【導(dǎo)讀】變壓器通常包含兩個(gè)獨(dú)立的電路。這包括從電源接收能量的初級(jí)繞組和將能量傳遞到負(fù)載的次級(jí)繞組。自耦變壓器是初級(jí)和次級(jí)電路的兩個(gè)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(gè)獨(dú)立的電路。這包括從電源接收能量的初級(jí)繞組和將能量傳遞到負(fù)載的次級(jí)繞組。自耦變壓器是初級(jí)和次級(jí)電路的兩個(gè)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(gè)抽頭的單個(gè)繞組構(gòu)成。對(duì)于降壓應(yīng)用，源施加在整個(gè)線圈上，充當(dāng)初級(jí)線圈。如圖所示，負(fù)載連接在整個(gè)繞組的一部分上。連接到負(fù)載的部分充當(dāng)次級(jí)。
產(chǎn)生的電磁場(chǎng)穿過(guò)整個(gè)繞組。因此，感應(yīng)反電壓遍及整個(gè)線圈，并且每匝的設(shè)計(jì)電壓是在整個(gè)線圈的每一匝上獲得的。負(fù)載可用的電壓小于電源電壓，因?yàn)榇渭?jí)可用的匝數(shù)少于初級(jí)。
根據(jù) NEC 第 411 條“在 30 伏或以下運(yùn)行的照明系統(tǒng)”，次級(jí)電路應(yīng)通過(guò)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(gè)線圈上，每匝電壓為 1 V/匝。如果次級(jí)抽頭使用 120 匝，則負(fù)載可用的電壓為 120 V。
對(duì)于升壓應(yīng)用，僅在線圈的一部分上施加源。負(fù)載連接在整個(gè)線圈上。再次獲得整個(gè)線圈每匝的設(shè)計(jì)伏特?cái)?shù)。在這種情況下，次級(jí)電壓高于電源電壓，因?yàn)榇渭?jí)可用匝數(shù)多于初級(jí)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(gè)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(jí)抽頭使用全部 240 匝，則負(fù)載可用的電壓為 240 V。
雙繞組變壓器負(fù)載
標(biāo)準(zhǔn)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(jí)在 480 V 時(shí)的額定值為 12 kVA (12,000 VA)，則電流流量為 25 A (12,000 ÷ 480 = 25)。請(qǐng)參見(jiàn)圖 2。次級(jí)繞組的額定功率必須相同為 12 kVA。如果次級(jí)額定電壓為 120 V，則變壓器設(shè)計(jì)為將電壓從 480 V 降壓至 120 V，并提供 100 A 的負(fù)載電流 (12,000 ÷ 120 = 100)。
圖 2. 初級(jí)和次級(jí)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(guò)連接兩個(gè)繞組形成一個(gè)連續(xù)繞組而制成。當(dāng)上圖中抽頭H2與抽頭X2連接時(shí)，繞組串聯(lián)，雙繞組變壓器作為自耦變壓器工作。兩個(gè)繞組位于同一鐵芯上并串聯(lián)連接。初級(jí)和次級(jí)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(yùn)行。
自耦變壓器負(fù)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(gè)繞組的額定功率。當(dāng)通過(guò)將 H2 連接到 X2 將同一變壓器連接為自耦變壓器時(shí)，可以向負(fù)載輸送更多功率，而不會(huì)超過(guò)繞組的額定功率。
各個(gè)繞組仍然具有與原來(lái)相同的額定值，但現(xiàn)在它們是串聯(lián)的。原來(lái)的初級(jí)仍然承載 25 A，原來(lái)的次級(jí)仍然承載 100 A。仍然滿足原來(lái)的額定值。
然而，25 A 電流通過(guò)新連接從原始初級(jí)流向原始次級(jí)的抽頭 X2。請(qǐng)參見(jiàn)圖 3。原始次級(jí)中的 100 A 感應(yīng)電流與流過(guò)初級(jí)的 25 A 電流相結(jié)合， 125 A 流向負(fù)載。將雙繞組變壓器轉(zhuǎn)換為自耦變壓器后，負(fù)載可用的功率從 12 kVA 增加到 15 kVA。初級(jí)電流流過(guò)負(fù)載并增加負(fù)載可用的 kVA
圖 3. 通過(guò)初級(jí)的電流和次級(jí)感應(yīng)的電流結(jié)合并流過(guò)負(fù)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(shí)向負(fù)載提供更多的功率。或者，可以專(zhuān)門(mén)針對(duì)該應(yīng)用設(shè)計(jì)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(gè)顯著限制是其低阻抗。另一個(gè)限制是初級(jí)和次級(jí)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(jí)電壓的約3%。當(dāng)作為自耦變壓器接線時(shí)，相同的繞組的阻抗等于初級(jí)和次級(jí)電壓之差與初級(jí)電壓之比的3%。降低的阻抗計(jì)算如下： Z一個(gè)=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(jí)電壓（單位：V）
V S = 次級(jí)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(jì)算如下：
Z一個(gè)=Z×V磷-VSV磷=3%×240-120240=1.5%短路是一個(gè)重要問(wèn)題。由于自耦變壓器的阻抗低于雙繞組變壓器，因此當(dāng)發(fā)生短路故障時(shí)會(huì)流過(guò)更大的電流。請(qǐng)參見(jiàn)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(lái)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(jí)和次級(jí)之間共享部分繞組。標(biāo)準(zhǔn)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(wú)法阻止整個(gè)三相電力系統(tǒng)的瞬變和諧波流動(dòng)。
在故障情況下，繞組的公共部分可能會(huì)出現(xiàn)開(kāi)路。在這種情況下，任何接觸次級(jí)的人都會(huì)受到初級(jí)電壓的影響。此外，初級(jí)可能會(huì)接地并在低壓導(dǎo)體之一與地之間建立高壓。如果繞組對(duì)地短路，則會(huì)影響兩個(gè)繞組，并且負(fù)載可能會(huì)承受高電壓。請(qǐng)參見(jiàn)圖 5。自耦變壓器的整個(gè)繞組應(yīng)設(shè)計(jì)為具有預(yù)期電壓所需的絕緣水平。
圖 5. 初級(jí)繞組到接地的短路會(huì)使負(fù)載承受全電壓。
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