第二节
变压器的基本工作原理

一、变压器的空载运行

1.空载时的物理过程

变压器原绕组接入额定功率、额定电压的交流电源，副绕组开路时的运行状态称为 空 载运行 。

2.空载时的电磁关系

当原绕组接入交流电压为 的电源上时，原绕组便有空载电流 ，流过 建立空载磁动势 ，该磁动势产生空载磁通。为便于研究问题，把磁通等效地分成两部分 ：一部分磁通 沿铁芯闭合，同时交链原、副绕组，称为主磁通；另一部分磁通 主要沿非铁磁性材料（变压器油、油箱壁等）闭合，仅与原绕组交链，称为原绕组漏磁通。根据电磁感应定律可知，交变的主磁通分别在原、副绕组感应出电动势 和 ;漏磁通在原绕组感应出漏电动势 。

此外，空载电流还在原绕组电阻 r ₁ 上形成一个很小的电阻压降 。归纳起来，变压器空载时，各物理量之间的关系可表示如图3-8所示。

3.空载电流

空载电流有两个作用：一是建立空载时的磁场，即主磁通 和原绕组漏磁通 ；二是补偿空载时变压器内部的有功功率损耗。所以相应地可认为空载电流由无功分量和有功分量两部分组成，前者用来产生空载时的磁场，后者对应于有功功率损耗。在电力变压器中，空载电流的无功分量远大于有功分量，因此空载电流基本上属于无功性质的电流，通常称为励磁电流。空载电流的数值不大，变压器容量愈大，空载电流的百分数一般愈小。主变的空载电流大约为额定电流的0.3%。

空载电流的波形取决于铁芯主磁路的饱和程度。由于变压器接入额定电压时，铁芯处在近于饱和情况下工作，考虑到铁芯磁化曲线的非线性关系，根据外施电压为正弦波形，则主磁通也为正弦波曲线 Ψ = f （ t ），利用铁芯磁化曲线 Ψ = f （ i ₀ ），可用图解法求得波形为尖顶波的空载电流曲线 i ₀ = f （ t ）。

通常用一个等效正弦波空载电流代替实际的尖顶波空载电流，这时空载电流便可用相量 表示。将 分解为无功分量 和有功分量 与主磁通 同相位， 超前主磁通 为90°，故 超前 Φ _m 一个铁损耗角 α 。

二、变压器的负载运行

变压器原绕组接入额定功率、额定电压的交流电源，副绕组接上负载，此时副边有电流流过的运行状态称为负载运行。

变压器空载运行时，副边电流为零，原边只流过较小的空载电流 ，它建立空载磁动势 ，作用在铁芯磁路上产生主磁通 ，主磁通在原、副绕组分别感应出电动势 和 。电源电压 与原绕组的反电动势- 和原绕组漏阻抗压降 相平衡，此时变压器处于空载运行时的电磁平衡状态。

当副绕组接上负载，副边流过电流 ，建立副边磁动势 ，这个磁动势也作用在铁芯的主磁路上，并企图改变主磁通 。如前所述，由于外加电源电压 U ₁ 不变，主磁通 近似地保持不变，所以当副边磁动势 出现时，原边电流必须由 变为 ，原边磁动势即从 变为 ，其中所增加的那部分磁动势，用来平衡副边的作用，以维持主磁通不变，此时变压器处于负载运行时新的电磁平衡状态。

负载运行时， 和 除了共同建立铁芯中的主磁通 以外，还分别产生交联各自绕组的漏磁通 和 ，并分别在原、副绕组感应出漏电动势 和 。同样可以用漏电抗压降的形式来表示原绕组漏电动势 =- j ，副绕组漏电动势 其中 x ₂ 称为副绕组漏电抗，对应于副边漏磁通 反映漏磁通的 的作用，也是常数。此外，原、副绕组电流 还分别产生电阻压降 和 。

归纳起来，变压器负载时各物理量之间的关系可用图3-11 表示。