自耦变压器知识培训课件

自耦变压器知识培训课件课程目录0102自耦变压器概述结构与工作原理基本概念与发展历程绕组结构与运行机制0304电磁关系分析等效电路基本方程与容量计算电路模型与参数分析0506性能特点对比分析优势与局限性探讨与双绕组变压器的比较07应用实践总结答疑案例分析与注意事项第一章自耦变压器概述探索自耦变压器的基本概念、历史背景与技术特征，为深入学习奠定坚实基础什么是自耦变压器？定义与核心特征自耦变压器是一种特殊的电力变压器，其一次绕组和二次绕组不是完全独立的，而是部分共用同一绕组这种独特的结构使得能量传递既通过电磁感应的磁耦合实现，又通过导体的直接电连接进行，形成了电磁并联的传输模式结构优势结构紧凑绕组共用减少了材料使用体积小巧整体尺寸明显小于同容量双绕组变压器关键特点自耦变压器的自耦指的是自身耦合，即通过共用绕组实现电压变换，而非完全成本经济铜材和铁芯用量降低，制造成本更低依赖磁耦合效率提升损耗减少，能量转换效率更高自耦变压器的历史与发展1早期探索（19世纪末）随着交流电力系统的发展，工程师们发现通过绕组共用可以实现更高效的电压调节，自耦变压器概念初步形成2节能应用（20世纪初）在电力系统中作为节能设备广泛应用，特别是在需要小范围电压调节的场合，显著降低了系统损耗和建设成本3技术成熟（20世纪中期）材料科学和制造工艺的进步使自耦变压器的性能和可靠性大幅提升，标准化设计和生产流程逐步建立4现代应用（21世纪）在智能电网、新能源接入、工业自动化等领域发挥重要作用，配电和调压技术的核心组件之一第二章结构与工作原理深入剖析自耦变压器的绕组配置、连接方式及能量传递机制自耦变压器的绕组结构公共绕组串联绕组连接关系一次侧和二次侧共同使用的绕组部分，是自与公共绕组串联连接的独立绕组部分，仅属串联绕组与公共绕组通过节点连接，形成完耦变压器的核心特征公共绕组同时承载一于一次侧或二次侧串联绕组提供额外的电整的电气回路连接点通常引出作为中间抽次电流和二次电流，实现电能的直接传导压变换，决定了变压器的变比头，提供不同的电压等级•匝数记为N₂•匝数记为N₁•一次侧总匝数N₁+N₂•同时属于一次和二次回路•仅承载一次侧电流•二次侧总匝数N₂•承受较大的电流和电磁力•与公共绕组串联形成完整一次绕组•变比由匝数比决定这种独特的绕组配置使得自耦变压器能够以更少的材料实现电压变换，但也带来了一次侧和二次侧电气相连的特点绕组结构示意图结构要点电压分布铁芯提供磁路，通常采用硅钢片叠压而成一次侧电压作用在串联绕组和公共绕组的总匝数上，而二次侧电压仅作用在公共绕组上，因此实现了电压的降低或升高公共绕组标注为N₂，连接一次和二次侧串联绕组标注为N₁，与公共绕组串联图中箭头表示电流方向，虚线表示磁通路径接线端子高压端、低压端和公共端工作原理详解电压变比关系自耦变压器的电压变比由绕组匝数决定设一次侧总匝数为N₁+N₂，二次侧匝数为N₂，则变比为其中k为串联绕组与公共绕组的匝数比这个关系表明，自耦变压器的实际变比总是比等效双绕组变压器的变比大1电压关系电流关系电流分布一次电压U₁与二次电压U₂之比等于匝数比k_a根据磁动势平衡，I₁N₁+N₂=I₂·N₂，电流与公共绕组中的电流为一次电流和二次电流的矢量和匝数成反比节点电流定律应用在公共绕组和串联绕组的连接点处，根据基尔霍夫电流定律，流入节点的电流等于流出节点的电流，即这一关系是分析自耦变压器电流分布的基础，也说明了公共绕组需要承受更大的电流第三章电磁关系与基本方程掌握自耦变压器的磁动势平衡、电流关系及容量计算的核心理论磁动势平衡方程基本平衡方程在自耦变压器中，一次侧和二次侧的磁动势之和等于激磁磁动势忽略激磁电流时，可以建立以下平衡方程其中\dot{F}_m为激磁磁动势\dot{I}_{1a}为一次侧电流（流经串联绕组）\dot{I}_2为二次侧电流\dot{I}_m为激磁电流•N₁和N₂分别为串联绕组和公共绕组匝数电流关系推导结合节点电流定律可以推导出各绕组中的电流分布，这对于计算绕组的铜耗和设计导线截面至关重要物理意义耦合机制通过磁动势平衡方程可以清晰地看到，自耦变压器中的电流和磁通是如何相互耦合的一次电流和二次电流共同作用产生主磁通，而公共绕组中的电流是两者的矢量和自耦变压器的容量计算传导容量与电磁容量自耦变压器的一个显著特点是其传输容量大于额定容量能量传递分为两部分电磁容量SEM传导容量SCD通过磁场感应传递的功率，等于串联绕组的容量通过导体直接传递的功率，等于公共绕组的容量这部分能量需要经过磁场的转换，会产生铁损和部分铜损这部分能量直接通过导线传导，仅产生导线的电阻损耗，效率更高容量提升示例改接前（双绕组变压器）改接后（自耦变压器）•额定容量SN=100kVA•额定容量SN=100kVA（不变）•一次侧电压U₁=380V•传输容量S总≈150kVA•二次侧电压U₂=220V容量提升约

1.5倍•传输容量100kVA•效率提高损耗降低约20%容量提升的关键在于传导容量的存在，使得自耦变压器能够以较小的体积和成本传输更大的功率，这在电压比接近1的应用场合尤为明显第四章等效电路分析构建等效电路模型，深入理解自耦变压器的电气特性与参数关系自耦变压器等效电路模型与普通变压器的区别自耦变压器的等效电路与双绕组变压器类似，但由于绕组共用的特殊结构，其参数分布有所不同漏抗分布励磁电抗电阻分量串联绕组和公共绕组各有自己的漏抗，分别励磁电抗Xm反映铁芯的磁化特性，与铁芯各绕组的直流电阻R₁和R₂反映铜损由记为X₁和X₂由于公共绕组承载两侧电材料、截面积和磁路长度有关自耦变压器于绕组用量减少，总电阻通常小于同容量双流，其漏抗的影响更为复杂的铁芯用量减少，但励磁特性基本相似绕组变压器等效电路参数说明R₁,X₁串联绕组的电阻和漏抗简化分析在实际工程计算中，常常将等效电路折算到一次侧或R₂,X₂公共绕组的电阻和漏抗二次侧，以便于分析电压降、功率损耗和效率等性能指标Rm,Xm励磁电阻和励磁电抗I₁,I₂一次和二次电流Im励磁电流U₁,U₂一次和二次端电压等效电路图示电路解析主要回路电压关系一次侧电流I₁流经串联绕组（R₁,一次端电压U₁等于串联绕组压降、公X₁）后进入公共绕组，在公共绕组节点共绕组压降和二次端电压U₂之和处与二次侧电流I₂汇合，形成公共绕组电流励磁支路并联在主磁通回路上的励磁支路（Rm,性能计算Xm）反映铁芯的磁化和损耗特性，励磁电流通常很小，约为额定电流的2-5%通过等效电路可以计算•电压调整率•短路阻抗•效率和损耗第五章性能特点与优势全面评估自耦变压器的技术优势与应用局限自耦变压器的优点体积小、重量轻制造成本低由于绕组部分共用，铜材和铁芯的用量大幅减少与同容量双绕组变压器相比，自材料用量的减少直接降低了制造成本在大容量、小变比的应用场合，成本优势尤耦变压器的体积可减少30-40%，重量降低25-35%，便于运输、安装和维护为明显据统计，自耦变压器的制造成本可比双绕组变压器低15-30%效率高、损耗小电压调节灵活铜损和铁损的减少使得自耦变压器的效率更高传导容量的存在进一步提升了能量通过在公共绕组上设置多个抽头，可以方便地实现电压的连续或分级调节这种调传输效率，实际运行效率可达98%以上，长期运行节能效果显著压方式结构简单、调节范围宽，特别适合需要频繁调压的场合阻抗电压较小容量利用率高由于漏抗减小，自耦变压器的短路阻抗通常较低，这有助于改善电压调整率，在负电磁容量和传导容量的叠加使得自耦变压器能够以较小的额定容量传输较大的功载变化时保持较稳定的输出电压率，容量利用率比双绕组变压器高出20-50%自耦变压器的缺点与限制无电气隔离安全性较低适用范围有限一次侧和二次侧通过公共绕组直接电连当一次侧发生故障（如绝缘击穿、接地故自耦变压器的优势在变比接近1时最为明接，没有电气隔离这意味着一次侧的高障）时，故障电压可能直接传递到二次显当变比过大（如大于2或小于

0.5）电压可能直接传递到二次侧，存在安全隐侧，危及负载设备和人身安全必须配备时，成本和体积优势减弱，甚至可能不如患在需要隔离保护的场合（如医疗设完善的保护装置和接地系统双绕组变压器因此主要应用于电压等级备、精密仪器供电）不宜使用接近的场合中性点接地问题短路电流较大在三相系统中，自耦变压器的中性点接地由于阻抗较小，发生短路时的短路电流较需要特殊处理一次侧和二次侧的中性点大，对断路器和保护设备的开断能力要求是电气相连的，接地方式的选择对系统的更高需要仔细校核短路容量，确保保护安全性和继电保护配置有重要影响设备能够可靠动作选型建议在选择自耦变压器时，必须综合考虑经济性、安全性和技术要求，权衡优缺点后做出决策第六章与双绕组变压器比较系统对比两种变压器的结构、性能与应用差异结构与功能对比双绕组变压器自耦变压器容量与效率对比容量利用分析以相同额定容量的变压器为例，假设变比为

1.5:1，额定容量为100kVA10015050%双绕组变压器自耦变压器容量提升传输容量（kVA）传输容量（kVA）相对提升幅度铜耗与铁耗比较应用场景对比双绕组变压器典型应用自耦变压器典型应用隔离要求高医疗设备、精密仪器供电调压需求实验室、生产线电压调节安全要求严防爆场所、民用建筑配电节能要求大容量配电系统改造变比范围大远距离输电、电压等级相差大的场合容量扩展电网升压、变电站容量提升需要防雷户外配电、易受雷击区域电机启动降压启动柜、软启动装置选择原则优先选择双绕组变压器的情况优先选择自耦变压器的情况•需要电气隔离保护•电压等级接近（变比

0.5-2之间）•

一、二次电压等级相差较大•需要频繁调压•安全标准要求隔离•追求高效率和低成本•雷击风险较高的区域•空间和重量受限第七章应用案例与注意事项从实际应用中学习自耦变压器的部署、运维与安全管理典型应用案例实验室电压调节电机降压启动应用背景大功率电机直接启动时冲击电流过大，影响电网稳定解决方案使用自耦降压启动器，启动时将电压降至额定值的65%，启动完成后切换至全压应用背景某高校电气实验室需要为不同实验提供0-250V可调电压实施效果启动电流降低至直接启动的42%，电网电压波动减小，启动设备成本比星三角启动方式低解决方案采用单相自耦调压器，额定容量5kVA，通过旋转手柄调节输出电压实施效果调压范围宽、操作简便，满足了多种实验需求，设备投资比传统可控硅调压器低40%配电系统电压调整安全操作与维护要点安全操作规范日常维护检查1注意无电气隔离风险一次侧和二次侧电气相连，操作时必须断开电源，严禁带电作业维修或调整时要确保两侧都已断电并验电温度监测2确保可靠接地定期检查绕组和铁芯温度，正常运行时温升不应超过允许值（通常65-80℃）自耦变压器的外壳、铁芯和中性点必须可靠接地接地电阻应符合规范要求（通常≤4Ω），定期检查接地连接3配置完善保护绝缘检查必须安装过流保护、短路保护、过压保护和接地保护保护装置的整定值应根据实际运行条件计算确定每年至少一次使用兆欧表测量绕组对地和绕组间的绝缘电阻，数值应大于规定标准4避免过载运行严格控制负载电流不超过额定值长期过载会导致绕组过热、绝缘老化，缩短使用寿命甚至引发事故接线检查检查所有接线端子是否紧固，有无氧化、发热、变色等异常现象发现问题及时处理清洁保养定期清除外壳和散热片上的灰尘，保持通风良好检查冷却系统（如有）是否正常工作负载匹配原则选择自耦变压器时，容量应为实际负载容量的

1.2-

1.3倍，留有适当余量同时要考虑负载的功率因数、启动特性等因素案例分析某工厂自耦变压器改造效果项目背景某机械制造厂原有一台双绕组变压器（630kVA，10kV/

0.4kV），随着生产扩大，容量不足考虑到厂区一次侧为10kV，二次侧需要6kV和

0.4kV两个电压等级，且6kV负载占比较大，决定将部分双绕组变压器改接为自耦变压器改造前（双绕组运行）改造后（自耦运行）•额定容量630kVA•额定容量630kVA（不变）•实际负载620kVA（接近满载）•传输容量约950kVA•空载损耗

1.8kW•实际负载880kVA（仍有裕量）•负载损耗

7.5kW•空载损耗

1.4kW•效率

97.2%•负载损耗

5.2kW•年运行时间8000小时•效率

98.1%•年电能损耗约74,400kWh•年运行时间8000小时存在问题•年电能损耗约52,800kWh改造效果容量裕度不足，无法满足新增负载需求；计划新购一台变压器，投资约35万元容量提升约50%，满足了新增负载；避免了新购变压器的投资；年节电21,600kWh经济效益评估1529%

1.5改造投资（万元）损耗降低幅度投资回收期（年）包括改接费用、保护装置升级等年电能损耗减少29%通过节电和避免新增投资计算结论该改造项目技术可行、经济合理，不仅解决了容量不足问题，还实现了显著的节能效果项目实施后运行稳定，未发生安全事故第八章总结与答疑回顾核心知识，解答疑问，巩固学习成果课程总结自耦变压器的结构与工作原理关键电磁关系与等效电路掌握了公共绕组和串联绕组的配置方式，理解了电压变比关系ka=k+1，以及电流在建立了磁动势平衡方程，分析了传导容量和电磁容量的关系，理解了容量提升的物理本各绕组中的分布规律能量传递既通过磁耦合又通过电连接，形成独特的传输机制质通过等效电路模型，能够计算电压降、损耗和效率等关键性能指标性能优势与应用领域安全注意事项与维护明确了自耦变压器在体积、重量、成本和效率方面的显著优势，同时也认识到无电气隔强化了安全意识，了解了操作规范、保护配置、日常维护和故障处理的要点能够根据离、安全性较低等局限性掌握了在调压、节能和容量扩展等领域的应用方法实际情况合理选择和使用自耦变压器，确保安全可靠运行核心要点回顾变比公式ka=N₁+N₂/N₂=k+1适用变比

0.5k2时效果最佳容量关系传输容量额定容量安全要求必须可靠接地和保护效率优势损耗降低20-30%应用场合调压、节能、容量扩展成本优势制造成本降低15-30%限制条件不适合高隔离要求场合互动答疑常见问题解答Q1:自耦变压器能否用于需要隔离的Q2:变比多大时自耦变压器最经济？Q3:自耦变压器的中性点如何接地？场合？答变比在

0.5-2之间（即电压比在2:1到1:2答在三相四线制系统中，自耦变压器的一次答不能自耦变压器的一次侧和二次侧电气之间）时，自耦变压器的经济性最好变比越侧和二次侧中性点是电气相连的，通常采用共相连，没有隔离作用在需要电气隔离的场合接近1，优势越明显变比过大时，优势减弱同接地方式接地点的选择需考虑系统的接地（如医疗设备、IT系统、防爆区域），必须使制式和继电保护配置用双绕组变压器典型故障分析与处理绕组过热异常噪声输出电压异常原因过载、散热不良、绕组匝间短路原因铁芯松动、电压过高、负载不平衡原因抽头接触不良、负载突变、电压波动处理检查负载电流，改善通风，测试绝缘电阻处理紧固铁芯，检查电压，平衡三相负载处理检查抽头接线，调整负载，加装稳压装置技术支持如遇到复杂问题，请联系设备制造商或专业技术人员进行诊断和处理定期培训和技术交流有助于提高故障处理能力致谢感谢各位学员的参与本次培训涵盖了自耦变压器的基本理论、设计原理、性能分析和实际应用，希望能够帮助大家全面理解这一重要的电力设备通过本课程的学习，您应该能够•准确描述自耦变压器的结构和工作原理欢迎后续交流与深入学习•计算变比、容量和效率等关键参数•分析自耦变压器与双绕组变压器的差异如有任何技术问题或需要进一步的培训资料，请随时联系我们期待与您在电力技术领域的持续交流和共同进步！•合理选择和应用自耦变压器•安全操作和维护设备后续学习建议深入学习电力变压器的保护和控制技术关注新材料、新工艺在变压器制造中的应用参与实际项目，积累工程经验定期参加技术培训和行业交流活动。