自耦变压器全文的工作原理介绍与说明

随着工业的不断发展，除普通的双绕组电力变压器外，还出现了适用于各种目的的特殊变压器. 尽管有许多类型和规格，但它们的基本原理与普通的双绕组变压器相同或相似. 不再一一讨论. 本文主要介绍更常用的自耦变压器的工作原理.

自动变压器概述

自动耦合意味着电磁耦合. 普通变压器通过初级和次级线圈的电磁耦合传递能量. 初级侧和次级侧没有直接的电气连接. 自耦变压器的初级和次级侧具有直接的电气连接. 低压线圈是高压线圈的一部分.

自动变压器和其他保护设备也将用于通讯线路的保护设备.

自耦变压器表示其绕组是一个变压器，其中初级和次级位于同一绕组上. 根据结构，可分为可调压力型和固定压力型.

自动变压器是根据电磁感应现象中的自感现象制成的，主要调节电压电平.

自感电动势是由于流过线圈本身的电流变化而圈两端产生的电动势，从而使通过线圈的磁通量发生变化. 因为感应电动势的大小与线圈的匝数成正比，所以整个线圈中局部绕组产生的电动势必须低于所有绕组产生的电动势. 如果局部绕组和所有绕组分别用作初级和次级，则它构成了自耦变压器. 同样，改变两个部分绕组的匝数比也将改变变比.

自耦变压器结构简单，成本低廉. 制造的自耦合电压调节器和自耦合降压补偿器被广泛使用. 但是，由于自耦变压器的初级和次级在电路上没有隔离，因此安全性能不高. 因此，禁止在需要安全电压的地方使用自耦变压器.

首先，自耦变压器的工作原理

1. 结构特征与用途

在上述变压器中，初级绕组和次级绕组分别缠绕. 尽管它们安装在同一铁芯上，但它们彼此绝缘，也就是说，初级绕组和次级绕组之间仅存在磁耦合，并且没有直接接触电流. 这种类型的变压器称为双绕组变压器. 如果将第一绕组和第二绕组合并为两个，则次级绕组将成为初级绕组的一部分. 如图所示，这种只有一个绕组的变压器称为自耦变压器. 可以看出，除了自耦变压器的初级绕组和次级绕组之间的磁耦合之外，还存在直接的电连接. 从下面的分析可以看出，自耦变压器可以节省铜和铁的消耗，从而减小了变压器的尺寸和重量，降低了制造成本，并有利于大型变压器的运输和安装. 在高压输电系统中，自耦变压器主要用于连接两个电压等级相似的电网以连接变压器. 在实验室中，通常使用带有滑动触点的自动调压器来获得任意可调的交流电压. 此外，自耦变压器也经常用作异步电动机的启动补偿器，从而使电动机降压并启动电压.

2. 电压，电流和容量之间的关系

自耦变压器也使用电磁感应原理. 当在初级绕组U1U2上施加交流电压U1时，在铁芯中产生交变磁通，并且在初级绕组和次级绕组中分别产生感应电动势E1. 和E1，他们也有以下关系

U1≈E1＝4.44fN1Фm

U2 ＝ E2 =4.44fN2Фm

所以自耦变压器的比率K为

将负载添加到自耦变压器的次级绕组后，由于外部电源电压不变，主磁通量大致保持不变，因此总励磁磁通势仍等于空载磁通势，即

可以看出，流过公共绕组的电流始终小于输出电流I2. 当变比K接近1时，I1和I2的值相差不大，也就是说，普通绕组中的电流I非常小，因此绕组的这一部分可以用较小的横截面面积以节省铜，并减小自耦变压器的尺寸和重量.

自耦变压器的视在功率输出为S2 = U2I2 = U2（I + I1）= U2I + U2I1

从上式可以看出，自耦变压器的输出功率由两部分组成，其中U2I部分是根据电磁感应原理从初级绕组传输到次级绕组的视在功率，U2I1直接通过电路触点直接将视在功率从初级绕组传递到次级绕组. 由于I1仅在一部分绕组的电阻中产生铜损，因此自耦变压器的损耗比普通变压器的损耗小，效率更高，因此更经济.

理论分析和实践可以证明: 当一次绕组和二次绕组的电压比接近1或不大于2时，自耦变压器的优势更加明显，而当变压比为1时. 大于2自耦变压器作音频输出变压器，收益不多. 太. 因此，自耦变压器的实际应用中，其变压比一般在1.2〜2.0的范围内. 与电力系统一样，自耦变压器用于将110 kV，150 kV，220 kV和330 kV高压电力系统连接到大型电力系统中. 自耦变压器的缺点是，初级绕组和次级绕组的电路直接连接在一起，导致高压侧的电气故障到达低压侧，这是非常不安全的. 因此，自耦变压器在使用时必须正确接线. 并且外壳必须接地，并且不允许安全照明变压器采用自耦变压器的形式. 自耦变压器不仅用于降压，而且还用作升压变压器.

如果将自耦变压器的抽头做成滑动触点，则可以形成输出电压可调的自耦变压器. 为了使滑动接触可靠，将该自耦变压器的铁心制成圆环，并在其上均匀分布绕组. 滑动触点由碳刷组成. 由于其输出电压是可调的，因此称为自动电压调节器. 形状和原理电路如图所示. 自耦变压器的初级绕组匝数N1固定并连接到电源. 初级绕组的另一端U2和滑动触点a之间的绕组N2用作次级绕组. 当滑动触点a移动时，输出电压U2相应地变化. 该调压器的输出电压U2可以低于初级绕组电压U1或略高于初级绕组电压. 如实验室常用的单相稳压器，一次绕组U1的输入电压= 220V，二次绕组U2的输出电压= 0〜250V，使用时请注意: 一，共用端子次级绕组的U2或u2连接到中性线（中性线），U1连接到电源相（火线），并且u1和u2用作输出. 此外，必须注意，在将自动稳压器连接到电源之前，必须将手柄转到零位置以使输出电压为零，然后顺时针缓慢旋转手柄以逐渐增加输出电压.

自耦变压器工作原理的说明

自耦变压器的初级电路和次级电路共享线圈的一部分，如图所示. 除了初级侧和次级侧之间的磁性连接外，还存在直接的电气连接. 这是自动变压器与一般变压器的区别.

从图中可以看出，在一次侧加额定电压时，如果不考虑电阻的压降和漏感电位，则

其中K是自耦变压器的变比.

当自耦变压器连接到负载并且次级侧有电流i 2输出时，

以上公式表明，自耦变压器中一次和二次电流的大小与线圈的匝数成反比，并且相差180°. 因此，在自耦变压器中自耦变压器作音频输出变压器，一次侧和二次侧公共部分的电流为i = i 1 + i 2. 考虑到i 1和i 2处于相反相位，则I = I 2 -I 1. 比率K接近1，由于i 1和i 2的值相差不大，因此线圈公共部分的电流I非常小. 因此，该部分线圈可以使用横截面较小的导线以节省材料.

自耦变压器的优点是: 结构简单，节省材料，效率高. 但是，只有在变压器比例不大的情况下，这些优点才有意义. 其缺点是次级线圈和初级线圈是电连接的，不能用于较大的应用场合（通常不超过2个）. 这是因为断开次级线圈时，高压会连接到低压网络，这很容易发生事故.

实验室中常用的调压器是具有可变次级线圈匝数的自耦变压器，如下图所示.

此稳压器的端点可以滑动，因此可以均匀地调节电压. 稳压器也可以做成三相，容量一般为几千伏，电压为几百伏.

使用自动耦合器稳压器时，请注意以下几点:

1）初级和次级侧不能正确连接，否则变压器将被烧毁.

2）三个输入端子连接到电源，用于220V和110V电源. 不要将它们连接错误，否则会烧毁变压器.

3）在打开电源之前，将手柄转到零位置. 在打开电源之前，逐渐动员手柄以调出所需的输出电压.

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