隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，除了普通雙繞組電力變壓器外，相應(yīng)地出現(xiàn)了適用于各種用途的特殊變壓器，雖然種類和規(guī)格很多，但是其基本原理與普通雙繞組變壓器相同或相似，不再作一一討論。本文主要介紹較常用的自耦變壓器的工作原理及特點。
一、自耦變壓器工作原理
1．結(jié)構(gòu)特點及用途
前面敘述的變壓器，其一、二次繞組是分開繞制的，它們雖裝在同一鐵心上，但相互之間是絕緣的，即一、二次繞組之間只有磁的耦合，而沒有電的直接聯(lián)系。這種變壓器稱為雙繞組變壓器。如果把一、二次繞組合二為一，使二次繞組成為一次繞組的一部分，這種只有一個繞組的變壓器稱為自耦變壓器，如圖所示?？梢娮择钭儔浩鞯囊弧⒍卫@組之間除了有磁的耦合外，還有電的直接聯(lián)系。由下面的分析可知，自耦變壓器可節(jié)省銅和鐵的消耗量，從而減小變壓器的體積、重量，降低制造成本，且有利于大型變壓器的運輸和安裝。在高壓輸電系統(tǒng)中，自耦變壓器主要用來連接兩個電壓等級相近的電力網(wǎng)，作聯(lián)絡(luò)變壓器之用。在實驗室常用具有滑動觸點的自耦調(diào)壓器獲得可任意調(diào)節(jié)的交流電壓。此外，自耦變壓器還常用作異步電動機的起動補償器，對電動機進行降壓起動。
圖 自耦變壓器工作原理
2．電壓、電流及容量關(guān)系
自耦變壓器也是利用電磁感應(yīng)原理工作的，當一次繞組u1u2兩端加交變電壓u1時，鐵心中產(chǎn)生交變的磁通，并分別在一次繞組及二次繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢e1及e1，它們也有下述關(guān)系
u1≈e1＝4.44fn1фm
u2＝e2=4.44fn2фm
故自耦變壓器的變比k為
當自耦變壓器二次繞組加上負載后，由于外加電源電壓不變，故主磁通近似不變，因此總的勵磁磁通勢仍等于空載磁通勢，即
可見流經(jīng)公共繞組中的電流總是小于輸出電流i2。當變比k接近于1時，則i1與i2的數(shù)值相差不大，即公共繞組中的電流i很小，因而這部分繞組可用截面積較小的導線繞制，以節(jié)約用銅量，并減小自耦變壓器的體積與重量。
自耦變壓器輸出的視在功率為s2=u2i2=u2（i+i1）=u2i+u2i1
從上式可看出，自耦變壓器的輸出功率由兩部分組成，其中u2i部分是依據(jù)電磁感應(yīng)原理從一次繞組傳遞到二次繞組的視在功率，而u2i1則是通過電路的直接聯(lián)系從一次繞組直接傳遞到二次繞組的視在功率。由于i1只在一部分繞組的電阻上產(chǎn)生銅損耗，因此自耦變壓器的損耗比普通變壓器要小，效率較高，因而較為經(jīng)濟。
理論分析和實踐都可以證明：當一二次繞組電壓之比接近于1時，或者說不大于2時，自耦變壓器的優(yōu)點比較顯著，當變比大于2時，好處就不多了。所以實際應(yīng)用的自耦變壓器，其變比一般在1.2～2.0的范圍內(nèi)。如在電力系統(tǒng)中，用自耦變壓器把110 kv、150 kv、220 kv和330kv的高壓電力系統(tǒng)連接成大規(guī)模的動力系統(tǒng)。自耦變壓器的缺點在于：一、二次繞組的電路直接連在一起，造成高壓側(cè)的電氣故障會波及到低壓側(cè)，這是很不安全的，因此要求自耦變壓器在使用時必須正確接線，且外殼必須接地，并規(guī)定安全照明變壓器不允許采用自耦變壓器結(jié)構(gòu)形式。自耦變壓器不僅用于降壓，也可作為升壓變壓器。
如果把自耦變壓器的抽頭做成滑動觸點，就可構(gòu)成輸出電壓可調(diào)的自耦變壓器。為了使滑動接觸可靠，這種自耦變壓器的鐵心做成圓環(huán)形，其上均勻分布繞組，滑動觸點由碳刷構(gòu)成，由于其輸出電壓可調(diào)，因此稱為自耦調(diào)壓器，其外形和原理電路如圖所示。自耦變壓器的一次繞組匝數(shù)n1固定不變，并與電源相連，一次繞組的另一端點u2和滑動觸點a之間的繞組n2就作為二次繞組。當滑動觸點a移動時，輸出電壓u2隨之改變，這種調(diào)壓器的輸出電壓u2可低于一次繞組電壓u1，也可稍高于一次繞組電壓。如實驗室中常用的單相調(diào)壓器，一次繞組輸入電壓u1＝220v，二次繞組輸出電壓u2＝0～250v，在使用時，要注意：一、二次繞組的公共端u2或u2接中性線（零線），u1端接電源相線（火線），u1端和u2端作為輸出。此外還必須注意自耦調(diào)壓器在接電源之前，必須把手柄轉(zhuǎn)到零位，使輸出電壓為零，以后再慢慢順時針轉(zhuǎn)動手柄，使輸出電壓逐步上升。
圖 自耦調(diào)壓器