自耦變壓器簡介

劉 正

（順特電氣設備有限公司 廣東 佛山 528300）

所謂自耦變壓器， 就是自身的一部分與另一部分耦合的變壓器。 這種變壓器的結構特點是原邊和副邊共用一部分繞組。 以降壓自耦變壓器為例，副邊的繞組是原邊繞組的一部分，這部分繞組叫做公共繞組W2；原邊繞組除去公共繞組的那一部分繞組是和公共繞組串聯的關系， 叫做串聯繞組WC。

1 自耦變原副邊的電壓、電流關系

因為三相自耦變壓器的三相是對稱的，只要分析任何一相，結果適用于三相變壓器的任何一相。 圖1 為單相自耦變壓器的原理結構圖。

圖1

主磁通在繞組中產生感應電勢，漏磁通的作用看成漏磁壓降，則自耦變壓器的原邊電壓方程式為

由于主磁通比漏磁通大很多， 忽略漏磁通， 且根據e=4.44fN? 公式，主磁通在兩繞組中感應的電動勢正比于各自的匝數，故有

自耦變壓器和普通的雙繞組變壓器一樣存在著如下的磁動勢平衡的關系（忽略很小的激磁電流），即

故在節點a’處，I˙1為正時的實際電流流通情況如圖2 所示，即I2=I1+I，且有I1W1=I2W2

圖2

2 耦合關系

I1W1=I2W2?I1W1-I1W2=I2W2-I1W?I1（W1-W2）=（I2-I1）W2

其中I1（W1-W2）=WcI1為串聯繞組的磁動勢，（I2-I1）W2=IW2為公共繞組的磁動勢， 兩磁動勢的平衡說明自耦變壓器實際上是串聯繞組和公共繞組之間的耦合關系。

3 容量關系

I1（W1-W2）＝（I2-I1）W2兩端分別乘以匝電壓，得到

I1（U1-U2）＝（I2-I1）U2?I1UAa=I1Uax這兩個相等的容量是自耦變壓器通過耦合關系從原邊傳輸到副邊的容量，這個容量決定著這臺自耦變壓器的結構尺寸， 因此稱為結構容量，也叫做計算容量，用S結構表示，我們計算自耦變壓器的計算單也是按照這個容量計算的。 而自耦變壓器的全部傳輸容量應該為I1U1， 剩余的那部分容量是通過另外一個途徑傳輸的，這個途徑就是電的直接傳輸，也就是原邊電流I1直接流向副邊所傳輸的容量，即I1U2，這個容量叫做自耦變壓器的傳導容量，用S傳導表示，而總容量叫做通過容量，用S通過表示。

下面看看S結構與S通過之間的關系：

自耦變壓器的尺寸、材料消耗由本身容量決定。 本身容量等于它的額定容量乘以效益系數KS=（1-1/K）。 KS越小，用自耦變壓器越優越，也就是用它聯系的兩個電壓等級越接近越有利。

如自耦變壓器的K=0.5， 通過電磁變換功率僅為額度容量的一半，另外一半的功率是由電的聯系直接傳送的，這就降低了材料消耗，節約了投資，降低了阻抗，增加了系統的穩定性并降低了功率損耗。 以同容量的三繞組變壓器比較，自耦變壓器的總質量僅為普通變壓器的60%，成本僅為普通變壓器的70%，損耗降低35%，經濟效益顯著。

4 通過容量S通過的確定

S通過的確定需要知道以下幾個基本參數：降壓比（即匝數比）k、電機全壓起動電流放大倍數Kiq、電機額定功率Se、連續起動次數N、每次起動的起動時間tq。

電壓降低后電機的起動容量為Sq=k2KiqSe

5 舉例

6 短路阻抗的計算

自耦變壓器的短路阻抗我們的計算公式是：

7 總結

根據電力負荷發展及潮流變化， 結合系統短路電流、系統穩壓、系統繼電保護對通信線路的危險影響、調相調壓要求和設備制造等具體條件比選合適時， 應采用自耦變壓器，當自耦及第三繞組接有無功功率設備時，應根據無功功率潮流校核公用繞組容量。S

［1］卓樂友.電力工程電氣設計[M].北京：中國電力出版社,2004.