數的關係和變壓器，既：U1/U2=W1/W2=I2/I1=K

自耦變壓器的各種運行方式

自耦變壓器最大特點是，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，可有如下關係式

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

功能配置

技術參數

額定功率：50/60(KVA)

效率(η)：99%

電 壓 比：400/220(V)

外形結構：立式

冷卻方式：自然冷式

防潮方式：開放式

繞組數目：自耦

鐵心結構：殼式

冷卻形式：乾式

鐵心形狀：E型

電源相數：三相

頻率特性：低頻

型 號：Satons-OSG

套用範圍：特種

自耦變壓器

自耦變壓器是一種圈式變壓器，初級和次級共同用一個繞組，也就是共同用一個零線，其變壓比有固定的和可調的兩種。

自耦變壓器

優點

降壓起動器中的自耦變壓器的變壓比是固定的，而接觸式調壓器的變壓比是可變的。自耦變壓器與同容量的一般變壓器相比較，具有結構簡單、用料省、體積小等優點。尤其在變壓比接近於1的場合顯得特別經濟，所以在電壓相近的大功率輸電變壓器中用得較多，此外在10千瓦以上異步電動機降壓起動器中得到廣泛使用。但是，由於初次級繞組共用一個繞組，有電的聯繫，因此在某些場合不宜使用，特別是不能用作行燈變壓器。因此，自耦變壓器與普通的雙繞組變壓器比較有以下優點。

1)消耗材料少，成本低。因為變壓器所用矽鋼片和銅線的量是和繞組的額定感應電勢和額定電流有關，也即和繞組的容量有關，自耦變壓器繞組容量降低，所耗材料也減少，成本也低。

2)損耗少效益高。由於銅線和矽鋼片用量減少，在同樣的電流密度及磁通密度時，自耦變壓器的銅損和鐵損都比雙繞組變壓器減少，因此效益較高。

3)便於運輸和安裝。因為它比同容量的雙繞組變壓器重量輕，尺寸小，占地面積小。

4)提高了變壓器的極限制造容量。變壓器的極限制造容量一般受運輸條件的限制，在相同的運輸條件的限制，在相同的運輸條件下，自耦變壓器容量可比雙繞組變壓器製造大一些。

缺點

在電力系統中採用自耦變壓器，也會有不利的影響。其缺點如下：

1)使電力系統短路電流增加。

由於自耦變壓器的高、中壓繞組之間有電的聯繫，其短路阻抗只有同容量普通雙繞組變壓器的(1-1/K)平方倍，因此在電力系統中採用自耦變壓器後，將使三相短路電流顯著增加。又由於自耦變壓器中性點必須直接接地，所以將使系統的單相短路電流大為增加，有時甚至超過三相短路電流。

2)造成調壓上的一些困難。

主要也是因其高、中壓繞組有電的聯繫引起的自耦變壓器可能的調壓方式有三種，第一種是在自耦變壓器繞組內部裝設帶負荷改變分頭位置的調壓裝置;第二種是在高壓與中壓線路上裝設附加變壓器。而這三種方法不僅是製造上存在困難，不經濟，且在運行中也有缺點(如影響第三繞組的電壓)，解決得都不夠理想。

3)使繞組的過電壓保護複雜。

由於高、中壓繞組的自耦聯繫，當任一側落入一個波幅與該繞組絕緣水平相適應的雷電衝擊波時，另一側出現的過電壓衝擊的波幅則可能超出該絕緣水平。為了避免這種現象的發生，必須在高、中壓兩側出線端都裝一組閥型避雷器。

4)使繼電保護複雜。

儘管自耦變壓器存在著一定的缺點，但各國還是非常重視自耦變壓器的套用，主要是與電力系統向大容量高電壓的發展是分不開的，隨著容量增大，電壓升高，自耦變壓器的優點就更為顯著。

套用

自耦變壓器在不需要初、次級隔離的場合都有套用，具有體積小、耗材少、效率高的優點。常見的交流（手動旋轉）調壓器、家用小型交流穩壓器內的變壓器、三相電機自耦減壓起動箱內的變壓器等等，都是自耦變壓器的套用範例。

隨著中國電氣化鐵路事業的高速發展，自耦變壓器（AT）供電方式得到了長足的發展。由於自耦變壓器供電方式非常適用於大容量負荷的供電，對通信線路的干擾又較小，因而被客運專線以及重載貨運鐵路所廣泛採用。早期中國鐵路專用自耦變壓器主要依靠進口，成本較高且維護不便。

運行方式

電力系統中常採用三繞組自耦變壓器作為聯絡變壓器，以減少投資和運行費用。它有高壓、中壓和低壓3個繞組。通常其高壓和中壓側均為110千伏以上的系統。其運行方式有以下5種。

自耦變壓器

①高壓側向中壓側或中壓側向高壓側送電，如圖2a所示。實線方向為高壓側向中壓側送電，虛線表示中壓側向高壓側送電。因為高中低三個繞組與鐵心的相對位置，在製造時與設計有所差異，所以在這種運行方式下，如果中壓布置在高低壓之間，一般可以傳輸全部額定容量；如果中壓繞組靠鐵心布置，則由於漏磁通在結構中會引起較大的附加損耗，其最大傳輸功率s往往限制在額定容量S1n的70～80%。

②高壓側向低壓側或低壓側向高壓側送電，如圖2b所示。此時功率全部通過磁路傳輸，其最大傳輸功率不得超過低壓繞組的額定容量S3n。

③中壓側向低壓側或低壓側向中壓側送電，如圖2c所示。這種情況與第 2種運行方式相同。

④高壓側同時向中壓側和低壓側或低壓側和中壓側同時向高壓側送電，如圖2d所示。在這種運行方式下，最大允許的傳輸功率不得超過自耦變壓器高壓繞組（即串聯繞組）的額定容量。

⑤中壓側同時向高壓側和低壓側或高壓側和低壓側同時向中壓側送電，如圖2e所示。在這種運行方式中，中壓繞組（即公共繞組）為原繞組，而其他兩個為副繞組。因此，最大傳輸功率受公共繞組容量的限制。

相關變壓器

中和變壓器

中和變壓器（Neutralizing Transformer）：降低強電線對通信線產生影響的一種裝置。它的次級線圈個數與通信導線數相同，並且直接串入通信導線；它的初級線圈串接入兩端接地的領示線。這樣強電線與領示線中的電流，會對通線線路產生相應的對地電位。它改變了通信導線的電位分布情況，確保通信線路沿線的對地電位都不超過限定值。這種串接的方法不會改變通信線路的對地絕緣，同時起到了保護通信線路的作用。它的缺點就是需要多加一根領示線。

禁止變壓器

禁止變壓器（Reduction Transformer）：禁止變壓器又稱為降低變壓器。它的工作原理和中和變壓器是相同的，用於通信電纜保護。它的次級錢圈是一個總體，由一段纜心或電纜本身的纜心繞成，不需要對導線單獨設定次級線圈；而它的初級線圈由絕緣銅線繞成，直接串接在電纜的外皮中。

分隔變壓器

分隔變壓器（Isolating Transformer）：防止強電線對通信線產生影響的一種保護裝置。又稱為絕緣變壓器。它的工作原理是把變比1:1的初、次級線圈分別插接到一對通信導線上，這樣將導線分隔為多段，降低了導線上的感應縱電勢，對通信線路起到了保護作用。適用於音頻通信線路，但使用分隔變壓器的通信線路上不能進行直流測試和傳送直流信號了。

吸流變壓器

吸流變壓器（Booster Transformer）：它是用在交流電氣化鐵路供電系統上的，是用來降低對鄰近通信線路影響的一種器件。它會把原來逸入大地的電流強行吸附到專門架設的回流線上，並將電流引入牽引變電站。既節能降耗，又對通信線路起到了保護作用。