什么是自耦变压器?完整信息指南

在本教程中，我们将了解AutoTransformers。这是Autotransformer的理论和设计的完整指南，其效率编号，电符号，启动技术，保护措施，优点，缺点，应用等等。

介绍

变压器是一种电磁装置，通过互感原理将电能从一个电路转移到另一个电路。互感是电感与相互磁场的耦合。例如，在单相变压器中有两个线圈，一个初级线圈和一个次级线圈。

初级线圈将从任何电源获得电力，如交流发电机。初级线圈产生的磁场在次级线圈中感应出一个电压。这个次级线圈将被连接到负载并得到相应的供应。

变压器用于将电压提高到更高级别，并且它们被称为加紧变压器。以同样的方式，变压器将电压降低到较低级别，并且它们被称为台阶变压器。

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什么是自耦变压器?

如上所述，正常变压器将具有两个绕组，其在物理上分离但是在磁芯的帮助下磁耦合在一起。随着分别隔离的原样，它们被称为初级绕组，该初级绕组从源电压和次级绕组接收转移到输出负载的电压。

但是，只有一个绕组的变压器均为初级和次级常见的绕组被称为自耦变形器。这里的术语自动指的是，电压输入变化将自动改进或者可以利用单个绕组来降低。

自动变压器用于在输入和输出绕组之间不需要电气绝缘的应用中使用。这些都是工业自动化和海洋应用的流行。

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自动转移系数理论与设计

在自耦变压器中，部分能量通过感应传递，其余能量通过传导传递。有三种类型的自动变压器:升压、降压和可变自动变压器，可以升压或降压。

可变自动变压器用于实验室和工业，提供来自单个源的各种交流电压。上图显示了升压和降压的自耦变形器。

在上述图中，所述第一绕组以加法方式连接到所述次级绕组。现在，第一绕组上的电压和第二绕组上的电压之间的关系由变压器的匝数比给出。

但是，整个变压器的输出电压是第一绕组上的电压和第二绕组上的电压的总和。第一个绕组在这里被称为普通绕组，因为它的电压出现在变压器的两侧。小绕组称为串联绕组，因为它与普通绕组串联。

自耦变压器的电压关系如图(a)所示

v 2 = V._c+ V_se

但是,

V_c/ V_se= N._c/ N_se

===> v 2 = v_c+（N._c/ N_se）* V._c;

但是,

V₁=_c

===> v 2 =v₁+（n_c/ N_se) * v1 = (n_c+ N._se/ n_se) * V₁;

如上图（a）所示的自耦变形器中的两侧之间的电流关系由

我₁=_c+我_se

但是,

我_c= (N_se/ N_c） * 一世_se

₁= i . ==>_se+（N._se/ N_c） * 一世_se

但是,

I 2 = I._se

₁= i₂* (1 + n_se/ N_c）））

有趣的是，在自耦变压器中，并非所有从初级到次级的电力都经过绕组。因此，如果一个传统的变压器被重新连接为自耦变压器，它可以处理比它原来额定的更多的功率。请注意自耦变压器的输入视功率是由

年代_在=v₁i₁;

输出视在功率为，

年代_出去= V 2 1 2。

很容易证明输入视在功率等于输出视在功率，因此

年代_在= S._出去= S._IO.

在这里_IO.定义为变压器的输入和输出视在功率。进入变压器初级绕组的功率和实际绕组之间的关系可以通过

年代_w= V._c我_c= V._SE*我_SE

年代_w= V₁*(我₁我₂)

年代_w=v₁i₁ - v₁i2

为了更好地理解，让我们考虑一个例子。

500 kVA额定值的自耦变量，将110 kV线连接到138 kV线SO n_c/ N_se比率是110/28。利用所推导的关于绕组功率和视在功率的公式，可以计算出通过绕组的实际功率。

年代_w= S._IO.x N_se/ (N_se+ N_c)

年代_w= (5000) x 28/ (28+110) = 1015kva

这意味着实际的绕组功率处理能力只有1015kva，但这个自耦变压器可以处理5000 KVA意味着自耦变压器可以处理比传统的2绕组变压器多5倍的功率和小5倍的功率。

这意味着我们必须设计和选择铜线，仅用于处理高达1015kVA的电源。如果我们具有工作电压220，那么明显的电流将是

视在电流= 1015kva /220= 1015 x 1000/220= 4613.63 A。

我们可以从SWG或AWG线规表中选择合适的电流密度的铜线。

该自动变压器也可以构造一个以上的单个抽丝点。自动变压器可以用来沿其绕组提供不同的电压点。

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自动变压器，具有多个攻丝点

下表将对不同类型的自耦变压器按其连接方式进行说明:

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自耦变压器符号

单相自动转换器格式器符号

3相自动转移形式器符号

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类型的自耦变压器

根据自变的使用情况，一般有三种自变类型:

1. 自升式变压器
2. 自耦变压器
3. 变量自动变压器

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自升式变压器

在这种类型的自耦变压器输入电压上升到所需的电压，输出电压取决于自动变压器的匝数比。

升压自耦变压器接线示意图如下:

正如我们已经讨论过的，将电感器的每个回路看作一个电池，输出回路中的回路比输入回路中的回路意味着更多的交流电压。我们知道输入和输出的视在功率是一样的，所以如果我们要提高电压，那么电流肯定会降低，以保持功率平衡。

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自耦变压器

升压和降压自耦的结构是相同的，但在这种配置中，一次电压高，二次电压低，这就是为什么它被称为降压变压器。

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可变自动变压器（Variac或Dimmer Set）

固定匝比自耦变压器应用广泛，但有时又要求具有可变输出电压能力。这种变压器非常有用，因为只要转动旋钮，它们就可以调整到任何需要的电压。可替代上、下级自耦变压器。

这个圆形感应器的中心部分是旋钮。通过旋转自耦变压器的旋钮来改变电压。可变自耦变压器可根据需要配置多个抽头，作为交流调压器。

通过添加一些传感电路，这些可变自耦变压器可以用作自动调压器。这也被称为可变调节器或调光器。

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开始的自耦变压器

当变压器通过电源线连接时，连接设备的起始电流比设备的额定电流超过10到15倍，然后总电流流过变压器的2个绕组的一部分。

在一些甾体变压器中，浪涌电流比其额定容量多60倍。在大型变压器中，这种瞬态电流可以保持几秒钟，直到实现平衡或稳定时间。

以相同的方式在自耦变压器浪涌电流中，当电源连接到变压器时，当电压交叉时，电源在载荷电流取决于变压器的绕组的电阻和电感的零转运时间时，电源连接到变压器。

对于具有非常高电感的大型变压器与负载瞬态电流时间相比也会大，反之亦然。

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汽车变压器效率

自耦变压器效率远高于双绕组变压器。自动变压器效率有时达到99%，所有舒适的条件。

效率=（p_出去/ P_在）* 100.

P_出去= V._年代*我_年代* Cos(Ø)

功率因数= COS（Ø）

P_在= P._出去+ P._失利

损失：在任何一种变压器中，主要有两种损耗

• 铜损
• 核心损失

可以通过短路测试和铁或核心损耗来计算铜损，通过开路测试计算。一旦计算出两个损耗，这些损失的代数总和就是自耦变压器中的总损失。

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自动变压器阻抗计算

与2绕组变压器相比，自动变压器还有一个额外的缺点。结果表明，对于一个给定的自耦变压器，其单位阻抗与2绕组的传统变压器相比，小于等于自耦变压器相对于传统变压器的功率优势的因数。

这种更少的内部阻抗可能是一个严重的问题，在这种情况下，减少电流的电力系统故障，如短路，所以在这种情况下，限制电流，以减少更多的损坏的机会是非常可取的。

现在让我们计算自动转移器的内部阻抗。

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自动变压器阻抗示例

传统的1000kva电压比为12/1.2 Kv, 60Hz的变压器现在将作为13.2/12 Kv自耦变压器在电力系统中使用，现在计算该自耦变压器的功率优势，并计算自耦变压器的单位串联阻抗。

2给出绕组变压器阻抗= 0.01 + J0.08。

溶胶：

将配给:N_c/ N_se= 12 / 1.2 = 10

年代_IO.= (N_se+ N_c/ N_se）* S._w

年代_IO.=（1 + 10/1）x 1000 = 11,000kva

所以功率优势系数是11。

据我们所知，2绕组变压器的阻抗为Z_情商= 0.01 + j0.08

因此自耦变压器的阻抗为Z_情商= (0.01+j0.08)/11 = 0.00091+ j0.00727

我们可以看到自耦变压器的内部阻抗比传统的2绕组变压器小11倍。

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自耦变压器接地

又称接地式自动变压器。主要用于三相三线不接地系统中产生中性线。它以z字形或t形连接变压器的形式连接。这些变压器有连续的相和中性电流额定值。

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汽车变压器的例子

11,500/2300 V的变压器额定功率为150kva，是双绕组变压器。如果两个绕组串联成一个自耦变压器，电压比和输出是多少?

两个绕组变压器的两个绕组可以串联连接以形成自耦变压器。在两个绕组中，绕组使用次级。因此，电压比和变压器的输出将取决于用作次级绕组的绕组。

情况1：

2300绕组用作次要绕组。

双绕组变压器S的额定值_t= 150kva.

自耦变压器的一次电压V₁= 11500 + 2300 = 13.8 kV

自耦变压器的二次电压V₂= 2.3 kV

两绕组变压器电压比a = V₁/ V₂= N.₁/ N₂= 11.5 / 2.3 = 5

自耦变压器电压比a ' = V₁/ V₂= (V₁- - - - - - V₂+ V₂/五）₂= A + 1 = 6

匝数比a = 13.8 / 2.3 = 6

变压器额定值St = (V₁- v₂） * 一世₁=(我₂-我₁）* V.₂

自动变压器的评级= SAT = V.₁*我₁= V.₂*我₂

但(我₂-我₁) /我₁= N.₁/ N₂= A.

然后我₁= 1 / (1 + 1))₂

因此年代_t= V.₂（（V.₁/ V₂(1/ (1+a)) * I₂= a / (1+a) S_在

因此年代_在=（（1 + a）/ a）x 150 = 180kva。

案例2：

绕组采用1150v作次绕组。

V₁= 13.8 kV.

V₂= 11.5 kV.

电压比= a'= 13.8 / 11.5 = 1.2

电压比= a = (13.8 - 11.5) / 11.5 = 0.2

现在是_在=（（1 + a）/ a）x 150 = 900 kVa

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三相自耦变压器

三相自动变压器是特殊类型，其中常用绕组是由高电压和低电压共享的。在次级和输出时提供的三相AC在次级收集。三相自动变压器用于配电系统中使用小电压的这种应用。它们之间没有电气隔离。它专为上升和降压电压和磁感应原理而设计。

三相自耦变压器的主要特点如下:

• 3kva到500kva额定
• 50/60 Hz频率
• 三个阶段

三相自耦变压器用于电力应用中，连接66Kv至138Kv输电线路系统。

一般的3相自传格式器将根据下图：

下面是另一种类型的连接及其矢量图:

下图解释了不同类型的三相自耦变压器连接。

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3相自传形式额定值

它被评为KVA，从​​（1 kVa-500kva）范围内。其公差范围（±5％）。3相自动变压器中使用的绝缘电阻为2000mΩ。

为了计算三相KVA，我们使用下面的公式

KVA =(1.73伏特* amp *) / 1000

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自耦变压器启动感应电动机

自耦变压器的原理类似于星形三角起动器法。采用三相自耦变压器限制起动电流。自耦变压器可以用星型三角起动器和其他较昂贵、操作复杂的起动器代替。自耦变压器适用于星形和三角形连接的电机，通过从自耦变压器上取正确的分接头，可以调节启动电流和转矩。它给予最高的电机转矩每线路安培。

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关于自耦变压器的附加信息

自耦变压器的特性

自耦变压器初学者的评级小于高千瓦电动机的传统电动机启动器等级。主要，自动变压器的尺寸非常小，所以有效的材料将降低成本。有效地减少该材料使铜和铁损耗更少，即与正常隔离变压器相比，自动变压器具有高效率。

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汽车变压器保护

普通变压器差动保护继电器及其附件也可用于自动变压器保护。变压器差动保护包含许多附加功能(匹配变换比和矢量组，稳定(抑制)涌流和过励磁)，因此需要对配置和整定值的选择进行一些基本考虑。

每个继电器集成的附加功能可以发挥优势。但是，由于硬件冗余的原因，必须考虑到备份保护功能必须安排在单独的硬件(进一步的继电器)。

这意味着差动保护中的过电流-时间保护只能作为备用保护，防止所连接的电力系统发生外部故障。变压器本身的后备保护必须作为一个单独的过电流继电器提供。布赫兹保护作为快速短路保护。

提出了不同类型的自耦变压器差动保护方案。使用哪种方案主要取决于特定安装中主ct的可用性。

除标准差动保护方案外，建议采用对常见绕组星点附近故障敏感的附加差动保护方案。另一种可能的解决方案是组合两种具有不同性质的方案。

由于现代电力系统中自耦变压器的大小和重要性(例如，主要用作系统互连变压器)，保护方案的完全重复通常是很容易证明的。

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自动转移仪第三绕绕组保护

从差动继电保护的角度看，一般隔离变压器和自耦变压器的差动保护方案是相同的。唯一的区别是，三次三角绕组中的所有三个单独的电流对继电器都是可用的。

因此，三次三角绕组可以负载这种布置。该差分格式的优点是易于计算和实现。自耦变压器采用三次三角绕组。

它是用来限制励磁电流对低零序阻抗的影响而产生的谐波电压。三次三角绕组为自耦变压器额定功率的三分之一。它可以重新分配从故障中检测到的电流。它还减少了三相负载使用的不平衡。

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自耦变压器测试过程

当从工厂收到变压器或从另一个位置重新定位时，必须验证每个变压器是否干燥，运输过程中没有损坏，内部连接尚未松动，变压器比，极性和阻抗与其铭牌同意，其主要的绝缘结构完整，布线绝缘尚未桥接，变压器已准备好进行服务。

物理尺寸、电压等级和kVA额定值是决定变压器投入使用所需准备量的主要因素。尺寸和kVA额定值还决定了变压器所需的辅助设备的种类和数量。

所有这些因素都会影响检验变压器是否准备好通电并投入使用所需的测试量。

一些测试和程序可以通过组装阶段的专家执行。也可能需要特殊测试，而不是列出的。许多人需要特殊的设备和专业知识，建筑电工没有，并未预期提供。

有些测试由装配人员进行，而其他测试由对变压器进行最后电气测试的人员进行。

此外，以下测试描述提供了从中寻求帮助的锚点。讨论或描述了以下项目：

• 铭牌数据
• 功率高阻表
• 辅助部件和电线检查
• 雷电避雷器
• 手兆比克
• 温度装置
• CT测试
• 绕组温度和热成像
• 衬套力量保理
• 远程温度指示
• 变压器功率分解
• 辅助动力
• 电压比
• 自动切换开关
• 极性
• 冷却系统
• Transformer-Turns比率
• 衬套电位器
• 分接换更换器
• 辅助设备保护和警报
• 短路阻抗
• 整体装载
• 零序列
• 旅行检查
• 绕组电阻

以下是变压器测试的近似序列：

1. 检查变压器和部件是否有运输损坏和受潮。
2. 检查铭牌和打印是否正确的电压和外部相连接到线路或母线。
3. 检查所有热量仪和热点加热器，桥梁RTD和相关报警触点的校准。联系人设置应类似于以下内容。
   • 一阶段一直运行（强制冷却）
   • 在80°C时第二阶段
   • 第三阶段在90°C
   • 热点报警100°C(在110°C适用时跳闸)
   • 顶油报警80°C在55°C上升和75°C在65°C上升
   • OA =没有风扇或泵
   • FA =扇子
   • Foa =风扇和泵运行
4. 检查和测量所有接线点对点:风扇，泵，警报器，加热器，抽头转换器，以及变压器和互连电缆上的所有其他设备。
5. 150兆瓦以上的所有银行都应该真空干燥。在真空干燥过程中，请勿将测试电压施加到绕组中。由于大量的静电电荷在绕组上，确定终端在油循环期间短路和接地。
6. 油罐注满油后，确认将油样送到化验室，并将其结果输入银行测试报告中。注油完毕时注意油位和温度。
7. 当提供电源时，检查泵和风机是否正确旋转，以及负载下(UL)分接开关是否正确运行。同时，检查加热器、警报器和所有其他设备是否正常运行。
8. 以下是要执行的绕组测试：
   • 阻抗
   • 直流绕组阻力
   • 兆赫和功率因数绕组，套管和避雷器。
   • 注意:在完成油填充功率因数测试后等到24小时。
9. 负载CT电路整体和闪光以获得极性。
10. 在通电之前，绊触后银行保护计划，并确保气体收集继电器没有气体。
11. 在激励银行或拾取负载时，监控银行电流和电压，包括UL抽头更换器操作。
12. 在拾取加载之前检查群到系统的正确分阶段和电压。当可能的情况下，大型变压器（> 1 mVA）应在承载负载前保持通电八小时。
13. 在米和继电器上进行服务检查。
14. 向运营部门发布动力信息，并向TNE办公室报告动力信息。
15. 提交修改后的印刷品和测试报告，其中应包括以下内容:
    • 所有测试数据
    • 水分和石油数据
    • 问题发生
    • 在职数据
    • 通电并释放到操作

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自动转移的优点

• 给定KVA容量减少损失。
• 节省大小和体重。
• 尺寸非常小。
• 电压调节更好。
• 成本很低。
• 激励电流要求低。
• 对于设计自动变压器，铜可用于更少的要求。
• 在传统的变压器上升和下降电压，而在自动变压器输出中的情况下，根据要求变化

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自耦变压器的缺点

• 由于短路电流较短，因此需要更高的设备和人类对设备和人类的保护程度。由于自耦变量的低序列阻抗损坏了人类的威胁。
• 如果自耦变压器的任何一个绕组发生短路，其输出电压将会转到比工作电压更高的电压，从而造成非常巨大的损害。
• 它由绕铁芯的单绕组组成，从一端发展到另一端的电压变化。在变压器的输入或输出端没有隔离低电压和高电压。所以在一边的任何噪声或电压都会反射到另一边。因此，在电子电路中，只要使用自耦变压器，就必须使用滤波电路。

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自耦变压器的应用

• 它用于同步和感应电动机作为起始目的的一部分。
• 它用于电气设备测试实验室
• 它被用作交流馈线中的升压器，以提高所需的电压水平。
• 用于鼠笼式电机和滑环式感应电动机的起动。
• 用于连接在阈值电压下运行的系统。
• 当助推器升高输入电压时

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AutotRansformer的限制

• 不能用于隔离的可操作系统，因为接地或接地对于输入和输出连接的设备都是通用的。
• 安全关注问题必须严格采取，因为共同的现象可能会对人类造成威胁。
• 自耦变压器的卷绕绝缘器的故障将导致施加到输出的完全输入电压。

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总结

• 自耦变形器是变压器，其中初级和次级绕组磁性和电气耦合。
• 这导致更低的成本，更小的体积和重量。

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