自耦变压器设计

之前的电压变压器（具有两个电气隔离的绕组，称为：初级绕组和次级绕组）不同，自耦变压器只有一个电压绕组，该绕组为两侧共用。该单绕组沿其长度在各个点“抽头”，以在其次级负载上提供一定比例的初级电压供应。然后，自耦变压器具有通常的磁芯，但只有一个绕组，该绕组为初级和次级电路共用。

因此，在自耦变压器中，初级和次级绕组在电气和磁性上都连接在一起。这种变压器设计的主要优点是，在相同的 VA 额定值下，它可以便宜得多，但自耦变压器的缺点是它没有传统双绕组变压器的初级/次级绕组隔离。

指定为绕组初级部分的绕组部分连接到交流电源，次级是该初级绕组的一部分。自耦变压器也可用于通过反转连接来升高或降低电源电压。如果初级是整个绕组并连接到电源，而次级电路仅连接在绕组的一部分上，则次级电压将“降低”，如图所示。

自耦变压器设计

变压器基础知识

当初级电流I P按照箭头所示方向流过单个绕组时，次级电流I S则以相反方向流动。因此，在产生次级电压V S的绕组部分，流出绕组的电流是I P与I S之差。

自耦变压器也可构造成具有多个单个抽头点。自耦变压器可用于沿其绕组提供不同的电压点，或相对于其电源电压V P增加其电源电压（如图所示）。

多个攻丝点

多点点击

标记自耦变压器绕组的标准方法是用大写字母标记。例如，A、B、Z等用于标识电源端。通常，公共中性连接标记为N或n。对于次级抽头，后缀数字用于表示自耦变压器初级绕组上的所有抽头点。这些数字通常从数字“ 1 ”开始，并按升序继续表示所有抽头点，如图所示。

自耦变压器端子标记

端子标记

自耦变压器主要用于调整线电压，以改变其值或使其保持恒定。如果电压调整量很小，无论是向上还是向下，则变压器比很小，因为V P和V S几乎相等。电流I P和I S也几乎相等。

因此，承载两个电流之差的绕组部分可以由更小的导体尺寸制成，因为电流小得多，从而节省了等效双绕组变压器的成本。

但是，对于给定的 VA 或 KVA 额定值，自耦变压器的调节、漏电感和物理尺寸（因为没有第二绕组）小于双绕组变压器。

自耦变压器显然比相同 VA 额定值的传统双绕组变压器便宜得多。在决定使用自耦变压器时，通常会将其成本与等效双绕组变压器的成本进行比较。

这是通过比较绕组中节省的铜量来实现的。如果比率“ n ”定义为较低电压与较高电压的比率，则可以显示节省的铜量为：n*100%。例如，两个自耦变压器节省的铜量为：

变压器比率

自耦变压器示例 No1

需要使用自耦变压器将电压从 220 伏升至 250 伏。变压器主绕组上的线圈总匝数为 2000。确定初级抽头点的位置、额定输出为 10KVA 时的初级和次级电流以及节省的铜量。

升压变压器初级绕组匝数

自耦变压器示例

因此，电流为 45.4 安培，负载吸收的二次电流为 40 安培，5.4 安培流过公共绕组。铜的经济性为 88%。

自耦变压器的缺点

自耦变压器的主要缺点是它没有传统双绕组变压器的初级到次级绕组隔离。因此，自耦变压器不能安全地用于将较高电压降压至适合较小负载的较低电压。

如果次级侧绕组开路，负载电流将停止流过初级绕组，从而停止变压器动作，导致整个初级电压施加到次级端子。

如果次级电路出现短路情况，则由于磁通链增加会损坏自耦变压器，因此产生的电流将比等效双绕组变压器大得多。

由于中性连接对于初级和次级绕组都是公共的，因此次级绕组的接地会自动将初级接地，因为两个绕组之间没有隔离。双绕组变压器有时用于将设备与地面隔离。

自耦变压器有许多用途和应用，包括启动感应电动机、用于调节输电线路的电压，并且可用于在初级与次级比接近于 1 时变换电压。

自耦变压器也可以由传统的双绕组变压器制成，通过将初级绕组和次级绕组串联连接在一起，并且根据连接方式，次级电压可以增加或减少初级电压。

变矩器

除了具有固定或抽头次级以产生特定电平的电压输出外，自耦变压器类型的装置还有另一种有用的应用，即可用于从固定电压交流电源产生可变交流电压。这种可变自耦变压器  通常用于学校和大学的实验室和科学实验室，通常称为自耦变压器。

自耦变压器

可变自耦变压器或自耦变压器的结构与固定型相同。与自耦变压器一样，它使用缠绕在层压磁芯上的单个初级绕组，但次级电压不是固定在某个预定的分接点，而是通过碳刷分接。

该碳刷旋转或沿着初级绕组的裸露部分滑动，并在移动时与其接触，提供所需的电压水平。

然后，可变自耦变压器包含一个碳刷形式的可变抽头，该碳刷在初级绕组上上下滑动，从而控制次级绕组的长度，因此次级输出电压可以从初级电源电压值完全变化到零伏。

可变自耦变压器通常设计有大量初级绕组，以产生次级电压，该电压可以从每匝几伏调整到几分之一伏。这是因为碳刷或滑块始终与初级绕组的一个或多个匝接触。由于初级线圈匝数沿其长度均匀分布。然后输出电压与角旋转成比例。

可调自耦变压器

我们可以看到自耦变压器可以平稳地将负载电压从零调整到额定电源电压。如果电源电压在初级绕组的某个点被分接，则输出次级电压可能会高于实际电源电压。可变自耦变压器也可用于灯光调光，当用于此类应用时，它们有时被称为“调光器”。

自耦变压器在电气和电子车间和实验室中也非常有用，因为它们可用于提供可变交流电源。但需要注意使用合适的保险丝保护，以确保在故障条件下次级端子上不存在较高的电源电压。

自耦变压器与传统双绕组变压器相比具有许多优势。它们在相同的 VA 额定值下通常效率更高、尺寸更小，并且由于其结构中需要的铜更少，因此与具有相同 VA 额定值的双绕组变压器相比，其成本更低。此外，由于电阻和漏电抗较小，它们的铁芯和铜损耗I 2 R较低，因此电压调节优于等效双绕组变压器。