什么是自耦变压器?完整信息指南

在本教程中,我们将学习自耦变压器。这是一个完整的指南自耦变压器的理论和设计,它的效率数字,电气符号,启动技术,保护措施,优点,缺点,应用等。

介绍

变压器是一种电磁装置,通过互感原理将电能从一个电路转移到另一个电路。互感是电感与相互磁场的耦合。例如,在单相变压器中有两个线圈,一个初级线圈和一个次级线圈。

初级线圈将从任何电源获得电力,如交流发电机。初级线圈产生的磁场在次级线圈中感应出一个电压。这个次级线圈将被连接到负载并得到相应的供应。

变压器用于将电压提高到更高的水平,它们被称为升压变压器。同样的方法,变压器降低电压到一个较低的水平,他们被称为降压变压器。

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什么是自耦变压器?

如上所述,一个正常的变压器将有两个绕组,它们在物理上是分开的,但在磁芯的帮助下,磁耦合在一起。由于它们是分开隔离的,它们被称为初级绕组(接收来自电源的电压)和次级绕组(传递给输出负载)。

但变压器中将只有一个绕组是共同的初级和次级称为自耦变压器。自动这个术语在这里指的是输入电压的变化将自动地可以改进或可以减少利用单绕组。

自动变压器用于输入和输出绕组之间不需要电气绝缘的应用。它们在工业自动化和海洋应用中很受欢迎。

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自耦变压器理论与设计

1.自耦变压器原理与设计

在自耦变压器中,部分能量通过感应传递,其余能量通过传导传递。有三种类型的自动变压器:升压、降压和可变自动变压器,可以升压或降压。

可变自耦变压器用于实验室和工业,从单一电源提供广泛的交流电压。上图为升压和降压自耦变压器。

在上述图中,所述第一绕组以加法方式连接到所述次级绕组。现在,第一绕组上的电压和第二绕组上的电压之间的关系由变压器的匝数比给出。

但是,整个变压器的输出电压是第一绕组上的电压和第二绕组上的电压的总和。第一个绕组在这里被称为普通绕组,因为它的电压出现在变压器的两侧。小绕组称为串联绕组,因为它与普通绕组串联。

自耦变压器的电压关系如图(a)所示

V₂=c+ Vse

但是,

Vc/ Vse= Nc/ Nse

===> v₂= vc+ (Nc/ Nse) * Vc;

但是,

V₁=c

₁+ (nc/ Nse) * v1 = (nc+ Nse) / Nse) * V₁;

上图(a)所示自耦变压器两侧电流关系由

我₁=c+我se

但是,

c= (Nse/ Nc) *我se

₁= i . ==>se+ (Nse/ Nc) *我se

但是,

我₂=se

₁= i₂* (1 + nse/ Nc))

有趣的是,在自耦变压器中,并非所有从初级到次级的电力都经过绕组。因此,如果一个传统的变压器被重新连接为自耦变压器,它可以处理比它原来额定的更多的功率。请注意自耦变压器的输入视功率是由

年代= V₁₁;

输出视在功率为,

年代= V₂₂。

很容易证明输入视在功率等于输出视在功率,因此

年代=年代=年代IO

这里的年代IO定义为变压器的输入和输出视在功率。进入变压器初级绕组的功率和实际绕组之间的关系可以通过

年代w= Vcc= VSE*我SE

年代w= V₁*(我₁我₂)

年代w₁i - v₁i₂

年代w=年代IO* Nse/ (Nse+ Nc)

为了更好地理解,让我们考虑一个例子。

一个500kva额定自耦变压器连接110kv线路到138 Kv线路,所以Nc/ Nse比率是110/28。利用所推导的关于绕组功率和视在功率的公式,可以计算出通过绕组的实际功率。

年代w=年代iox Nse/ (Nse+ Nc)

年代w= (5000) x 28/ (28+110) = 1015kva

这意味着实际的绕组功率处理能力只有1015kva,但这个自耦变压器可以处理5000 KVA意味着自耦变压器可以处理比传统的2绕组变压器多5倍的功率和小5倍的功率。

这意味着我们必须设计和选择铜线,只处理功率高达1015kva。如果我们有220的工作电压,那么表观电流将是

视在电流= 1015kva /220= 1015 x 1000/220= 4613.63 A。

我们可以从SWG或AWG线规表中选择合适的电流密度的铜线。

该自动变压器也可以构造一个以上的单个抽丝点。自动变压器可以用来沿其绕组提供不同的电压点。

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自动变压器与多个抽头点

2.自耦变压器与多个抽丝点

下表将对不同类型的自耦变压器按其连接方式进行说明:

根据不同的连接方式选择不同类型的自耦变压器

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自耦变压器符号

好自耦变压器的象征

4 .相位自耦变压器符号

三相自耦变压器的象征

3.相位自耦变压器符号2

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类型的自耦变压器

根据自变的使用情况,一般有三种自变类型:

  1. 自升式变压器
  2. 自耦变压器
  3. 变量自动变压器

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自升式变压器

在这种类型的自耦变压器中,输入电压被提升到所需的电压,输出电压将取决于自耦变压器的匝数比。

升压自耦变压器接线示意图如下:

5.升压自耦变压器

正如我们已经讨论过的,将电感器的每个回路看作一个电池,输出回路中的回路比输入回路中的回路意味着更多的交流电压。我们知道输入和输出的视在功率是一样的,所以如果我们要提高电压,那么电流肯定会降低,以保持功率平衡。

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自耦变压器

升压和降压自耦的结构是相同的,但在这种配置中,一次电压高,二次电压低,这就是为什么它被称为降压变压器。

6.下台的自耦变压器

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可变自耦变压器(可变ac或调光器设置)

固定匝比自耦变压器应用广泛,但有时又要求具有可变输出电压能力。这种变压器非常有用,因为只要转动旋钮,它们就可以调整到任何需要的电压。可替代上、下级自耦变压器。

变量自动变压器

这个圆形感应器的中心部分是旋钮。通过旋转自耦变压器的旋钮来改变电压。可变自耦变压器可根据需要配置多个抽头,作为交流调压器。

通过添加一些传感电路,这些可变自耦变压器可以用作自动调压器。这也被称为可变调节器或调光器。

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开始的自耦变压器

当变压器跨电源线连接时,被连接设备的启动电流将是设备额定电流的10到15倍,然后总电流流经变压器的2个绕组的时间为一小段。

在某些甾体变压器中,涌流是其额定容量的60倍。在大型变压器中,这种瞬态电流可以保持几秒钟,直到达到平衡或稳定时间。

在自耦变压器中同样,当电源接入变压器时,在电压过零的瞬间,负载电流取决于变压器绕组的电阻和电感,涌流也很严重。

对于电感非常高的大型变压器,相对于负载暂态电流时间也会很大,反之亦然。

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汽车变压器效率

自耦变压器效率远高于双绕组变压器。自动变压器效率有时达到99%,所有舒适的条件。

效率= (P/ P) * 100

P= V年代*我年代* Cos(Ø)

功率因数= Cos(Ø)

P= P+ P损失

损失:在任何一种变压器中,主要有两种损耗

  • 铜损
  • 核心的损失

铜损耗可通过短路试验计算,铁芯损耗可通过开路试验计算。一旦计算出这两种损耗,这两种损耗的代数和就是自耦变压器的总损耗。

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自耦变压器阻抗计算

与2绕组变压器相比,自动变压器还有一个额外的缺点。结果表明,对于一个给定的自耦变压器,其单位阻抗与2绕组的传统变压器相比,小于等于自耦变压器相对于传统变压器的功率优势的因数。

这种更少的内部阻抗可能是一个严重的问题,在这种情况下,减少电流的电力系统故障,如短路,所以在这种情况下,限制电流,以减少更多的损坏的机会是非常可取的。

现在让我们计算自耦变压器的内部阻抗。

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自耦变压器

传统的1000kva电压比为12/1.2 Kv, 60Hz的变压器现在将作为13.2/12 Kv自耦变压器在电力系统中使用,现在计算该自耦变压器的功率优势,并计算自耦变压器的单位串联阻抗。

2绕组变压器阻抗给定= 0.01 + j0.08。

索尔:

将配给:Nc/ Nse= 12/1.2 = 10

年代io= (Nse+ Nc/ Nse) *年代w

年代io= (1+10/1) x 1000 = 11000kva

所以功率优势系数是11。

据我们所知,2绕组变压器的阻抗为Z情商= 0.01 + j0.08

因此自耦变压器的阻抗为Z情商= (0.01+j0.08)/11 = 0.00091+ j0.00727

我们可以看到自耦变压器的内部阻抗比传统的2绕组变压器少11倍。

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自耦变压器接地

又称接地式自动变压器。主要用于三相三线不接地系统中产生中性线。它以z字形或t形连接变压器的形式连接。这些变压器有连续的相和中性电流额定值。

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汽车变压器的例子

11,500/2300 V的变压器额定功率为150kva,是双绕组变压器。如果两个绕组串联成一个自耦变压器,电压比和输出是多少?

双绕组变压器的两个绕组可以串联成自耦变压器。在两个绕组中,任一绕组都用作次级绕组。因此,电压比和变压器的输出将取决于作为二次绕组的绕组。

案例1:

2300绕组用作次要绕组。

双绕组变压器S的额定值t= 150 kva

自耦变压器的一次电压V1= 11500+2300 = 13.8 kV

自耦变压器的二次电压V2= 2.3 kV

两绕组变压器电压比a = V1/ V2= N1/ N2= 11.5 / 2.3 = 5

自耦变压器电压比a ' = V1/ V2= (V1- - - - - - V2+ V2) / V2=a + 1 = 6

转数比a = 13.8/2.3 = 6

变压器额定值St = (V1- v2) *我1=(我2-我1) * V2

自变额定= Sat = V1*我1= V2*我2

但(我2-我1) /我1= N1/ N2=一个

然后我1= 1 / (1 + 1))2

因此年代t= V2((V1/ V2(1/ (1+a)) * I2= a / (1+a) S

因此年代= (1+a)/a) x 150 = 180kVA。

案例2:

绕组采用1150v作次绕组。

V1= 13.8 kV

V2= 11.5 kV

电压比= a ' = 13.8/11.5 = 1.2

电压比= a = (13.8 - 11.5) / 11.5 = 0.2

现在的年代= (1+a) / a) x 150 = 900 kVA

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三相自耦变压器

三相自耦变压器是一种由高压和低压共用绕组的特殊类型。一次提供三相交流电源,二次收集输出。三相自耦变压器适用于电压较小的配电系统。它们之间没有电气隔离。它是根据磁感应原理设计的升压降压装置。

三相自耦变压器的主要特点如下:

  • 3kva到500kva额定
  • 50/60 Hz频率
  • 三个阶段

三相自耦变压器用于电力应用中,连接66Kv至138Kv输电线路系统。

通用三相自耦变压器如下图所示:

7 .三相自耦变压器原理图

下面是另一种类型的连接及其矢量图:

8.三相自耦变压器原理图和矢量图

下图解释了不同类型的三相自耦变压器连接。

9.不同类型的三相自耦变压器连接2

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三相自耦变压器评级

额定KVA,容量范围为(1kva - 500kva)。其公差范围(±5%)。三相自耦变压器的绝缘电阻为2000MΩ。

为了计算三相KVA,我们使用下面的公式

KVA =(1.73伏特* amp *) / 1000

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感应电动机自耦变压器起动器

自耦变压器的原理类似于星形三角起动器法。采用三相自耦变压器限制起动电流。自耦变压器可以用星型三角起动器和其他较昂贵、操作复杂的起动器代替。自耦变压器适用于星形和三角形连接的电机,通过从自耦变压器上取正确的分接头,可以调节启动电流和转矩。它给予最高的电机转矩每线路安培。

10.感应电动机的自耦变压器起动器

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关于自耦变压器的附加信息

自耦变压器的特性

对于高千瓦电机,自耦变压器起动器的额定值低于常规电机起动器的额定值。主要,自耦变压器的尺寸非常小,所以有效的材料将降低成本。有效减少材料使铜和铁的损耗更少,所以自耦变压器与普通隔离变压器相比,具有较高的效率。

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汽车变压器保护

普通变压器差动保护继电器及其附件也可用于自动变压器保护。变压器差动保护包含许多附加功能(匹配变换比和矢量组,稳定(抑制)涌流和过励磁),因此需要对配置和整定值的选择进行一些基本考虑。

每个继电器集成的附加功能可以发挥优势。但是,由于硬件冗余的原因,必须考虑到备份保护功能必须安排在单独的硬件(进一步的继电器)。

这意味着差动保护中的过电流-时间保护只能作为备用保护,防止所连接的电力系统发生外部故障。变压器本身的后备保护必须作为一个单独的过电流继电器提供。布赫兹保护作为快速短路保护。

提出了不同类型的自耦变压器差动保护方案。使用哪种方案主要取决于特定安装中主ct的可用性。

除标准差动保护方案外,建议采用对常见绕组星点附近故障敏感的附加差动保护方案。另一种可能的解决方案是组合两种具有不同性质的方案。

由于现代电力系统中自耦变压器的大小和重要性(例如,主要用作系统互连变压器),保护方案的完全重复通常是很容易证明的。

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自耦变压器三绕组保护

从差动继电保护的角度看,一般隔离变压器和自耦变压器的差动保护方案是相同的。唯一的区别是,三次三角绕组中的所有三个单独的电流对继电器都是可用的。

因此,三次三角绕组可以负载这种布置。该差分格式的优点是易于计算和实现。自耦变压器采用三次三角绕组。

它是用来限制励磁电流对低零序阻抗的影响而产生的谐波电压。三次三角绕组为自耦变压器额定功率的三分之一。它可以重新分配从故障中检测到的电流。它还减少了三相负载使用的不平衡。

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自耦变压器测试过程

当变压器从工厂接收或从其他地方搬迁时,必须检查每台变压器是否干燥,运输过程中是否发生损坏,内部连接是否松动,变压器比、极性和阻抗是否与其铭牌一致,主要绝缘结构是否完好。接线绝缘尚未架桥,变压器已准备好使用。

物理尺寸、电压等级和kVA额定值是决定变压器投入使用所需准备量的主要因素。尺寸和kVA额定值还决定了变压器所需的辅助设备的种类和数量。

所有这些因素都会影响检验变压器是否准备好通电并投入使用所需的测试量。

一些测试和过程可能由专家在组装阶段执行。也可能需要特殊的测试,而不是列出的测试。许多需要特殊的设备和专业知识,而建筑电工没有,也不希望提供。

有些测试由装配人员进行,而其他测试由对变压器进行最后电气测试的人员进行。

此外,下面的测试描述提供了一个定位点,在需要时可以从这个定位点寻求帮助。讨论或描述了下列项目:

  • 铭牌数据
  • 功率高阻表
  • 辅助部件和电线检查
  • 雷电避雷器
  • 手高阻表
  • 温度的设备
  • CT测试
  • 绕组温度和热成像
  • 衬套力量保理
  • 远程温度指示
  • 变压器功率保理
  • 辅助动力
  • 电压比
  • 自动切换开关
  • 极性
  • 冷却系统
  • Transformer-Turns比率
  • 衬套电位器
  • 点击兑换商
  • 辅助设备保护和报警
  • 短路阻抗
  • 整体加载
  • 零序
  • 旅行支票
  • 绕组电阻

以下是变压器测试的大致顺序:

  1. 检查变压器和部件是否有运输损坏和受潮。
  2. 检查铭牌和打印是否正确的电压和外部相连接到线路或母线。
  3. 检查所有温度表和热点加热器,电桥rtd和相关报警接点的校准。联系人设置应类似于以下内容。
    • 一个阶段一直运行(强制冷却)
    • 第二阶段在80°C
    • 第三阶段在90°C
    • 热点报警100°C(在110°C适用时跳闸)
    • 顶油报警80°C在55°C上升和75°C在65°C上升
    • OA =没有风扇或泵
    • FA =扇子
    • FOA =风扇和泵运行
  4. 检查和测量所有接线点对点:风扇,泵,警报器,加热器,抽头转换器,以及变压器和互连电缆上的所有其他设备。
  5. 所有超过150mva的银行应真空干燥。在真空干燥过程中,不要对绕组施加测试电压。在油循环过程中,要确保接线端子短路和接地,因为大量的静电会积聚在绕组上。
  6. 油罐注满油后,确认将油样送到化验室,并将其结果输入银行测试报告中。注油完毕时注意油位和温度。
  7. 当提供电源时,检查泵和风机是否正确旋转,以及负载下(UL)分接开关是否正确运行。同时,检查加热器、警报器和所有其他设备是否正常运行。
  8. 以下是要进行的绕组试验:
    • 阻抗
    • 直流绕组电阻
    • 兆赫和功率因数绕组,套管和避雷器。
    • 注意:注油完毕后,请等待24小时进行功率因数测试。
  9. 整体负载CT电路,闪速为极性。
  10. 在通电前,跳闸检查银行保护方案,确保气体收集继电器是无气体的。
  11. 当激励组或拾取负载时,监测组电流和电压,包括UL分接开关操作。
  12. 在取负荷前,检查系统银行的相位和电压是否正确。在可能的情况下,大型变压器(>1 MVA)应在承载负载前保持供电8小时。
  13. 在役检查仪表和继电器。
  14. 向运营部门发布动力信息,并向TNE办公室报告动力信息。
  15. 提交修改后的印刷品和测试报告,其中应包括以下内容:
    • 所有测试数据
    • 水分和油分数据
    • 问题发生
    • 在职数据
    • 通电并释放到操作

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自耦变压器的优点

  • 在给定KVA容量下,损耗减少。
  • 节省尺寸和重量。
  • 尺寸非常小。
  • 电压调节要好得多。
  • 成本很低。
  • 激励电流要求低。
  • 在设计自耦变压器时,铜的使用要求较低。
  • 传统变压器的升压和降压是固定的,而自耦变压器的输出是根据要求而变化的

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自耦变压器的缺点

  • 由于较高的短路电流和自耦变压器的低串联阻抗,对设备和人类都有更高的保护要求。
  • 如果自耦变压器的任何一个绕组发生短路,其输出电压将会转到比工作电压更高的电压,从而造成非常巨大的损害。
  • 它由绕铁芯的单绕组组成,从一端发展到另一端的电压变化。在变压器的输入或输出端没有隔离低电压和高电压。所以在一边的任何噪声或电压都会反射到另一边。因此,在电子电路中,只要使用自耦变压器,就必须使用滤波电路。

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自耦变压器的应用

  • 它用于同步和感应电动机作为启动目的的一部分。
  • 它用于电气设备测试实验室
  • 它被用作交流馈线中的升压器,以提高所需的电压水平。
  • 用于鼠笼式电机和滑环式感应电动机的起动。
  • 用于连接在阈值电压下运行的系统。
  • 当助推器升高输入电压时

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自耦变压器的局限性

  • 不能用于隔离的可操作系统,因为接地或接地对于输入和输出连接的设备都是通用的。
  • 安全关注问题必须严格采取,因为共同的现象可能会对人类造成威胁。
  • 如果自耦变压器绕组绝缘失效,将导致输出输入电压满。

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总结

  • 自耦变压器是一次要绕组以磁性和电性耦合的变压器。
  • 这导致更低的成本,更小的体积和重量。

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3反应

  1. 我怀疑将Delta/star的三相自耦变压器与中性点螺栓连接到地,这意味着多重接地情况

  2. 你好,先生,8安培电流拉线的可变自动变压器swg是19 swg,请给我发一些例子
    感谢你,先生
    b T Reddy

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