【正文】 示 ? 由于鐵心磁導率比空氣大得多，所以磁通絕大部分通過鐵心而閉合，同時匝鏈繞組 N1和 N2的這部分磁通稱主磁通或互感磁通，以 Φ表示。 一、空載運行的電壓平衡式 圖 5一 3是鐵心式雙繞組（一、二次繞組匝數(shù)分別為 N1和N2）變壓器的空載運行示意圖。鐵殼式一般用于小功率變壓器。鐵心式變壓器的低壓繞組在內(nèi)（其電壓較低，容易與鐵心絕緣）高壓繞組在外，見圖 5一 1(a)。變壓器的繞組是用紗包線或高強度漆包的扁銅或圓銅線繞成。 ? 2 ? 一般情況下，變壓器一、二次繞組圈數(shù)不等，電壓不同。 卷環(huán)式硅鋼帶在順著碾壓方向上有著較高的導磁率和較低的比損耗，因此目前很多變壓器都采用卷環(huán)式，如圖5一 2所示。航空上常用 0. 2 mm或 0. 08 mm的冷鋼片。 變壓器鐵心主要是用作磁路，同時亦用來支承繞組。本章重點對單相變壓器予以介紹。 ? 以冷卻方式分： 有空氣冷卻的干式變壓器、油冷式和油浸式，航空上多用干式；地面大容量變壓器采用油浸式。 ? 以用途分： 有電源變壓器、調(diào)壓變壓器、脈沖變壓器，還有參數(shù)變壓器及其它特殊變壓器。所以又必須用配電變壓器把電壓降低到用戶所需的電壓。將 1kV以下稱作低壓。為了降低供電線路電能的損失，粗常采用高壓輸電。 ? 第 五 章 變 壓 器 51概述 ? 建筑用電的來源主要有兩個，一種是通過國家電力系統(tǒng)，示意圖如圖51所示；另一種是自備發(fā)電機。因為當輸送的電功率及功率因數(shù)一定時，電壓越高，電路電流越小，在線路電阻一定時，損耗就越小。 在電力系統(tǒng)中，變壓器是一種重要的電氣設備。第 五 章 變 壓 器 51概述 變壓器是一種靜止的電氣設備。它把一種電壓和電流的交流電能轉(zhuǎn)換成頻率相同的另一種電壓和電流的交流電能。因為發(fā)電機是旋轉(zhuǎn)電機，電壓不宜過高（大容量發(fā)電機的容量一般為 10. 5 kW20 kW)，而要把大功率的電能從發(fā)電廠輸送到遠距離的用電廠，最好采用高電壓輸電，以減小輸電線路的用線量和功率損耗。為此必須用輸電變壓器將發(fā)電機發(fā)出的電壓升高到輸電電壓（例如可高達500 kV）。前者為主，因為容量大，效率高、成本低。而用戶為了安全采用低壓電。 第 五 章 變 壓 器 51概述 但一般用電裝置并不需要如此高的電壓，如大型動力用電為 10 kV或 6 kV；小型動力用電為 380 V/220 V電扇、照明、收音機等用 220 V或 110 V；車床照明用電為 36 V低壓。 現(xiàn)代多數(shù)飛機采用了交流供電，主電網(wǎng)為 208 V/115 V、 400 ，飛機電網(wǎng)中要求的電源電壓也各不相同，如陀螺儀及機上照明為 36 V,通訊、雷達、控制保護等設備所用的電壓種類則更多了，此外還需要用變壓整流器獲得各種電壓的直流電等，這些都要依靠變壓器來完成 第 五 章 變 壓 器 51概述 ? 變壓器的種類很多，可按用途、結(jié)構(gòu)、冷卻方式和相數(shù)來分類。 ? 以結(jié)構(gòu)分： 有鐵心式、鐵殼式和卷環(huán)式三種，航空上多用卷環(huán)式。 ? 按相數(shù)分： ? 有單相和三相。 第 五 章 變 壓 器 51概述 單相變壓器主要由鐵心和繞組兩部件組成。通常鐵心用硅鋼片疊裝而成，硅鋼片厚度一般為0． 35 mm0. 5 mm，鋼片表面有氧化膜或絕緣漆作為片間絕緣以減少渦流。 硅鋼片形狀有兩邊不等長的 Л形、條形和 E形，它們均交錯相疊，使其相鄰兩片間的接縫錯開，這可減少鋼片接縫處的磁阻，如圖 5一 1所示。 繞在變壓器鐵心上的線圈，稱為變壓器的繞組，接在交流電源的繞組稱為一次繞組（過去稱原邊繞組或初級繞組），接有負載的繞組稱為二次繞組（過去稱為副邊繞組或次級繞組）。如果一次電壓高于二次電壓，稱為降壓變壓器，反之稱為升壓變壓器。 ? 鐵心式變壓器的繞組繞在兩個鐵心柱上（繞組包圍鐵心），故稱鐵心式。 鐵殼式變壓器的高、低壓繞組交替放置，一起繞在中間鐵心柱上（鐵心包圍繞組），故稱鐵殼式，見圖 5一 1(b)。 52單相變壓器的空載運行 變壓器的空載運行是指一次繞組接于電源，而二次繞組開路時的狀態(tài)。當一次繞組接到交流電源的電壓 u1時，就有空載電流 i0流過，產(chǎn)生空載磁動勢 io N1，由此在磁路中產(chǎn)生交變磁通。主磁通在兩個繞組中分別感應出主電動勢 e1,和 N1,和 N2不等，主感應電動勢 e1,和 e2就不等，那么 u1和 u20也不等，這就達到變壓的目的。 ? 可以看出，能量傳遞是以主磁通 Φ作為媒介的；另有很少一部分磁通經(jīng)過空氣閉合，它只匝鏈一次繞組 N1，并感應漏電動勢 eσ1。另外，如果忽略鐵心部分的磁阻，則 Φ σ1的磁路的磁阻是不變的?？墒紫却_定磁通 Φ的參考正方向，繞組上的電動勢 e1,e2和 eσ1與空載電流 i ０ 正方向取為相同，它們與磁通 Φ的正方向 ? 符合右手螺旋法則． ? 在一次邊規(guī)定空載電流 i０ 與外加電壓 u１的正方向一致，即把一次繞組當作一個用電“負載”。 第 五 章 變 壓 器 52變壓器的空載運行 ? 二次繞組的空載端電壓 u2o由電動勢 e2產(chǎn)生，采用發(fā)電機慣例確定的正方向如圖 53所示（有負載時，從負載上看 i2與 u2的正方向一致），可列出空載二次邊電壓平衡式 ? u20＝ e2 （ 5一 lb) ? 若電壓、電動勢及電流均為正弦交變量，則可列出用相量表示的空載一二次邊電壓平衡式 ? 217。1200。0r1 （ 5一 2) ? 217。2 ? 注意上述各物理量的正方向可以人為任意規(guī)定的，規(guī)定正方向不同，對應電壓平衡式中物理量的符號則不同。 第 五 章 變 壓 器 52變壓器的空載運行 ? 二、電動勢及空載電流的分析 ? ? 實際變壓器的繞組電阻、漏磁通和鐵心損耗都是很小的，為了簡化分析問題，先忽略這些次要因素，即認為空載時一次繞組為理想純感性繞組。電源電壓加在 ? 純電感的一次繞組上，故產(chǎn)生純感性的空載電流i。＝ 2Ⅰ 0 sin ω t （ 5一 4）｝ ? 第 五 章 變 壓 器 52變壓器的空載運行 ? 空載電流 i。根據(jù)電磁感應定律由主磁通感應產(chǎn)生的一、二次主電動勢瞬 ? 時值分別為 ? e1＝一 N1d Φ /dt＝一 N1 Φ mcos ω t＝ 2E1sin（ ω t一900） ? e2＝一 N2一 N1d Φ /dt –ωN2 Φ m mcos ω t＝ 2E2sin (ω t一 900） (56) ? 式中， E1， E2分別為一、二次主電動勢的有效值，由上式可得 ? E1=2πf1N1 Φ m/ 2= N1 Φ m （ 5一 7) ? E2=2πf1N2 Φ m/ 2= N2 Φ m ? 式中： Φ m的單位為 Wb。 E的單位則為 V. ? 根據(jù)以上分析可以得出以下結(jié)論： 第 五 章 變 壓 器 52變壓器的空載運行 ? (1)假設 r1=0， Eσ1=0時，由 (5一 2)式可得出 ? U1≈E1＝ f1 N1 Φ m （ 5一 8) ? 此式表明，在 f1和 N1一定時，主磁通 Φ m的大小取決于電源電壓的大小，而與鐵心材料的導磁性能、飽和程度、尺寸大小無直接關(guān)系。1和 200。用相量表示上述各量之間的關(guān)系如圖 54(b)所示。1和 200。 U1方向與 200。各物理量瞬時波形圖見圖 5一 4(a)。上式說明變壓器空載運行時，一、二次邊電壓之比等于繞組匝數(shù)之比，欲便一、二次邊有不同的電壓，只需兩繞組有不同的匝數(shù)。0900 ，其有效值為 : E σ1=1/(2)1/2 (2)1/2 I0 ωL1= I0 ωL1=I0x1 ? 式中 x1= ωL1 為一次繞組的漏電抗。1 =j204。1 = j204。 第 五 章 變 壓 器 52變壓器的空載運行 ? 5a ? 當變壓器外加正弦電源電壓 u1時。本節(jié)將分析主磁通按 ? 正弦規(guī)律變化時，空載電流 i０的三種變化規(guī)律。在 5一 5(a)的右圖中可畫出 Φ＝ f(ωt) 按正弦規(guī)律變化的曲線， 取圖 Φ在不同 ωt時的值，對應左圖不同值的 i0,再將每個 i0逐點描到右圖上，成為i0=f(ωt)的曲線?？捎蒙厦嫦嗤姆椒?，得到 Φ＝ f(ωt) 按正弦規(guī)律變化的曲線，如圖５－５（ b）右圖所示．從曲線可以看出， i0的變化曲線是個尖頂波，但仍與 Φ同相位，它們均滯后電源電壓 u1900．對這個尖頂波在工程上經(jīng)常采用等效正弦波 i01來代替它，等效正弦波的有效值等于原波有效值，而頻率等于原波基波 的頻率，其平均功率等于原基波的平均功率． 效果演示 第 五 章 變 壓 器 52變壓器的空載運行 ? （３）磁路飽和，考慮鐵損時：交變磁場引起的鐵損耗包括磁滯和渦流兩部分．當磁路飽和并考慮磁滯時，磁化曲線變成磁滯回線，如圖5一 5(c)的左圖所示。０ =204。oa (511) ? 其中：鐵耗電流 ioa是很小的，磁化電流 204。o的主要成分，即 204。oμ ． 效果演示 第 五 章