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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(lián)系，自耦變壓器原副邊有直接電的聯(lián)系，它的低壓線圈就是高壓線圈的一部分。
通信線路的防護設(shè)備中也會使用自耦變壓器等保護設(shè)備。下面介紹自耦變壓器和其他保護性變壓器的相關(guān)知識。
中文名 自耦變壓器 外文名 auto transformer 額定電壓 0.4KV 電源相數(shù) 三相 冷卻方式 自然風(fēng)冷卻
目錄1 概述2 定義3 特點4 基本原理? 干式區(qū)別? 工作原理5 功能配置? 技術(shù)參數(shù)? 自耦變壓器? 優(yōu)點? 缺點6 應(yīng)用7 相關(guān)變壓器? 中和變壓器? 屏蔽變壓器? 分隔變壓器? 吸流變壓器

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(jù)結(jié)構(gòu)還可細分為可調(diào)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，什么是初級和次級呢？我們會在下文加以介紹。
中文名：自耦變壓器

應(yīng)用學(xué)科：信息通信
特點：初級線圈、次級線圈、同一繞組
特點
⑴由于自耦變壓器的計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

自耦變壓器

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。同時由于主要尺寸的縮小和質(zhì)量的減小，可以在容許的運輸條件下制造單臺容量更大的變壓器。但通常在自耦變壓器中只有k≤2時，上述優(yōu)點才明顯。
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)過電壓時會引起低壓側(cè)嚴(yán)重過電壓。為了避免這種危險，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上，這樣調(diào)壓裝置的電壓等級可以比在線端調(diào)壓時低。而自耦變壓器中性點調(diào)壓側(cè)會帶來所謂的相關(guān)調(diào)壓問題。因此，要求自耦變壓器有載調(diào)壓時，只能采用線端調(diào)壓方式。

基本原理

自耦變壓器降壓啟動控制線路
在一個閉合的鐵芯上繞兩個或以上的線圈，當(dāng)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(chǎn)生交變磁場，交變主磁通在初級線圈中產(chǎn)生自身感應(yīng)電動勢，同時另外一個線圈（就是次級線圈）中感應(yīng)互感電動勢。通過改變初、次級的線圈匝數(shù)比的關(guān)系來改變初、次級線圈端電壓，實現(xiàn)電壓的變換，一般匝數(shù)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。
干式區(qū)別
在電網(wǎng)中，從220KV電壓等級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降壓啟動使用。
對于干式變壓器來講，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，電壓等級也基本上在35KV及以下，但國內(nèi)外也都已經(jīng)有額定電壓達到66kV甚至更高的干式變壓器，容量也可達30000kVA甚至更高。

工作原理

自耦變壓器
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(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(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繞組的變壓器，當(dāng)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(dāng)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．這個優(yōu)點就越加突出。因此隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展、電壓等級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、造價低而得到廣泛應(yīng)用。

三相自耦變壓器
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，只有一個線圈也能達到變換電壓的目的.在圖1中，當(dāng)變壓器原繞組W1接入交流電源U1時，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，只有一個線圈也能達到變換電壓的目的.在圖1中，當(dāng)原繞組W1接入交流電源U1時，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是，副繞組是原繞組的一部分，或原繞組是副繞組的一部分。
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：

U1是原繞組電壓，U2是副繞組電壓

功能配置
技術(shù)參數(shù)
額定功率：50/60(KVA)
效率(η)：99%
電 壓 比：400/220(V)
外形結(jié)構(gòu)：立式
冷卻方式：自然冷式
防潮方式：開放式
繞組數(shù)目：自耦
鐵心結(jié)構(gòu)：殼式
冷卻形式：干式
鐵心形狀：E型
電源相數(shù)：三相
頻率特性：低頻
型 號：Satons-OSG
應(yīng)用范圍：特種

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(diào)的兩種。

自耦變壓器優(yōu)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(diào)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(jié)構(gòu)簡單、用料省、體積小等優(yōu)點。尤其在變壓比接近于1的場合顯得特別經(jīng)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，由于初次級繞組共用一個繞組，有電的聯(lián)系，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(yōu)點。
1)消耗材料少，成本低。因為變壓器所用硅鋼片和銅線的量是和繞組的額定感應(yīng)電勢和額定電流有關(guān)，也即和繞組的容量有關(guān)，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。由于銅線和硅鋼片用量減少，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)便于運輸和安裝。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制造大一些。
缺點
在電力系統(tǒng)中采用自耦變壓器，也會有不利的影響。其缺點如下：
1)使電力系統(tǒng)短路電流增加。
由于自耦變壓器的高、中壓繞組之間有電的聯(lián)系，其短路阻抗只有同容量普通雙繞組變壓器的(1-k/1)平方倍，因此在電力系統(tǒng)中采用自耦變壓器后，將使三相短路電流顯著增加。又由于自耦變壓器中性點必須直接接地，所以將使系統(tǒng)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(diào)壓上的一些困難。
主要也是因其高、中壓繞組有電的聯(lián)系引起的自耦變壓器可能的調(diào)壓方式有三種，第一種是在自耦變壓器繞組內(nèi)部裝設(shè)帶負荷改變分頭位置的調(diào)壓裝置;第二種是在高壓與中壓線路上裝設(shè)附加變壓器。而這三種方法不僅是制造上存在困難，不經(jīng)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復(fù)雜。
由于高、中壓繞組的自耦聯(lián)系，當(dāng)任一側(cè)落入一個波幅與該繞組絕緣水平相適應(yīng)的雷電沖擊波時，另一側(cè)出現(xiàn)的過電壓沖擊的波幅則可能超出該絕緣水平。為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，必須在高、中壓兩側(cè)出線端都裝一組閥型避雷器。
4)使繼電保護復(fù)雜。
盡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應(yīng)用，主要是與電力系統(tǒng)向大容量高電壓的發(fā)展是分不開的，隨著容量增大，電壓升高，自耦變壓器的優(yōu)點就更為顯著。
應(yīng)用
自耦變壓器在不需要初、次級隔離的場合都有應(yīng)用，具有體積小、耗材少、效率高的優(yōu)點。常見的交流（手動旋轉(zhuǎn)）調(diào)壓器、家用小型交流穩(wěn)壓器內(nèi)的變壓器、三相電機自耦減壓起動箱內(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采用。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(tǒng)中常采用三繞組自耦變壓器作為聯(lián)絡(luò)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(cè)均為110千伏以上的系統(tǒng)。其運行方式有以下5種。
自耦變壓器
①高壓側(cè)向中壓側(cè)或中壓側(cè)向高壓側(cè)送電，如圖2a所示。實線方向為高壓側(cè)向中壓側(cè)送電，虛線表示中壓側(cè)向高壓側(cè)送電。因為高中低三個繞組與鐵心的相對位置，在制造時與設(shè)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，則由于漏磁通在結(jié)構(gòu)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(cè)向低壓側(cè)或低壓側(cè)向高壓側(cè)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(cè)向低壓側(cè)或低壓側(cè)向中壓側(cè)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(cè)同時向中壓側(cè)和低壓側(cè)或低壓側(cè)和中壓側(cè)同時向高壓側(cè)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(lián)繞組）的額定容量。
⑤中壓側(cè)同時向高壓側(cè)和低壓側(cè)或高壓側(cè)和低壓側(cè)同時向中壓側(cè)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(guān)變壓器

中和變壓器（Neutralizing Transformer）：降低強電線對通信線產(chǎn)生影響的一種裝置。它的次級線圈個數(shù)與通信導(dǎo)線數(shù)相同，并且直接串入通信導(dǎo)線；它的初級線圈串接入兩端接地的領(lǐng)示線。這樣強電線與領(lǐng)示線中的電流，會對通線線路產(chǎn)生相應(yīng)的對地電位。它改變了通信導(dǎo)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(lǐng)示線。

屏蔽變壓器（Reduction Transformer）：屏蔽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，用于通信電纜保護。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(dǎo)線單獨設(shè)置次級線圈；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（Isolating Transformer）：防止強電線對通信線產(chǎn)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(dǎo)線上，這樣將導(dǎo)線分隔為多段，降低了導(dǎo)線上的感應(yīng)縱電勢，對通信線路起到了保護作用。適用于音頻通信線路，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（Booster Transformer）：它是用在交流電氣化鐵路供電系統(tǒng)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(shè)的回流線上，并將電流引入牽引變電站。既節(jié)能降耗，又對通信線路起到了保護作用。