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。
自耦變壓器概述
自耦的耦是電磁耦合的意思，普通的變壓器是通過原副邊線圈電磁耦合來傳遞能量，原副邊沒有直接電的聯(lián)系，自耦變壓器原副邊有直接電的聯(lián)系，它的低壓線圈就是高壓線圈的一部分。
通信線路的防護設備中也會使用自耦變壓器等保護設備。
自耦變壓器是指它的繞組是，初級和次級在同一條繞組上的變壓器。根據(jù)結構還可細分為可調壓式和固定式。
自耦變壓器是根據(jù)電磁感應現(xiàn)象中的自感現(xiàn)象制成的，它主要作用調節(jié)電壓高低。
自感電動勢是由于通過線圈本身的電流產(chǎn)生變化，使得穿過線圈的磁通發(fā)生變化而引起線圈兩端產(chǎn)生的電動勢。因為感應電動勢的高低與線圈的匝數(shù)成正比例，所以整個線圈中的局部繞組產(chǎn)生的電動勢一定低于全部繞組產(chǎn)生的電動勢。如果把局部繞組和全部繞組分別作為初級和次級，就構成了自耦變壓器。同樣，改變兩部分繞組的匝數(shù)比也就改變了變壓比。
自耦變壓器結構簡單，成本低。制成的自耦調壓器、自耦降壓補償器等被廣泛使用。但是由于自耦變壓器的初、次級在電路上沒有實現(xiàn)隔離，安全性能不高。所以在要求使用安全電壓的場所，被禁止使用自耦變壓器。
一、自耦變壓器工作原理
1．結構特點及用途
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。可見自耦變壓器的一、二次繞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)絡變壓器之用。在實驗室常用具有滑動觸點的自耦調壓器獲得可任意調節(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。
2．電壓、電流及容量關系
自耦變壓器也是利用電磁感應原理工作的，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)生感應電動勢E1及E1，它們也有下述關系
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。所以實際應用的自耦變壓器，其變比一般在1.2～2.0的范圍內。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，造成高壓側的電氣故障會波及到低壓側，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構形式。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，就可構成輸出電壓可調的自耦變壓器。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，滑動觸點由碳刷構成，由于其輸出電壓可調，因此稱為自耦調壓器，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壓器在接電源之前，必須把手柄轉到零位，使輸出電壓為零，以后再慢慢順時針轉動手柄，使輸出電壓逐步上升。
