灯光节能7KVA环形自耦变压器
7KVA toroidal autotransformer for economize energy of lamp

由于电力供应紧张，发电厂的建设总是滞后于用电的发展。因此世界各国都对节约用电采取各种措施。如商场、超市的照明，夜景观光照明等场所，都是用电大户，而且有的地方如地铁、隧道、大型超市等都要24小时日夜照明，用电量十分惊人，每个月的电费支出也是一笔十分可观的数目，如果能采取节能的措施，一定可以收到很好的效果！所以节能已作为一项基本国策之一。
例如某商场铺面有40W日光灯140只，加上每只镇流器损耗10W，总的有功功率P
P=140×（40+10）=7000W。
因日光灯电路的功率因数较低，现假定已采用并联电容器的方式，使电路的功率因数接近于1。现对该铺面照明采取节能措施，用一台7kVA自耦变压器，使照明电路降压运行，变压器规格为：
输入 220V50Hz
输出 0-180-200-220V 31.4A

图1所示为本方案的电原理图，当总负载RL接在220V输出端时，负载电阻RL为：

当负载电阻RL不变，并将此负载电阻RL接到200V档上时，负载电流IL为

此时的负载功率P为
P=U2IL2=200×28.6=5720w，
比原来减少7000-5720=1280W，节能约20%。
若将此负载RL接到180V档上时，负载电流IL为：

此时的负载功率P为
P=U3IL3=180×25.7=4630W，
比原来减少7000-4630=2370W，节能减少35%。
现以上述负载RL接在200V档时计算，每小时可节电1.3度，如果是日夜24小时照明，那么每日节电24×1.3=31.2度，每月节电30×31.2=936度。
每月节约电费：（居民用电为0.61元/度，工业用电为1.2元/度）
936×1.2=1123.2元
如果按年度来计算，节约的电费就是一笔不小的数目了。
此自耦变压器的标称容量虽很大，但实际容量却很小。现对上述负载RL接在三种不同电压上时的外部条件，对变压器中通过的电流也分三种情况予以分析：
条件一
当负载RL接在220V端子时，输入和输出电压相等，所以变压器不起作用，线圈中仅有空载电流I0而已。
条件二
当负载RL接在200V端子上时，200V的输出电流I2=28.6A。输出功率P=5720W，初级电流

条件三
当负载RL接在180V端子上时，180V的输出电流I3=25.7A，输出功率P=4630W，初级电流

从变压器的原理可知，变压器的输入电流I1和输出电流I2方向相反。见图1上的箭头所示。在上述条件二，输入220V接在变压器绕组的A-D两端，输出200V接在绕组的A-C两端，此绕组的A-C段是自耦变压器的公共部位，绕组在这一段中的电流IAC：
IAC=I2-I1=28.6-26=2.6A，
而C-D段的电流ICD=I1=26A。
在条件三中，输入220V仍接在绕组的A-D两端，输出180V接在绕组的A-B两端，此绕组的A-B段是自耦变压器的公共部位，绕组在这一段中的电流IAB。
IAB=I3-I1=25.7-21=4.7A，
而在B-D段的电流IBD=I1=21A。
根据以上分析，此自耦变压器绕组的各段电流在最大的情况下：
IAB=4.7A，
IBC=21A，
ICD=26A。
变压器的实际容量PT为：
PT=UAB·IAB=180×4.7=846VA，
或 PT=UAB·IBD=40×21=840VA。
即相当于一个840VA的双绕组变压器容量，所以可按840VA来选择铁心。

自耦变压器设计步序：

1选择铁心
因环形铁心的成本低、体积小，所以采用50Hz环形铁心。
铁心截面积SC

取环形铁心的内径φ=70mm，外径φ=130mm，高度H=80mm。
即OD70/130×80，材料取向硅钢DQ151-35
SC=3×8×0.95=22.8cm2。
磁路长度lc=31.4cm。
铁心重量GC=SClc×7.7×10-3=22.8×31.4×7.7×10-3=5.51kg。

2绕组220V匝数N


3每伏匝数TV


4绕组上两个抽头的匝数
180V抽头匝数N=UTv=180×1.182=213t，
200V抽头匝数N=UTv=200×1.182=237t。
将计算所得的各点匝数标到图1电原理图上。
5 A-B段导线直径d

6 B-D段导线
由于B-D段的电流大，匝数不多，不宜用单根导线加工，可以用多根导线并联，便于加工，绕组的B-C段与C-D段的电流虽有差别，但相对不大，可以用相同的导线绕制，先求导线的截面积S

查漆包线导线表：
用3根QE-2.24漆包线，
总截面积S=3×3.941=11.82mm2；
或者用4根QE-1.90漆包线，
总截面积S=4×2.835=11.34mm2。
由于导线很粗、匝数少，可以采用手工穿绕工艺，用3根或者4根导线绕制，视各厂生产工艺自行决定，本案采用3根QZ-2.24漆包线绕制。
7绕组排列
①将铁心上下边缘倒角。
②铁心上下端面加0.2mm厚的绝缘衬垫。
③铁心四周用0.05×10薄膜穿心搭1/2包2层。
④在铁心上下四周的圆角上粘贴一层电工胶带。
⑤先用QZ-1.60漆包线在铁心四周沿内径排齐绕213t，约2层，本线引出，头为A，尾为B。
⑥在绕组A-B上用0.05×10薄膜穿心搭1/2包1层。
⑦用QZ-2.24漆包线单根绕0-24-47t将起头放在B端，绕到24t时引出头为C，再连续绕23t即为尾端D。
⑧在B-C-D的位置上，用QZ-2.24漆包线再同样绕二次。即在B-C-D的位置上有三根QZ-2.24漆包线并联。
⑨用无碱玻璃布带穿心将绕组包扎牢固。
8在变压器的上下，装上底座和盖板，中间垫以耐热橡皮垫圈，中心用M6×110螺钉紧固。
9在盖板上装六孔接线端子排见图3所示。

节能工作是当前一项重要任务，尤其在用电节能方面，可以采取各种措施。如白炽灯改用节能灯，降低电器产品的自身功耗等，而采用降压节能的方法简单易行，效果显著，值得推广。