自耦变压器教案
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21
幻灯片 122
普通幻灯片 203–3自耦变压 器变压器
结构原理图
原wenku.baidu.com分析
调压演示
例题分析 使用注意
三相自耦变压器 幻灯片 15
本课小结
§3 3 自耦变压器
一、自耦变压器的结构和特点： 1、自耦变压器的结构： 一次侧、二次侧共用一个绕组。 2、自耦变压器的特点：
一次侧、二次侧绕组即有磁的 联系、还有电的联系。
1U1
四、自耦变压器的优、缺点：
1优点：
16
a.自耦变压器的效率比同容量的双线圈变压器高； b.节省材料、占地面积小、节约资金、减少了运输
和安装困难；
c.自耦变压器不仅可降压也可升压，只把输入输出对调
既可。
2、缺点：
a、因它一次侧、二次侧绕组是相通的，高压侧（电源）的 电气故障会波及底压侧。底压侧要有过压保护。 b、如果在自耦变压器的输入端把相线和零线接反，虽然二 次侧出电压大小不变，但这时输出“零线”已变为“高电位”， 非常危险。
1U1
I1 U1
N1 N2 I
2U1
由磁势平衡方程：
I1N1 I2N2 = 0 N1 N2
I2
U2
2U2
I1 =
I2 =
1 K
1U2
I2
1U1
绕组中公共部分的电流：
I1 U1 N1 I2
I = I2 - I1 = (K - 1) I1
当K接近1时，绕组中公共部分的电 流I就很小，既可节省这部分导线的截面 。
500 = 475匝
（2）自耦变压器的效率很高，可以认为
U1e I1e = U2e I2e = Se = 15 10³ VA
所以满负载时的电流是 15 10³ I1 e = = 68.2A 220
15 10³ I2 e = = 71.8A 209
原、副边共同部分的电流: I =71.8 - 68.2 = 3.6A
2U1
铁心
线圈
1U2
2U2
定义：
1U1
I1
如果把普通变 压器的原、副绕 U1 组合并一在起， 就成为只有一个 绕组的变压器， 其中低压绕组是 1U2 高压绕组的一部 分，这种变压器 叫做自耦变压器。
N1 I2
2U1
N2 I
U2 2U2
图为2：自耦变压器原理图
4
二、电压、电流与容量 的关系：
U1 E1 = 4.44 f N1 m
当K=3时, S'2 = (2/3) S2 , S'' = (1/3)S2 ,电路传输的 2 能量少，而靠感应输送的能量多，且I = 2I1，公 共部分绕组电流增加了，导线要加粗。
结论：
当变压比 K >2 时，优点不明显。 自耦变压器通常工作在变压比 K = 1.2 — 2 之间。
* 通常把自耦变压器的二次侧输出改成活动触头，可以
在一台容量为15千安伏的自耦变压器中，已知 U1 = 220V，N1 = 500匝。如果要想使输出电压 U2 = 209V，应 该在线圈的什么地方抽出线头？满负载时的 I1e 和 I2e 各等 于多少安？
解：
（1）由公式 的圈数应为
U1
U2
=
N1
N2
，可以知道抽头处
N2 =
U1 U2
N1 =
209 220
接触绕组中任意位置，而使输出电压任意改变。
三、自耦变压器的应用：
1.自耦调压器：
（1）单相自耦调压器：
9
U1
220V
0V U2
0 250V
图3 ：自耦变压器调压过程
U1
220V 50V U2
0 250V
图3 ：自耦变压器调压过程
U1
220V 110V U2
250V
0
图3 ：自耦变压器调压过程
U1
I1
1 S'' 2 = U2 I1 = I1 = S1 K K
U1
N1
2U1
I2
N2
I
U2
2U2
1U2
由上式可以看出：
1.靠电磁感应传递的能量占总能量的（1-1/K);
2.从电路直接输送的能量占1/K。
当K=1时，能量全部靠电路导线传递过来；
分析：
'' 当K=2时, S'2 和 S 2 各占一半，二次侧从绕组中 间引出，I = I1，绕组中公共部分的电流没有减 少，省铜效果不明显；
2U1
N2 I
U2
自耦变压器输出的视在功率（不计损耗）：
1U2
2U2
S = U2 I2 = U2 (I+I1) = U2 I+U2 I1 = S'2+S''2
一般变压器与自耦变压器的区别在于能量传递方式上：
一般变压器
一般变压器的一次侧二次侧都是分开绕制，虽然都装 在一个铁心上，但相互是绝缘的，只有磁路上的耦合，却 没有电路上的直接联系，能量是靠电磁感应传过去的，所 以称为双绕组变压器。
I1(N1-N2)-IN2=I10N1≈0 I1N1-I1N2-(I2-I1)N2 ≈0
U2 E2 = 4.44 f N2 m I1N1-I1N2-I2N2+I1N2 ≈0 E1 N1 U1 = = K≥ 1 N2 U2 E2
式中： N1 一次侧1U1 与1U2之间的匝数； N2 一次侧2U1 与2U2之间的匝数。
220V
220V 30V 220V
0V
190V
30V
0V
(a） 正确
30V
220V
（b) 错误
图5 ：单相自耦变压器的接法
规定:
1.自耦变压器不准作为安全隔离变压器用； 2.使用时应正确接线； 3.外壳必须接地； 4.接电源前，将手柄转到零位。
幻灯片 119
小结：
自耦变压器区别于一般变压器，原、副边电路共用 一部分线圈，原、副边电路之间除了有磁的联系之 外，还有直接的电的联系。 在变压器容量相同时，自耦变压器的线圈容量比双 线圈变压器小，可节省硅钢片和铜线，且效率高。 可做成任意调压的自耦调压器，既可用于降压也可 用于升压。 因一、二次侧绕组相通，高压侧的故障会波及低压 侧，低压侧要有过电压的保护。 电源端相线和零线不得接反。
220V 160V U2
0 250V
图3 ：自耦变压器调压过程
U1
220V 220V U2
0 250V
图3 ：自耦变压器调压过程
14
（2）三相自耦调压器：
1U1 1V1 1W1 1U1 1V1 1W1
2U1
2V1
2W1
2U1
2V1
2W1
图4 ：三相自耦变压器原理图
幻灯片 11
2、自耦变压器：
例题：
而自耦变压器
S' 2 = U2 I 是1U1,1U2绕组与2U1， 2U2绕组之间的电
磁感应传递的能量。
S'' 2 = U2 I1 是通过电路直接从一次侧传递过来的。 U1 S' 2 = U2 I = = (11 K K ( K I1 - I1) = U1 I1 ( 1 1U1
1 K
)
) S1 U1
幻灯片 122
普通幻灯片 203–3自耦变压 器变压器
结构原理图
原wenku.baidu.com分析
调压演示
例题分析 使用注意
三相自耦变压器 幻灯片 15
本课小结
§3 3 自耦变压器
一、自耦变压器的结构和特点： 1、自耦变压器的结构： 一次侧、二次侧共用一个绕组。 2、自耦变压器的特点：
一次侧、二次侧绕组即有磁的 联系、还有电的联系。
1U1
四、自耦变压器的优、缺点：
1优点：
16
a.自耦变压器的效率比同容量的双线圈变压器高； b.节省材料、占地面积小、节约资金、减少了运输
和安装困难；
c.自耦变压器不仅可降压也可升压，只把输入输出对调
既可。
2、缺点：
a、因它一次侧、二次侧绕组是相通的，高压侧（电源）的 电气故障会波及底压侧。底压侧要有过压保护。 b、如果在自耦变压器的输入端把相线和零线接反，虽然二 次侧出电压大小不变，但这时输出“零线”已变为“高电位”， 非常危险。
1U1
I1 U1
N1 N2 I
2U1
由磁势平衡方程：
I1N1 I2N2 = 0 N1 N2
I2
U2
2U2
I1 =
I2 =
1 K
1U2
I2
1U1
绕组中公共部分的电流：
I1 U1 N1 I2
I = I2 - I1 = (K - 1) I1
当K接近1时，绕组中公共部分的电 流I就很小，既可节省这部分导线的截面 。
500 = 475匝
（2）自耦变压器的效率很高，可以认为
U1e I1e = U2e I2e = Se = 15 10³ VA
所以满负载时的电流是 15 10³ I1 e = = 68.2A 220
15 10³ I2 e = = 71.8A 209
原、副边共同部分的电流: I =71.8 - 68.2 = 3.6A
2U1
铁心
线圈
1U2
2U2
定义：
1U1
I1
如果把普通变 压器的原、副绕 U1 组合并一在起， 就成为只有一个 绕组的变压器， 其中低压绕组是 1U2 高压绕组的一部 分，这种变压器 叫做自耦变压器。
N1 I2
2U1
N2 I
U2 2U2
图为2：自耦变压器原理图
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二、电压、电流与容量 的关系：
U1 E1 = 4.44 f N1 m
当K=3时, S'2 = (2/3) S2 , S'' = (1/3)S2 ,电路传输的 2 能量少，而靠感应输送的能量多，且I = 2I1，公 共部分绕组电流增加了，导线要加粗。
结论：
当变压比 K >2 时，优点不明显。 自耦变压器通常工作在变压比 K = 1.2 — 2 之间。
* 通常把自耦变压器的二次侧输出改成活动触头，可以
在一台容量为15千安伏的自耦变压器中，已知 U1 = 220V，N1 = 500匝。如果要想使输出电压 U2 = 209V，应 该在线圈的什么地方抽出线头？满负载时的 I1e 和 I2e 各等 于多少安？
解：
（1）由公式 的圈数应为
U1
U2
=
N1
N2
，可以知道抽头处
N2 =
U1 U2
N1 =
209 220
接触绕组中任意位置，而使输出电压任意改变。
三、自耦变压器的应用：
1.自耦调压器：
（1）单相自耦调压器：
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U1
220V
0V U2
0 250V
图3 ：自耦变压器调压过程
U1
220V 50V U2
0 250V
图3 ：自耦变压器调压过程
U1
220V 110V U2
250V
0
图3 ：自耦变压器调压过程
U1
I1
1 S'' 2 = U2 I1 = I1 = S1 K K
U1
N1
2U1
I2
N2
I
U2
2U2
1U2
由上式可以看出：
1.靠电磁感应传递的能量占总能量的（1-1/K);
2.从电路直接输送的能量占1/K。
当K=1时，能量全部靠电路导线传递过来；
分析：
'' 当K=2时, S'2 和 S 2 各占一半，二次侧从绕组中 间引出，I = I1，绕组中公共部分的电流没有减 少，省铜效果不明显；
2U1
N2 I
U2
自耦变压器输出的视在功率（不计损耗）：
1U2
2U2
S = U2 I2 = U2 (I+I1) = U2 I+U2 I1 = S'2+S''2
一般变压器与自耦变压器的区别在于能量传递方式上：
一般变压器
一般变压器的一次侧二次侧都是分开绕制，虽然都装 在一个铁心上，但相互是绝缘的，只有磁路上的耦合，却 没有电路上的直接联系，能量是靠电磁感应传过去的，所 以称为双绕组变压器。
I1(N1-N2)-IN2=I10N1≈0 I1N1-I1N2-(I2-I1)N2 ≈0
U2 E2 = 4.44 f N2 m I1N1-I1N2-I2N2+I1N2 ≈0 E1 N1 U1 = = K≥ 1 N2 U2 E2
式中： N1 一次侧1U1 与1U2之间的匝数； N2 一次侧2U1 与2U2之间的匝数。
220V
220V 30V 220V
0V
190V
30V
0V
(a） 正确
30V
220V
（b) 错误
图5 ：单相自耦变压器的接法
规定:
1.自耦变压器不准作为安全隔离变压器用； 2.使用时应正确接线； 3.外壳必须接地； 4.接电源前，将手柄转到零位。
幻灯片 119
小结：
自耦变压器区别于一般变压器，原、副边电路共用 一部分线圈，原、副边电路之间除了有磁的联系之 外，还有直接的电的联系。 在变压器容量相同时，自耦变压器的线圈容量比双 线圈变压器小，可节省硅钢片和铜线，且效率高。 可做成任意调压的自耦调压器，既可用于降压也可 用于升压。 因一、二次侧绕组相通，高压侧的故障会波及低压 侧，低压侧要有过电压的保护。 电源端相线和零线不得接反。
220V 160V U2
0 250V
图3 ：自耦变压器调压过程
U1
220V 220V U2
0 250V
图3 ：自耦变压器调压过程
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（2）三相自耦调压器：
1U1 1V1 1W1 1U1 1V1 1W1
2U1
2V1
2W1
2U1
2V1
2W1
图4 ：三相自耦变压器原理图
幻灯片 11
2、自耦变压器：
例题：
而自耦变压器
S' 2 = U2 I 是1U1,1U2绕组与2U1， 2U2绕组之间的电
磁感应传递的能量。
S'' 2 = U2 I1 是通过电路直接从一次侧传递过来的。 U1 S' 2 = U2 I = = (11 K K ( K I1 - I1) = U1 I1 ( 1 1U1
1 K
)
) S1 U1