自耦变压器的构造和操作

　　变压器通常包含两个独立的电路。这包括从电源接收能量的初级绕组和将能量传递到负载的次级绕组。自耦变压器是初级和次级电路的两个绕组的一部分是共用的变压器。自耦变压器的额定功率高于同等的双绕组变压器。
　　建造

　　自耦变压器通常由具有多个抽头的单个绕组构成。对于降压应用，源施加在整个线圈上，充当初级线圈。如图所示，负载连接在整个绕组的一部分上。连接到负载的部分充当次级。

　　产生的电磁场穿过整个绕组。因此，感应反电压遍及整个线圈，并且每匝的设计电压是在整个线圈的每一匝上获得的。负载可用的电压小于电源电压，因为次级可用的匝数少于初级。

　　根据 NEC 第 411 条“在 30 伏或以下运行的照明系统”，次级电路应通过隔离变压器与分支电路绝缘。不能使用自耦变压器。
　　例如，如果降压自耦变压器有 240 匝，源电压为 240 V，则源电压施加在整个线圈上，每匝电压为 1 V/匝。如果次级抽头使用 120 匝，则负载可用的电压为 120 V。
　　对于升压应用，仅在线圈的一部分上施加源。负载连接在整个线圈上。再次获得整个线圈每匝的设计伏特数。在这种情况下，次级电压高于电源电压，因为次级可用匝数多于初级可用匝数。
　　例如，如果升压自耦变压器有 240 匝，并且仅在整个线圈的 120 匝上施加 120 V 的源电压，则线圈每匝的电压为 1 V/匝。如果次级抽头使用全部 240 匝，则负载可用的电压为 240 V。
　　双绕组变压器负载
　　标准双绕组变压器中的电流由额定功率（VA）除以电压（V）确定。例如，如果变压器初级在 480 V 时的额定值为 12 kVA (12,000 VA)，则电流流量为 25 A (12,000 ÷ 480 = 25)。请参见图 2。次级绕组的额定功率必须相同为 12 kVA。如果次级额定电压为 120 V，则变压器设计为将电压从 480 V 降压至 120 V，并提供 100 A 的负载电流 (12,000 ÷ 120 = 100)。

　

　　图 2. 初级和次级具有相同的额定功率。
　　双绕组自耦变压器
　　自耦变压器也可以由双绕组变压器通过连接两个绕组形成一个连续绕组而制成。当上图中抽头H2与抽头X2连接时，绕组串联，双绕组变压器作为自耦变压器工作。两个绕组位于同一铁芯上并串联连接。初级和次级绕组均可抽头，以允许自耦变压器作为升压变压器或降压变压器运行。
　　自耦变压器负载
　　单线圈自耦变压器的额定功率高于等效双绕组变压器的各个绕组的额定功率。当通过将 H2 连接到 X2 将同一变压器连接为自耦变压器时，可以向负载输送更多功率，而不会超过绕组的额定功率。
　　各个绕组仍然具有与原来相同的额定值，但现在它们是串联的。原来的初级仍然承载 25 A，原来的次级仍然承载 100 A。仍然满足原来的额定值。

　　然而，25 A 电流通过新连接从原始初级流向原始次级的抽头 X2。请参见图 3。原始次级中的 100 A 感应电流与流过初级的 25 A 电流相结合， 125 A 流向负载。将双绕组变压器转换为自耦变压器后，负载可用的功率从 12 kVA 增加到 15 kVA。初级电流流过负载并增加负载可用的 kVA

　　图 3. 通过初级的电流和次级感应的电流结合并流过负载。
　　这表明，作为自耦变压器接线的双绕组变压器可以比作为双绕组变压器接线时向负载提供更多的功率。或者，可以专门针对该应用设计单线圈自耦变压器。这种单线圈变压器比双绕组变压器更小且更便宜。
　　局限性
　　自耦变压器有一些限制，阻碍了其在电源电路中的广泛使用。与传统变压器相比，自耦变压器的一个显着限制是其低阻抗。另一个限制是初级和次级之间缺乏隔离。
　　低阻抗
　　自耦变压器的阻抗小于双绕组变压器的阻抗。例如，双绕组变压器的阻抗可为额定初级电压的约3%。当作为自耦变压器接线时，相同的绕组的阻抗等于初级和次级电压之差与初级电压之比的3%。降低的阻抗计算如下：　Z一个=Z×V磷-VSV磷
　　在哪里
　　Z A = 自耦变压器阻抗（以 % 为单位）
　　Z = 双绕组变压器阻抗（以 % 为单位）
　　V P = 初级电压（单位：V）
　　V S = 次级电压（单位：V）
　　例如，电压为240V，二次电压为120V，双绕组变压器阻抗为3%，则自耦变压器阻抗计算如下：
　Z一个=Z×V磷-VSV磷=3%×240-120240=1.5%　　短路是一个重要问题。由于自耦变压器的阻抗低于双绕组变压器，因此当发生短路故障时会流过更大的电流。请参见图 4。因此，自耦变压器应配备一些外部串联阻抗，例如来自其他变压器或电抗器的阻抗或电源线的阻抗。
　

　　图 4. 自耦变压器的低阻抗允许比双绕组变压器更高的短路电流。
　　缺乏电气隔离
　　自耦变压器在初级和次级之间共享部分绕组。标准变压器的 Delta-Y 形或锯齿形绕组不再存在。因此，自耦变压器无法阻止整个三相电力系统的瞬变和谐波流动。
　　在故障情况下，绕组的公共部分可能会出现开路。在这种情况下，任何接触次级的人都会受到初级电压的影响。此外，初级可能会接地并在低压导体之一与地之间建立高压。如果绕组对地短路，则会影响两个绕组，并且负载可能会承受高电压。请参见图 5。自耦变压器的整个绕组应设计为具有预期电压所需的绝缘水平。

　　图 5. 初级绕组到接地的短路会使负载承受全电压。