自耦變壓器

自耦變壓器副邊繞組是原邊繞組的一個組成部分，這樣的變壓器看起來僅有一個繞組，故也稱 “單繞組變壓器”。原副邊耦合電感可根據電路理論中異名端相連的三端耦合電感進行解耦。在原邊施加電壓且副邊短路，或副邊施加電壓且原邊短路，均可求得歸算至自耦變壓器原邊或副邊的等效漏抗 ^[1]  。自耦變壓器是初、次級無須絕緣的特種變壓器，即輸出和輸入共用一組線圈的特殊變壓器。或者説，初級和次級在同一條繞阻上的變壓器。

⑴由於自耦變壓器的計算容量小於額定容量。所以在同樣的額定容量下，自耦變壓器的主要尺寸較小，有效材料（硅鋼片和導線）和結構材料（鋼材）都相應減少，從而降低了成本。有效材料的減少使得銅耗和鐵耗也相應減少，故自耦變壓器的效率較高。同時由於主要尺寸的縮小和質量的減小，可以在容許的運輸條件下製造單台容量更大的變壓器。但通常在自耦變壓器中只有k≤2時，上述優點才明顯。

⑵由於自耦變壓器的短路阻抗標幺值比雙繞組變壓器小，故電壓變化率較小，但短路電流較大。

⑶由於自耦變壓器一、二次之間有電的直接聯繫，當高壓側過電壓時會引起低壓側嚴重過電壓。為了避免這種危險，一、二次都必須裝設避雷器，不要認為一、二次繞組是串聯的，一次已裝、二次就可省略。

⑷在一般變壓器中。有載調壓裝置往往連接在接地的中性點上，這樣調壓裝置的電壓等級可以比在線端調壓時低。而自耦變壓器中性點調壓側會帶來所謂的相關調壓問題。因此，要求自耦變壓器有載調壓時，只能採用線端調壓方式。

降壓起動器中的自耦變壓器的變壓比是固定的，而接觸式調壓器的變壓比是可變的。自耦變壓器與同容量的一般變壓器相比較，具有結構簡單、用料省、體積小等優點。尤其在變壓比接近於1的場合顯得特別經濟，所以在電壓相近的大功率輸電變壓器中用得較多，此外在10千瓦以上異步電動機降壓起動器中得到廣泛使用。但是，由於初次級繞組共用一個繞組，有電的聯繫，因此在某些場合不宜使用，特別是不能用作行燈變壓器。自耦變壓器與普通的雙繞組變壓器比較有以下優點：

（1）消耗材料少，成本低。因為變壓器所用硅鋼片和銅線的量是和繞組的額定感應電勢和額定電流有關，也即和繞組的容量有關，自耦變壓器繞組容量降低，所耗材料也減少，成本也低。

（2）損耗少效益高。由於銅線和硅鋼片用量減少，在同樣的電流密度及磁通密度時，自耦變壓器的銅損和鐵損都比雙繞組變壓器減少，因此效益較高。

（3）便於運輸和安裝。因為它比同容量的雙繞組變壓器重量輕，尺寸小，佔地面積小。

（4）提高了變壓器的極限製造容量。變壓器的極限製造容量一般受運輸條件的限制，在相同的運輸條件的限制，在相同的運輸條件下，自耦變壓器容量可比雙繞組變壓器製造大一些。

在電力系統中採用自耦變壓器，也會有不利的影響。其缺點如下：

（1）使電力系統短路電流增加。

由於自耦變壓器的高、中壓繞組之間有電的聯繫，其短路阻抗只有同容量普通雙繞組變壓器的(1-1/K)平方倍，因此在電力系統中採用自耦變壓器後，將使三相短路電流顯著增加。又由於自耦變壓器中性點必須直接接地，所以將使系統的單相短路電流大為增加，有時甚至超過三相短路電流。

（2）造成調壓上的一些困難。

主要也是因其高、中壓繞組有電的聯繫引起的自耦變壓器可能的調壓方式有三種，第一種是在自耦變壓器繞組內部裝設帶負荷改變分頭位置的調壓裝置；第二種是在高壓與中壓線路上裝設附加變壓器。而這三種方法不僅是製造上存在困難，不經濟，且在運行中也有缺點(如影響第三繞組的電壓)，解決得都不夠理想。

（3）使繞組的過電壓保護複雜。

由於高、中壓繞組的自耦聯繫，當任一側落入一個波幅與該繞組絕緣水平相適應的雷電衝擊波時，另一側出現的過電壓衝擊的波幅則可能超出該絕緣水平。為了避免這種現象的發生，必須在高、中壓兩側出線端都裝一組閥型避雷器。

（4）使繼電保護複雜。

儘管自耦變壓器存在着一定的缺點，但各國還是非常重視自耦變壓器的應用，主要是與電力系統向大容量高電壓的發展是分不開的，隨着容量增大，電壓升高，自耦變壓器的優點就更為顯著。

在一個閉合的鐵芯上繞兩個或以上的線圈，當一個線圈通入交流電源時（就是初級線圈），線圈中流過交變電流，這個交變電流在鐵芯中產生交變磁場，交變主磁通在初級線圈中產生自身感應電動勢，同時另外一個線圈（就是次級線圈）中感應互感電動勢。通過改變初、次級的線圈匝數比的關係來改變初、次級線圈端電壓，實現電壓的變換，一般匝數比為1.5：1~2：1。因為初級和次級線圈直接相連，有跨級漏電的危險。所以不能作行燈變壓器。

1.自耦變壓器是輸出和輸入共用一組線圈的特殊變壓器，升壓和降壓用不同的抽頭來實現，比共用線圈少的部分抽頭電壓就降低，比共用線圈多的部分抽頭電壓就升高。

⒉其實原理和普通變壓器一樣的，只不過他的原線圈就是它的副線圈。一般的變壓器是左邊一個原線圈通過電磁感應，使右邊的副線圈產生電壓，自耦變壓器是自己影響自己。

⒊自耦變壓器是隻有一個繞組的變壓器，當作為降壓變壓器使用時，從繞組中抽出一部分線匝作為二次繞組；當作為升壓變壓器使用時，外施電壓只加在繞組的—部分線匝上。通常把同時屬於一次和二次的那部分繞組稱為公共繞組，自耦變壓器的其餘部分稱為串聯繞組，同容量的自耦變壓器與普通變壓器相比，不但尺寸小，而且效率高，並且變壓器容量越大，電壓越高．這個優點就越加突出。因此隨着電力系統的發展、電壓等級的提高和輸送容量的增大，自耦變壓器由於其容量大、損耗小、造價低而得到廣泛應用。

自耦變壓器在不需要初、次級隔離的場合都有應用，具有體積小、耗材少、效率高的優點。常見的交流（手動旋轉）調壓器、家用小型交流穩壓器內的變壓器、三相電機自耦減壓起動箱內的變壓器等等，都是自耦變壓器的應用範例。

隨着電力系統向大容量、高電壓的方向快速發展，自耦變壓器以低成本、高效率等特點，被廣泛應用於高壓電力網絡中，成為傳遞重要電能的電壓轉換設備。作為高壓電網中最重要的設備之一，自耦變壓器對於確保電網安全可靠運行、靈活分配電能有重大意義。 ^[1] 

隨着高鐵的快速發展，自耦變壓器的可靠性對高鐵的安全運行至關重要。而直擊雷、接觸網異物等引起高鐵短路跳閘事故頻發，其產生的短路衝擊電流極易引起自耦變壓器繞組故障，大大降低了變壓器運行的可靠性，嚴重影響高鐵安全運行。 ^[2] 

自耦變壓器降壓啓動是指電動機啓動時利用自耦變壓器來降低加在電動機定子繞組上的啓動電壓。待電動機啓動後，再使電動機與自耦變壓器脱離，從而在全壓下正常運動。採用自耦變壓器降壓啓動，電動機的啓動電流 及啓動轉矩與其端電壓的平方成比例降低，相同的啓動電流的情況下能獲得較大的啓動轉矩。如目前 8000kW主流救助船舶側推啓動器選擇變壓器抽頭電壓降至額定電壓的45%，其啓動電流為全壓啓動電流的20.25%，啓動轉矩為全壓啓動轉矩的20.25%。 ^[3] 

自耦降壓起動電路不能頻繁操作，如果啓動不成功，第二次起動應間隔幾分鐘以上，連續兩次起動後，應最少半小時後再次啓動運行，這是為了防止自耦變壓器繞組內啓動電流太大而發熱損壞自耦變壓器的絕緣。 ^[3] 

選擇自耦變壓器應用考慮的問題包括：變壓器變比、變壓器運行方式、短路電流水平、繼電保護和電氣佈置運輸等相關方面。 ^[5] 

中和變壓器（Neutralizing Transformer）：降低強電線對通信線產生影響的一種裝置。它的次級線圈個數與通信導線數相同，並且直接串入通信導線；它的初級線圈串接入兩端接地的領示線。這樣強電線與領示線中的電流，會對通線線路產生相應的對地電位。它改變了通信導線的電位分佈情況，確保通信線路沿線的對地電位都不超過限定值。這種串接的方法不會改變通信線路的對地絕緣，同時起到了保護通信線路的作用。它的缺點就是需要多加一根領示線。

屏蔽變壓器（Reduction Transformer）：屏蔽變壓器又稱為降低變壓器。它的工作原理和中和變壓器是相同的，用於通信電纜保護。它的次級錢圈是一個總體，由一段纜心或電纜本身的纜心繞成，不需要對導線單獨設置次級線圈；而它的初級線圈由絕緣銅線繞成，直接串接在電纜的外皮中。

分隔變壓器（Isolating Transformer）：防止強電線對通信線產生影響的一種保護裝置。又稱為絕緣變壓器。它的工作原理是把變比1:1的初、次級線圈分別插接到一對通信導線上，這樣將導線分隔為多段，降低了導線上的感應縱電勢，對通信線路起到了保護作用。適用於音頻通信線路，但使用分隔變壓器的通信線路上不能進行直流測試和傳送直流信號了。

吸流變壓器（Booster Transformer）：它是用在交流電氣化鐵路供電系統上的，是用來降低對鄰近通信線路影響的一種器件。它會把原來逸入大地的電流強行吸附到專門架設的迴流線上，並將電流引入牽引變電站。既節能降耗，又對通信線路起到了保護作用 ^[4]  。