(完整版)自耦變壓器原理

1、自耦變壓器原理隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，除了普通雙繞組電力變壓器外，相應(yīng)地出現(xiàn)了適用于各種用途的特殊變壓器，雖然種類和規(guī)格很多，但是其基本原理與普通雙繞組變壓器相同或相似，不再作一一討論。本文主要介紹較常用的自耦變壓器的工作原理。自耦變壓器概述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。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。自耦變壓器是根據(jù)電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的自感現(xiàn)象制成的，它主

2、要作用調(diào)節(jié)電壓高低。自感電動勢是由于通過線圈本身的電流產(chǎn)生變化，使得穿過線圈的磁通發(fā)生變化而引起線圈兩端產(chǎn)生的電動勢。因為感應(yīng)電動勢的高低與線圈的匝數(shù)成正比例，所以整個線圈中的局部繞組產(chǎn)生的電動勢一定低于全部繞組產(chǎn)生的電動勢。如果把局部繞組和全部繞組分別作為初級和次級，就構(gòu)成了自耦變壓器。同樣，改變兩部分繞組的匝數(shù)比也就改變了變壓比。自耦變壓器結(jié)構(gòu)簡單，成本低。制成的自耦調(diào)壓器、自耦降壓補償器等被廣泛使用。但是由于自耦變壓器的初、次級在電路上沒有實現(xiàn)隔離，安全性能不高。所以在要求使用安全電壓的場所，被禁止使用自耦變壓器。一、自耦變壓器工作原理1結(jié)構(gòu)特點及用途前面敘述的變壓器，其一、二次繞組是分

3、開繞制的，它們雖裝在同一鐵心上，但相互之間是絕緣的，即一、二次繞組之間只有磁的耦合，而沒有電的直接聯(lián)系。這種變壓器稱為雙繞組變壓器。如果把一、二次繞組合二為一，使二次繞組成為一次繞組的一部分，這種只有一個繞組的變壓器稱為自耦變壓器，如圖所示?？梢娮择钭儔浩鞯囊?、二次繞組之間除了有磁的耦合外，還有電的直接聯(lián)系。由下面的分析可知，自耦變壓器可節(jié)省銅和鐵的消耗量，從而減小變壓器的體積、重量，降低制造成本，且有利于大型變壓器的運輸和安裝。在高壓輸電系統(tǒng)中，自耦變壓器主要用來連接兩個電壓等級相近的電力網(wǎng)，作聯(lián)絡(luò)變壓器之用。在實驗室常用具有滑動觸點的自耦調(diào)壓器獲得可任意調(diào)節(jié)的交流電壓。此外，自耦變壓器還常

4、用作異步電動機的起動補償器，對電動機進行降壓起動。一*ILI團自昶變壓器工作涼理pn/jFij汕工tj12電壓、電流及容量關(guān)系自耦變壓器也是利用電磁感應(yīng)原理工作的，當一次繞組U1U2兩端加交變電壓U1時，鐵心中產(chǎn)生交變的磁通，并分別在一次繞組及二次繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢E1及E1，它們也有下述關(guān)系UlEl=4.44fNlmU2=E2=4.44fN2m故自耦變壓器的變比K為6舄弘當自耦變壓器二次繞組加上負載后，由于外加電源電壓不變，故主磁通近似不變，因此總的勵磁磁通勢仍等于空載磁通勢，即上式二沈卿申的電處小耳區(qū)截成廢比*在權(quán)輦上亞莖t抑。*內(nèi)此，營其他中的電矗J的光十掃可見流經(jīng)公共繞組中的電流總是

5、小于輸出電流12。當變比K接近于1時，則II與12的數(shù)值相差不大，即公共繞組中的電流I很小，因而這部分繞組可用截面積較小的導(dǎo)線繞制，以節(jié)約用銅量，并減小自耦變壓器的體積與重量。自耦變壓器輸出的視在功率為S2=U2I2=U2(I+I1)=U2I+U2I1從上式可看出，自耦變壓器的輸出功率由兩部分組成，其中U2I部分是依據(jù)電磁感應(yīng)原理從一次繞組傳遞到二次繞組的視在功率，而U2I1則是通過電路的直接聯(lián)系從一次繞組直接傳遞到二次繞組的視在功率。由于II只在一部分繞組的電阻上產(chǎn)生銅損耗，因此自耦變壓器的損耗比普通變壓器要小，效率較高，因而較為經(jīng)濟。理論分析和實踐都可以證明：當一二次繞組電壓之比接近于1時

6、，或者說不大于2時，自耦變壓器的優(yōu)點比較顯著，當變比大于2時，好處就不多了。所以實際應(yīng)用的自耦變壓器,其變比一般在1.22.0的范圍內(nèi)。如在電力系統(tǒng)中，用自耦變壓器把110kV、150kV、220kV和330kV的高壓電力系統(tǒng)連接成大規(guī)模的動力系統(tǒng)。自耦變壓器的缺點在于：一、二次繞組的電路直接連在一起，造成高壓側(cè)的電氣故障會波及到低壓側(cè)，這是很不安全的，因此要求自耦變壓器在使用時必須正確接線，且外殼必須接地，并規(guī)定安全照明變壓器不允許采用自耦變壓器結(jié)構(gòu)形式。自耦變壓器不僅用于降壓，也可作為升壓變壓器。VVVC!如果把自耦變壓器的抽頭做成滑動觸點，就可構(gòu)成輸出電壓可調(diào)的自耦變壓器。為了使滑動接觸

7、可靠，這種自耦變壓器的鐵心做成圓環(huán)形，其上均勻分布繞組，滑動觸點由碳刷構(gòu)成，由于其輸出電壓可調(diào)，因此稱為自耦調(diào)壓器，其外形和原理電路如圖所示。自耦變壓器的一次繞組匝數(shù)N1固定不變，并與電源相連，一次繞組的另一端點U2和滑動觸點a之間的繞組N2就作為二次繞組。當滑動觸點a移動時，輸出電壓U2隨之改變，這種調(diào)壓器的輸出電壓U2可低于一次繞組電壓U1，也可稍高于一次繞組電壓。如實驗室中常用的單相調(diào)壓器，一次繞組輸入電壓U1=220V,二次繞組輸出電壓U2=0250V，在使用時，要注意：一、二次繞組的公共端U2或u2接中性線（零線），U1端接電源相線（火線），u1端和u2端作為輸出。此外還必須注意自耦

8、調(diào)壓器在接電源之前，必須把手柄轉(zhuǎn)到零位，使輸出電壓為零，以后再慢慢順時針轉(zhuǎn)動手柄，使輸出電壓逐步上升。W電路長自耦變壓器工作原理圖解自耦變壓器的原邊電路與副邊電路共用一部分線圈，如圖所示。原、副邊之間除了有磁的聯(lián)系外，還有直接的電的聯(lián)系。這是自耦變壓器區(qū)別于一般變壓器的特點。6軌從圖中看出，當原邊加上額定電壓后，若不考慮電阻的壓降和漏感電勢，則式中K為自耦變壓器的變壓比。當自耦變壓器接上負載，副邊有電流i2輸出時，有5iLji圖自勰變壓器110Vc0“煩*上式表明，自耦變壓器中原、副邊電流的大小與線圈匝數(shù)成反比，且在相位上相差180。因此，自耦變壓器中，原、副邊共同部分的電流為i=il+i2,考慮到il與i2相位相反，故1=12-I1。當變比K接近1時，由于i1與i2數(shù)值相差不大，所以線圈公共部分電流I很小。因此，這部分線圈可用截面較小的導(dǎo)線，以節(jié)省材料。自耦變壓器的優(yōu)點是：構(gòu)簡單，節(jié)省材料，效率高。但這些優(yōu)點只有在變壓器變比不大的情況下才有意義。它的缺點是副線圈和原線圈有電的聯(lián)系，不能用于變比較大的場合（一般不大于2）。這是因為當副線圈斷開時，高電壓就串入低壓網(wǎng)絡(luò)，容易發(fā)生事故。實驗室常用的調(diào)壓器，就是一種副線圈匝數(shù)可變的自耦變壓器，如下圖所示。這種調(diào)壓器端點可以滑動，所以能均勻地調(diào)節(jié)電壓。該調(diào)壓器還可以做