【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(xiàn)圈上，充當(dāng)初級(jí)線(xiàn)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(xiàn)圈，并且每匝的設(shè)計(jì)電壓是在整個(gè)線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)圈的一部分上施加源。負(fù)載連接在整個(gè)線(xiàn)圈上。再次獲得整個(gè)線(xiàn)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(xiàn)圈的 120 匝上施加 120 V 的源電壓，則線(xiàn)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(xiàn)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(mǎn)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(xiàn)的雙繞組變壓器可以比作為雙繞組變壓器接線(xiàn)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(xiàn)圈自耦變壓器。這種單線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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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