之前的電壓變壓器（具有兩個(gè)電氣隔離的繞組，稱為：初級(jí)繞組和次級(jí)繞組）不同，自耦變壓器只有一個(gè)電壓繞組，該繞組為兩側(cè)共用。該單繞組沿其長(zhǎng)度在各個(gè)點(diǎn)“抽頭”，以在其次級(jí)負(fù)載上提供一定比例的初級(jí)電壓供應(yīng)。然后，自耦變壓器具有通常的磁芯，但只有一個(gè)繞組，該繞組為初級(jí)和次級(jí)電路共用。

因此，在自耦變壓器中，初級(jí)和次級(jí)繞組在電氣和磁性上都連接在一起。這種變壓器設(shè)計(jì)的主要優(yōu)點(diǎn)是，在相同的 VA 額定值下，它可以便宜得多，但自耦變壓器的缺點(diǎn)是它沒(méi)有傳統(tǒng)雙繞組變壓器的初級(jí)/次級(jí)繞組隔離。

指定為繞組初級(jí)部分的繞組部分連接到交流電源，次級(jí)是該初級(jí)繞組的一部分。自耦變壓器也可用于通過(guò)反轉(zhuǎn)連接來(lái)升高或降低電源電壓。如果初級(jí)是整個(gè)繞組并連接到電源，而次級(jí)電路僅連接在繞組的一部分上，則次級(jí)電壓將“降低”，如圖所示。

自耦變壓器設(shè)計(jì)

變壓器基礎(chǔ)知識(shí)

當(dāng)初級(jí)電流I P按照箭頭所示方向流過(guò)單個(gè)繞組時(shí)，次級(jí)電流I S則以相反方向流動(dòng)。因此，在產(chǎn)生次級(jí)電壓V S的繞組部分，流出繞組的電流是I P與I S之差。

自耦變壓器也可構(gòu)造成具有多個(gè)單個(gè)抽頭點(diǎn)。自耦變壓器可用于沿其繞組提供不同的電壓點(diǎn)，或相對(duì)于其電源電壓V P增加其電源電壓（如圖所示）。

多個(gè)攻絲點(diǎn)

多點(diǎn)點(diǎn)擊

標(biāo)記自耦變壓器繞組的標(biāo)準(zhǔn)方法是用大寫(xiě)字母標(biāo)記。例如，A、B、Z等用于標(biāo)識(shí)電源端。通常，公共中性連接標(biāo)記為N或n。對(duì)于次級(jí)抽頭，后綴數(shù)字用于表示自耦變壓器初級(jí)繞組上的所有抽頭點(diǎn)。這些數(shù)字通常從數(shù)字“ 1 ”開(kāi)始，并按升序繼續(xù)表示所有抽頭點(diǎn)，如圖所示。

自耦變壓器端子標(biāo)記

端子標(biāo)記

自耦變壓器主要用于調(diào)整線電壓，以改變其值或使其保持恒定。如果電壓調(diào)整量很小，無(wú)論是向上還是向下，則變壓器比很小，因?yàn)閂 P和V S幾乎相等。電流I P和I S也幾乎相等。

因此，承載兩個(gè)電流之差的繞組部分可以由更小的導(dǎo)體尺寸制成，因?yàn)殡娏餍〉枚?，從而?jié)省了等效雙繞組變壓器的成本。

但是，對(duì)于給定的 VA 或 KVA 額定值，自耦變壓器的調(diào)節(jié)、漏電感和物理尺寸（因?yàn)闆](méi)有第二繞組）小于雙繞組變壓器。

自耦變壓器顯然比相同 VA 額定值的傳統(tǒng)雙繞組變壓器便宜得多。在決定使用自耦變壓器時(shí)，通常會(huì)將其成本與等效雙繞組變壓器的成本進(jìn)行比較。

這是通過(guò)比較繞組中節(jié)省的銅量來(lái)實(shí)現(xiàn)的。如果比率“ n ”定義為較低電壓與較高電壓的比率，則可以顯示節(jié)省的銅量為：n*100%。例如，兩個(gè)自耦變壓器節(jié)省的銅量為：

變壓器比率

自耦變壓器示例 No1

需要使用自耦變壓器將電壓從 220 伏升至 250 伏。變壓器主繞組上的線圈總匝數(shù)為 2000。確定初級(jí)抽頭點(diǎn)的位置、額定輸出為 10KVA 時(shí)的初級(jí)和次級(jí)電流以及節(jié)省的銅量。

升壓變壓器初級(jí)繞組匝數(shù)

自耦變壓器示例

因此，電流為 45.4 安培，負(fù)載吸收的二次電流為 40 安培，5.4 安培流過(guò)公共繞組。銅的經(jīng)濟(jì)性為 88%。

自耦變壓器的缺點(diǎn)

自耦變壓器的主要缺點(diǎn)是它沒(méi)有傳統(tǒng)雙繞組變壓器的初級(jí)到次級(jí)繞組隔離。因此，自耦變壓器不能安全地用于將較高電壓降壓至適合較小負(fù)載的較低電壓。

如果次級(jí)側(cè)繞組開(kāi)路，負(fù)載電流將停止流過(guò)初級(jí)繞組，從而停止變壓器動(dòng)作，導(dǎo)致整個(gè)初級(jí)電壓施加到次級(jí)端子。

如果次級(jí)電路出現(xiàn)短路情況，則由于磁通鏈增加會(huì)損壞自耦變壓器，因此產(chǎn)生的電流將比等效雙繞組變壓器大得多。

由于中性連接對(duì)于初級(jí)和次級(jí)繞組都是公共的，因此次級(jí)繞組的接地會(huì)自動(dòng)將初級(jí)接地，因?yàn)閮蓚€(gè)繞組之間沒(méi)有隔離。雙繞組變壓器有時(shí)用于將設(shè)備與地面隔離。

自耦變壓器有許多用途和應(yīng)用，包括啟動(dòng)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、用于調(diào)節(jié)輸電線路的電壓，并且可用于在初級(jí)與次級(jí)比接近于 1 時(shí)變換電壓。

自耦變壓器也可以由傳統(tǒng)的雙繞組變壓器制成，通過(guò)將初級(jí)繞組和次級(jí)繞組串聯(lián)連接在一起，并且根據(jù)連接方式，次級(jí)電壓可以增加或減少初級(jí)電壓。

變矩器

除了具有固定或抽頭次級(jí)以產(chǎn)生特定電平的電壓輸出外，自耦變壓器類型的裝置還有另一種有用的應(yīng)用，即可用于從固定電壓交流電源產(chǎn)生可變交流電壓。這種可變自耦變壓器 通常用于學(xué)校和大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室和科學(xué)實(shí)驗(yàn)室，通常稱為自耦變壓器。

自耦變壓器

可變自耦變壓器或自耦變壓器的結(jié)構(gòu)與固定型相同。與自耦變壓器一樣，它使用纏繞在層壓磁芯上的單個(gè)初級(jí)繞組，但次級(jí)電壓不是固定在某個(gè)預(yù)定的分接點(diǎn)，而是通過(guò)碳刷分接。

該碳刷旋轉(zhuǎn)或沿著初級(jí)繞組的裸露部分滑動(dòng)，并在移動(dòng)時(shí)與其接觸，提供所需的電壓水平。

然后，可變自耦變壓器包含一個(gè)碳刷形式的可變抽頭，該碳刷在初級(jí)繞組上上下滑動(dòng)，從而控制次級(jí)繞組的長(zhǎng)度，因此次級(jí)輸出電壓可以從初級(jí)電源電壓值完全變化到零伏。

可變自耦變壓器通常設(shè)計(jì)有大量初級(jí)繞組，以產(chǎn)生次級(jí)電壓，該電壓可以從每匝幾伏調(diào)整到幾分之一伏。這是因?yàn)樘妓⒒蚧瑝K始終與初級(jí)繞組的一個(gè)或多個(gè)匝接觸。由于初級(jí)線圈匝數(shù)沿其長(zhǎng)度均勻分布。然后輸出電壓與角旋轉(zhuǎn)成比例。

可調(diào)自耦變壓器

可調(diào)自耦變壓器

我們可以看到自耦變壓器可以平穩(wěn)地將負(fù)載電壓從零調(diào)整到額定電源電壓。如果電源電壓在初級(jí)繞組的某個(gè)點(diǎn)被分接，則輸出次級(jí)電壓可能會(huì)高于實(shí)際電源電壓。可變自耦變壓器也可用于燈光調(diào)光，當(dāng)用于此類應(yīng)用時(shí)，它們有時(shí)被稱為“調(diào)光器”。

自耦變壓器在電氣和電子車間和實(shí)驗(yàn)室中也非常有用，因?yàn)樗鼈兛捎糜谔峁┛勺兘涣麟娫?。但需要注意使用合適的保險(xiǎn)絲保護(hù)，以確保在故障條件下次級(jí)端子上不存在較高的電源電壓。

自耦變壓器與傳統(tǒng)雙繞組變壓器相比具有許多優(yōu)勢(shì)。它們?cè)谙嗤?VA 額定值下通常效率更高、尺寸更小，并且由于其結(jié)構(gòu)中需要的銅更少，因此與具有相同 VA 額定值的雙繞組變壓器相比，其成本更低。此外，由于電阻和漏電抗較小，它們的鐵芯和銅損耗I 2 R較低，因此電壓調(diào)節(jié)優(yōu)于等效雙繞組變壓器。