自耦变压器降压启动是指电动机启动时利用自耦变压器来降低加在电动机定子绕组上的启动电压。待电动机启动后，再使电动机与自耦变压器脱离，从而在全压下正常运动。采用自耦变压器降压启动，电动机的启动电流 及启动转矩与其端电压的平方成比例降低，相同的启动电流的情况下能获得较大的启动转矩。如目前 8000kW主流救助船舶侧推启动器选择变压器抽头电压降至额定电压的45%，其启动电流为全压启动电流的20.25%，启动转矩为全压启动转矩的20.25%。

自耦降压起动电路不能频繁操作，如果启动不成功，第二次起动应间隔几分钟以上，连续两次起动后，应最少半小时后再次启动运行，这是为了防止自耦变压器绕组内启动电流太大而发热损坏自耦变压器的绝缘。

在一个闭合的铁芯上绕两个或以上的线圈，当一个线圈通入交流电源时（就是初级线圈），线圈中流过交变电流，这个交变电流在铁芯中产生交变磁场，交变主磁通在初级线圈中产生自身感应电动势，同时另外一个线圈（就是次级线圈）中感应互感电动势。通过改变初、次级的线圈匝数比的关系来改变初、次级线圈端电压，实现电压的变换，一般匝数比为1.5：1~2：1。因为初级和次级线圈直接相连，有跨级漏电的危险。所以不能作行灯变压器。

1.自耦变压器是输出和输入共用一组线圈的特殊变压器，升压和降压用不同的抽头来实现，比共用线圈少的部分抽头电压就降低，比共用线圈多的部分抽头电压就升高。

⒉其实原理和普通变压器一样的，只不过他的原线圈就是它的副线圈。一般的变压器是左边一个原线圈通过电磁感应，使右边的副线圈产生电压，自耦变压器是自己影响自己。

⒊自耦变压器是只有一个绕组的变压器，当作为降压变压器使用时，从绕组中抽出一部分线匝作为二次绕组；当作为升压变压器使用时，外施电压只加在绕组的—部分线匝上。通常把同时属于一次和二次的那部分绕组称为公共绕组，自耦变压器的其余部分称为串联绕组，同容量的自耦变压器与普通变压器相比，不但尺寸小，而且效率高，并且变压器容量越大，电压越高．这个优点就越加突出。因此随着电力系统的发展、电压等级的提高和输送容量的增大，自耦变压器由于其容量大、损耗小、造价低而得到广泛应用。

自耦变压器副边绕组是原边绕组的一个组成部分，这样的变压器看起来仅有一个绕组，故也称 “单绕组变压器”。原副边耦合电感可根据电路理论中异名端相连的三端耦合电感进行解耦。在原边施加电压且副边短路，或副边施加电压且原边短路，均可求得归算至自耦变压器原边或副边的等效漏抗 。自耦变压器是初、次级无须绝缘的特种变压器，即输出和输入共用一组线圈的特殊变压器。或者说，初级和次级在同一条绕阻上的变压器。

⑴由于自耦变压器的计算容量小于额定容量。所以在同样的额定容量下，自耦变压器的主要尺寸较小，有效材料（硅钢片和导线）和结构材料（钢材）都相应减少，从而降低了成本。有效材料的减少使得铜耗和铁耗也相应减少，故自耦变压器的效率较高。同时由于主要尺寸的缩小和质量的减小，可以在容许的运输条件下制造单台容量更大的变压器。但通常在自耦变压器中只有k≤2时，上述优点才明显。

⑵由于自耦变压器的短路阻抗标幺值比双绕组变压器小，故电压变化率较小，但短路电流较大。

⑶由于自耦变压器一、二次之间有电的直接联系，当高压侧过电压时会引起低压侧严重过电压。为了避免这种危险，一、二次都必须装设避雷器，不要认为一、二次绕组是串联的，一次已装、二次就可省略。

⑷在一般变压器中。有载调压装置往往连接在接地的中性点上，这样调压装置的电压等级可以比在线端调压时低。而自耦变压器中性点调压侧会带来所谓的相关调压问题。因此，要求自耦变压器有载调压时，只能采用线端调压方式。

自耦变压器优点

降压起动器中的自耦变压器的变压比是固定的，而接触式调压器的变压比是可变的。自耦变压器与同容量的一般变压器相比较，具有结构简单、用料省、体积小等优点。尤其在变压比接近于1的场合显得特别经济，所以在电压相近的大功率输电变压器中用得较多，此外在10千瓦以上异步电动机降压起动器中得到广泛使用。但是，由于初次级绕组共用一个绕组，有电的联系，因此在某些场合不宜使用，特别是不能用作行灯变压器。自耦变压器与普通的双绕组变压器比较有以下优点：

1)消耗材料少，成本低。因为变压器所用硅钢片和铜线的量是和绕组的额定感应电势和额定电流有关，也即和绕组的容量有关，自耦变压器绕组容量降低，所耗材料也减少，成本也低。

2)损耗少效益高。由于铜线和硅钢片用量减少，在同样的电流密度及磁通密度时，自耦变压器的铜损和铁损都比双绕组变压器减少，因此效益较高。

3)便于运输和安装。因为它比同容量的双绕组变压器重量轻，尺寸小，占地面积小。

4)提高了变压器的极限制造容量。变压器的极限制造容量一般受运输条件的限制，在相同的运输条件的限制，在相同的运输条件下，自耦变压器容量可比双绕组变压器制造大一些。

自耦变压器缺点

在电力系统中采用自耦变压器，也会有不利的影响。其缺点如下：

1)使电力系统短路电流增加。

由于自耦变压器的高、中压绕组之间有电的联系，其短路阻抗只有同容量普通双绕组变压器的(1-1/K)平方倍，因此在电力系统中采用自耦变压器后，将使三相短路电流显著增加。又由于自耦变压器中性点必须直接接地，所以将使系统的单相短路电流大为增加，有时甚至超过三相短路电流。

2)造成调压上的一些困难。

主要也是因其高、中压绕组有电的联系引起的自耦变压器可能的调压方式有三种，第一种是在自耦变压器绕组内部装设带负荷改变分头位置的调压装置；第二种是在高压与中压线路上装设附加变压器。而这三种方法不仅是制造上存在困难，不经济，且在运行中也有缺点(如影响第三绕组的电压)，解决得都不够理想。

3)使绕组的过电压保护复杂。

由于高、中压绕组的自耦联系，当任一侧落入一个波幅与该绕组绝缘水平相适应的雷电冲击波时，另一侧出现的过电压冲击的波幅则可能超出该绝缘水平。为了避免这种现象的发生，必须在高、中压两侧出线端都装一组阀型避雷器。

4)使继电保护复杂。

尽管自耦变压器存在着一定的缺点，但各国还是非常重视自耦变压器的应用，主要是与电力系统向大容量高电压的发展是分不开的，随着容量增大，电压升高，自耦变压器的优点就更为显著。

自耦变压器在不需要初、次级隔离的场合都有应用，具有体积小、耗材少、效率高的优点。常见的交流（手动旋转）调压器、家用小型交流稳压器内的变压器、三相电机自耦减压起动箱内的变压器等等，都是自耦变压器的应用范例。

随着电力系统向大容量、高电压的方向快速发展，自耦变压器以低成本、高效率等特点，被广泛应用于高压电力网络中，成为传递重要电能的电压转换设备。作为高压电网中最重要的设备之一，自耦变压器对于确保电网安全可靠运行、灵活分配电能有重大意义。

随着高铁的快速发展，自耦变压器的可靠性对高铁的安全运行至关重要。而直击雷、接触网异物等引起高铁短路跳闸事故频发，其产生的短路冲击电流极易引起自耦变压器绕组故障，大大降低了变压器运行的可靠性，严重影响高铁安全运行。

自耦变压器中和变压器

中和变压器（Neutralizing Transformer）：降低强电线对通信线产生影响的一种装置。它的次级线圈个数与通信导线数相同，并且直接串入通信导线；它的初级线圈串接入两端接地的领示线。这样强电线与领示线中的电流，会对通线线路产生相应的对地电位。它改变了通信导线的电位分布情况，确保通信线路沿线的对地电位都不超过限定值。这种串接的方法不会改变通信线路的对地绝缘，同时起到了保护通信线路的作用。它的缺点就是需要多加一根领示线。

自耦变压器屏蔽变压器

屏蔽变压器（Reduction Transformer）：屏蔽变压器又称为降低变压器。它的工作原理和中和变压器是相同的，用于通信电缆保护。它的次级钱圈是一个总体，由一段缆心或电缆本身的缆心绕成，不需要对导线单独设置次级线圈；而它的初级线圈由绝缘铜线绕成，直接串接在电缆的外皮中。

自耦变压器分隔变压器

分隔变压器（Isolating Transformer）：防止强电线对通信线产生影响的一种保护装置。又称为绝缘变压器。它的工作原理是把变比1:1的初、次级线圈分别插接到一对通信导线上，这样将导线分隔为多段，降低了导线上的感应纵电势，对通信线路起到了保护作用。适用于音频通信线路，但使用分隔变压器的通信线路上不能进行直流测试和传送直流信号了。

自耦变压器吸流变压器

吸流变压器（Booster Transformer）：它是用在交流电气化铁路供电系统上的，是用来降低对邻近通信线路影响的一种器件。它会把原来逸入大地的电流强行吸附到专门架设的回流线上，并将电流引入牵引变电站。既节能降耗，又对通信线路起到了保护作用 。

铁心和绕组是变压器的核心结构，是变压器的电磁耦合的关键，决定了变压器的基本性能，所以首先确立铁心和绕组的结构就大体确立了整个变压器的框架。

卷铁心自耦变压器AT供自耦变压器原理

AT供自耦变压器是用在牵引供电系统中的一种特殊的单相变压器。自耦变压器与普通电力变压器的区别是一、二次绕组之间除了有磁的耦合外，还有电的直接联系。正因为如此，在传输容量相同的条件下，自耦变压器与普通的电力变压器相比，尺寸更小，效率更高。

AT供单相自耦变压器绕组电路连接关系如图2-1所示，其中AB绕组是串联绕组；CD绕组是为高压侧和低压侧共有的，通常称为公共绕组 。

卷铁心自耦变压器AT供自耦变压器卷铁心

（1）铁心结构及尺寸

1) 铁心结构选择

AT自耦变压器是单相变压器，这种大容量的单相变压器的铁心一般采用单相双框式或者是单相单框式。单相双框式结构铁心、绕组及油道设置如图2-2所示，两个部分的铁心独立绕制；单相单框式结构铁心、绕组及油道设置如图2-3所示。其各自的优势劣势如下：

单相双框式铁心

优势：绝缘垫块、压块结构简单； 运输方便

劣势：拼合难度大；线圈高度高，加上端部绝缘部分，圈制造造成困难；抗短路能力较弱

单相单框式铁心

优势：抗短路能力强；绕组分散，利于散热

劣势：线圈绕制的工作量翻倍；对线引线更复杂

综合考虑两种铁心结构优缺点，尤其是单相单框式结构在抗短路能力上的优势，采用单相单框式铁心结构。

2) 铁心直径

铁心直径选取是否合理，将直接影响变压器的材料消耗、变压器重量、体积、成本、运输及主要性能指标。如果铁心直径选取过大时，变压器的重量将会增加，空载损耗增加，这样运输成本也会增加，变压器的外形也更加矮胖，而导线重和负载损耗会减小。如果变压器铁心直径选取过小，会得到相反的结果。

3）铁心材料

铁心作为变压器的骨架和导磁构件，其性能至关重要，而变压器铁心的性能又主要是由其材料所决定。为使变压器性能达到要求，铁心材料必须满足两点要求：

第一，材料要有较高的磁导率，这样在同样的磁通密度下，传导的磁通量就大，所需的铁心材料就少，变压器铁心的体积和重量也较小，相对而言可节省硅钢片、铜线和绝缘材料，方便运输节省成本；

第二，材料的单位损耗要低，变压器的空载损耗是由铁心的材料所决定的，单位损耗越低，相应的空载损耗就越低，同时损耗产生的温升也降低，对变压器的性能就有显著提升。目前，变压器铁心材料多使用硅钢片，而硅钢片按生产工艺分为冷轧硅钢片和热轧硅钢片，冷轧硅钢片又分为晶粒有取向和晶粒无取向硅钢片，不同硅钢片材料的特点和性能如表2.3所示。

经过上表中的硅钢片的性能比较，虽然工艺相对较复杂，但冷轧硅钢片在损耗方面具有较大优势，采用取向高导磁硅钢片 。

（2）加工工艺

由于卷铁心的结构和叠铁心结构的区别，所以卷铁心的制造过程同叠铁心相比也有本质的不同。叠铁心和卷铁心的基础材料都是硅钢片，叠铁心通过不同大小的硅钢片堆叠而成，卷铁心通过集中宽度不同的硅钢片卷绕而成。按铁心层内有无接缝，卷铁心又分为切断和不切断两种结构。其中切断结构多用于柱截面为矩形或者是椭圆形的铁心，适用于三相五柱式铁心；不切断结构铁心柱截面为正圆形或者R形，多用于单柱式或双柱式铁心。本文中的自耦变压器结构采用单柱式结构，卷铁心采用不切断及无接缝结构，其卷绕过程是连续的，整个铁心的磁化方向与硅钢片的轧制方向也一致，磁路各路磁通分布均匀。理想退火情况下，单相卷铁心的工艺系数可以达到1.02，励磁电流相对于叠铁心可以降低75%左右。

卷铁心的制造过程可分为如下几个部分：

1）纵剪开料

按照设计要求纵剪合适宽度后，在折线开料机上开料。开料机在调试使用当中可能出现料带跑偏、料带卷边、料带毛刺，送收料同步、刀头微动精度等问题。

2）卷绕

将心模板安装在支撑轴上，绕后将开好的料带按照设计图纸逐条卷绕在心模板上。卷绕过程中要解决平面齐整度、料带导向、张力控制、卷绕锁制、心模脱卸等诸多问题。

3）卸料翻转

铁心重量重达好几吨，需要设计工装解决铁心重量从支撑轴转移并翻转问题。

4）退火

退火工艺曲线关乎退火成败，正空度、温升速度、分几个阶段升温、保温温度、保温时间、降温速度、充氮气时刻等多个参数都举足轻重。真空度不够，硅钢片表面将被氧化，升温速度过快硅钢片将产生应变，铁心变形，退火效果大打折扣，升温速度过慢则浪费能源增加费用，保温时间类同。

5）铁心拼装

将两半铁心拼合，中间设置油道，安装铁心拉板及夹件，安装支撑的木件，并用绿绑带捆扎为一体 。

卷铁心自耦变压器AT供自耦变压器绕组结构

变压器绕组结构大体上可以分为两类，层式绕组和饼式绕组。层式绕组又称为圆筒式绕组，其中应用最为广泛的是双层及多层圆筒式绕组，其结构简单，常用于35kV及以下的中小型油浸式变压器，构成整个绕组的材料及零部件有导线、厚纸筒、端绝缘、层绝缘、油道支撑、静电屏。虽然其制作简单，工艺性好，但端部支撑的稳定性不好，所有层式绕组，尤其是多层式绕组的雷电冲击性能好，在超高压变压器领域有所应用，但它的广泛应用受制于其轴向支撑的稳定性较差。饼式绕组包括连续式、纠结式、内屏蔽式、螺旋式以及更加复杂的交错式绕组，饼式绕组机械强度高，散热性好，在目前得到广泛的使用，其中的纠结式绕组和内屏蔽式绕组，可以增加绕组的纵向电容，改善绕组冲击电压的分布，冲击特性较好，适用于高电压等级的变压器。综合分析两种绕组结构，采用饼式绕组结构。

短路阻抗是变压器设计计算中的一个十分重要的参数，它的大小涉及到变压器的成本、效率、电压变化率、机械强度、短路电流大小等。对于大型变压器，短路阻抗的电阻分量所占的比重很小，所以短路阻抗的大小就由其电抗分量所决定。短路电抗主要由变压器的绕组布置方式、绕组连接方式所决定，而不同的绕组布置方式又决定了变压器的漏磁大小及分布规律，所以可以说短路电抗是由变压器的漏磁场大小及分布规律所决定的 。

自耦变压器降压启动是指电动机启动时利用自耦变压器来降低加在电动机定子绕组上的启动电压。待电动机启动后，再使电动机与自耦变压器脱离，从而在全压下正常运动。这种降压启动分为手动控制和自动控制两种 。