【導(dǎo)讀】變壓器通常包含兩個獨立的電路。這包括從電源接收能量的初級繞組和將能量傳遞到負載的次級繞組。自耦變壓器是初級和次級電路的兩個繞組的一部分是共用的變壓器。自耦變壓器的額定功率高于同等的雙繞組變壓器。
變壓器通常包含兩個獨立的電路。這包括從電源接收能量的初級繞組和將能量傳遞到負載的次級繞組。自耦變壓器是初級和次級電路的兩個繞組的一部分是共用的變壓器。自耦變壓器的額定功率高于同等的雙繞組變壓器。
建造
自耦變壓器通常由具有多個抽頭的單個繞組構(gòu)成。對于降壓應(yīng)用，源施加在整個線圈上，充當初級線圈。如圖所示，負載連接在整個繞組的一部分上。連接到負載的部分充當次級。
產(chǎn)生的電磁場穿過整個繞組。因此，感應(yīng)反電壓遍及整個線圈，并且每匝的設(shè)計電壓是在整個線圈的每一匝上獲得的。負載可用的電壓小于電源電壓，因為次級可用的匝數(shù)少于初級。
根據(jù) NEC 第 411 條“在 30 伏或以下運行的照明系統(tǒng)”，次級電路應(yīng)通過隔離變壓器與分支電路絕緣。不能使用自耦變壓器。
例如，如果降壓自耦變壓器有 240 匝，源電壓為 240 V，則源電壓施加在整個線圈上，每匝電壓為 1 V/匝。如果次級抽頭使用 120 匝，則負載可用的電壓為 120 V。
對于升壓應(yīng)用，僅在線圈的一部分上施加源。負載連接在整個線圈上。再次獲得整個線圈每匝的設(shè)計伏特數(shù)。在這種情況下，次級電壓高于電源電壓，因為次級可用匝數(shù)多于初級可用匝數(shù)。
例如，如果升壓自耦變壓器有 240 匝，并且僅在整個線圈的 120 匝上施加 120 V 的源電壓，則線圈每匝的電壓為 1 V/匝。如果次級抽頭使用全部 240 匝，則負載可用的電壓為 240 V。
雙繞組變壓器負載
標準雙繞組變壓器中的電流由額定功率（VA）除以電壓（V）確定。例如，如果變壓器初級在 480 V 時的額定值為 12 kVA (12,000 VA)，則電流流量為 25 A (12,000 ÷ 480 = 25)。請參見圖 2。次級繞組的額定功率必須相同為 12 kVA。如果次級額定電壓為 120 V，則變壓器設(shè)計為將電壓從 480 V 降壓至 120 V，并提供 100 A 的負載電流 (12,000 ÷ 120 = 100)。
圖 2. 初級和次級具有相同的額定功率。
雙繞組自耦變壓器
自耦變壓器也可以由雙繞組變壓器通過連接兩個繞組形成一個連續(xù)繞組而制成。當上圖中抽頭H2與抽頭X2連接時，繞組串聯(lián)，雙繞組變壓器作為自耦變壓器工作。兩個繞組位于同一鐵芯上并串聯(lián)連接。初級和次級繞組均可抽頭，以允許自耦變壓器作為升壓變壓器或降壓變壓器運行。
自耦變壓器負載
單線圈自耦變壓器的額定功率高于等效雙繞組變壓器的各個繞組的額定功率。當通過將 H2 連接到 X2 將同一變壓器連接為自耦變壓器時，可以向負載輸送更多功率，而不會超過繞組的額定功率。
各個繞組仍然具有與原來相同的額定值，但現(xiàn)在它們是串聯(lián)的。原來的初級仍然承載 25 A，原來的次級仍然承載 100 A。仍然滿足原來的額定值。
然而，25 A 電流通過新連接從原始初級流向原始次級的抽頭 X2。請參見圖 3。原始次級中的 100 A 感應(yīng)電流與流過初級的 25 A 電流相結(jié)合， 125 A 流向負載。將雙繞組變壓器轉(zhuǎn)換為自耦變壓器后，負載可用的功率從 12 kVA 增加到 15 kVA。初級電流流過負載并增加負載可用的 kVA
圖 3. 通過初級的電流和次級感應(yīng)的電流結(jié)合并流過負載。
這表明，作為自耦變壓器接線的雙繞組變壓器可以比作為雙繞組變壓器接線時向負載提供更多的功率。或者，可以專門針對該應(yīng)用設(shè)計單線圈自耦變壓器。這種單線圈變壓器比雙繞組變壓器更小且更便宜。
局限性
自耦變壓器有一些限制，阻礙了其在電源電路中的廣泛使用。與傳統(tǒng)變壓器相比，自耦變壓器的一個顯著限制是其低阻抗。另一個限制是初級和次級之間缺乏隔離。
低阻抗
自耦變壓器的阻抗小于雙繞組變壓器的阻抗。例如，雙繞組變壓器的阻抗可為額定初級電壓的約3%。當作為自耦變壓器接線時，相同的繞組的阻抗等于初級和次級電壓之差與初級電壓之比的3%。降低的阻抗計算如下： Z一個=Z×V磷-VSV磷
在哪里
Z A = 自耦變壓器阻抗（以 % 為單位）
Z = 雙繞組變壓器阻抗（以 % 為單位）
V P = 初級電壓（單位：V）
V S = 次級電壓（單位：V）
例如，電壓為240V，二次電壓為120V，雙繞組變壓器阻抗為3%，則自耦變壓器阻抗計算如下：
Z一個=Z×V磷-VSV磷=3%×240-120240=1.5%短路是一個重要問題。由于自耦變壓器的阻抗低于雙繞組變壓器，因此當發(fā)生短路故障時會流過更大的電流。請參見圖 4。因此，自耦變壓器應(yīng)配備一些外部串聯(lián)阻抗，例如來自其他變壓器或電抗器的阻抗或電源線的阻抗。
圖 4. 自耦變壓器的低阻抗允許比雙繞組變壓器更高的短路電流。
缺乏電氣隔離
自耦變壓器在初級和次級之間共享部分繞組。標準變壓器的 Delta-Y 形或鋸齒形繞組不再存在。因此，自耦變壓器無法阻止整個三相電力系統(tǒng)的瞬變和諧波流動。
在故障情況下，繞組的公共部分可能會出現(xiàn)開路。在這種情況下，任何接觸次級的人都會受到初級電壓的影響。此外，初級可能會接地并在低壓導(dǎo)體之一與地之間建立高壓。如果繞組對地短路，則會影響兩個繞組，并且負載可能會承受高電壓。請參見圖 5。自耦變壓器的整個繞組應(yīng)設(shè)計為具有預(yù)期電壓所需的絕緣水平。
圖 5. 初級繞組到接地的短路會使負載承受全電壓。
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