变压器电磁工作原理

1、变压器的电磁工作原理吴江川概述：变压器是利用电磁感应原理工作的，先化电为磁，后化磁为电。它具有5大基本功能，（1）自闸电磁控电阀功能，当一次绕组接入正弦交流电源U1时，一次线圈Ni内就有正弦交变电流Ii流过，电流Ii所产生的电磁场汇集在线圈内部，磁化穿在其内部的闭合铁芯，产生一个寄生在I电磁场上的封闭在铁芯内部的正弦交变磁通小，交变磁通。在一次绕组上感应出自感电动势E1,E1具有天生的逆反性，遵从楞次定律永远滞后磁通90°,由于逆反自感电动势Ei的产生，在一次绕组回路内就有二个电源（Ui、EJ同时存在，且Ei总对Ui使反劲（阻碍），二龙治水争权夺势，使一次电流明显减小与liM）滞后U

2、i相位自动移相，人为地利用与强化EiXUi的阻碍作用，设计变压器时让铁芯全部磁化时磁通在一次绕组内产生的自感电动势Ei约等于Ui,l1、（H自移相至滞后Ui<90,连带Ei自移相滞后Ui<180°,自感电动势的方向与电源电压的方向相反，自感电动势对电源的阻碍达到了最大，电源U1被约反向约相等的逆反自感电动势Ei自闸在一次绕组内，只利用小小的错开相位放出很小的励磁电流用来磁化铁芯来产生自感电动势Ei,变压器处于空载自闸运行状态，损耗很小，交变磁通。在二次绕组上也感应电动势E2,接上负载，在二次绕组内产生电流l2,12的集合电磁场阻碍磁通的变化，对（）进行消磁，（）减小自感自

3、闸电动势E1减小，自闸电磁控电阀开启，正比放出一次电流，对二次电流电磁场消磁，二次侧产生多少反向的电磁场，一次侧电流电磁场就正比抵消多少，保持一次电流对铁芯励磁的主动权，空载时闸得住，负载时放得开，这就是变压器的自闸电磁控电阀功能。（2）改变电压，（3）改变电流，（4）不但自己产生无功功率而且能汇合负载无功功率通过变压器回馈给发电机，产生无功功率危害。（5）隔绝一二次电力系统的直接电联系，确保用电安全，详述如下。空载变压器自闸励磁过程（自闸电磁控电阀功能）：一次绕组接上正弦交流电源U1二次绕组开路，变压器励磁电流滞后Ui约90°,自感电动势滞后Ui约180°,由于一次绕组电

4、阻很小，空载变压器可以看做纯电感电路，设计变压器时让E1-U1（铁芯全部磁化m,f=50Hz）1用PN结试验判定电源电压Ui与自感电动势Ei的正确相位：在一次偶然把一只整流二级管接在了一小型（220/36）变压器一次侧，二次开路（空载），变压器发出很大的异常声音，严重发热，电磁场外漏，铁芯象永磁铁一样吸引螺丝刀等铁件的严重失常现象，主因是接入了脉动单项直流电，后又并联反相接入一只整流二级管，可通过正弦交流电，空载变压器正常如初，实验接线电路如图1所示。结合对变压器的种种疑问及对变压器的多次拆装分解试验，空载变压器近似纯电感元件，二级管PN结单项正向导电必须加正向电压，结合分析纯电感电路波形图顿

5、悟如下，推出正确的纯电感电路波形图如图2b所示，参看图2图2a国立利用两只单向导电二极管把交流电流分成两个回路，正半周（0°180。）周期内，电流从整流二极管Di内流过，即Di导通，D2截止，负半周（180。360。）周期内电流从整流二极管D2流过，即D2导通，Di截止，根据二极管PN结单项导通的必要条件必须加正向电压，电压为君，电流为臣，即电压决定电流，没有电压就没有电流。电源电动势与自感电动势方向相反，电源电动势为规定正方向，根据PN节特性分成四个区间叙述如下：在（0。90°）,电源电动势e正半周下降区间，E极性上正下负，电流ii正半周上升，电流从二极管Di流过，即Di

6、导通D2截止，自感电动势Ei的极性也是上正下负，正对正负对负，方向相反，根据pn节单向导电必加正向电压，A点电位高于B点电位，（UA>UB）,E必大于Ei,（E-Ei）的差压为二极管Di提供正向电压，电流Ii与E同方向，电源电动势E克服自感Ei的反向电压阻滞推动电流从E的上端正极出发，顺时针导通二极管Di,穿过一次绕组Ei上端正极下端负极流回E下端负极，图2b红色实曲线e的波形比蓝色虚曲线（-ei）的波形高，直观地反应了E大于Ei,本区间电流的电路图表达式：I1=（E-EJ/Ri,波形图红实e与蓝实ei两曲线的瞬时值代数与表达式：+ii=（+e）+（-ei）/Ri,+e大，1与e同方向，

7、+ii曲线与e的曲线同在正半轴侧，表达式里-ei是e瞬时值。（90°i80°）,电源电动势e负半周上升区间，E的极性上负下正改变方向，自感电动势E1也改变方向，上负极下正极，负对负正对正，电流ii正半周下降，电流从Di流过，即Di导通D2截止，电流仍按原方向继续流动，反方向的E不但不能使口1继续导通反倒使D1截止，根据pn节单向导电必加正向电压，A点电位必须高于B点电位，(Ua>Ub),自感电动势Ei必大于电源电动势E,(Ei-E)的差压继续为Di提供正向电压，电流Ii与自感电动势Ei同方向，Ei克服E的反向电压阻滞推动电流继续流过D，电流从一次绕组Ei下端正极出发顺

8、时针穿过电源E下端正极上端负极，导通二极管Di,流回一次绕组E1上端负极，图2b红色实曲线e的波形在蓝色虚曲线(-自)的上面，直观地反应了E1大于E,本区间电流的电路图表达式：Ii=(Ei-E)/Ri,波形图红实e与蓝实ei两曲线的瞬时值代数与表达式：+ii=(-e)+(+e)/W,(+e1)大，+ii与e同方向，+ii曲线与e的曲线同在正半轴侧。(i80°270°)电源电动势e负半周下降区间，E极性上负下正，电流ii负半周上升，电流从二极管D2流过，即D2导通Di截止，自感电动势Ei的极性也是上负下正，负极对负极正极对正极，方向相反，根据pn节单向导电必加正向电压，B点电

9、位高于A点电位，(Ub>Ua),E必大于E1,(E-EJ的差压为二极管D2提供正向电压，电流Ii与E同方向，电源电动势E克服自感Ei的反向电压阻滞推动电流从E的下端正极出发逆时针穿过一次绕组E1下端正极上端负极导通二极管D2流回E上端负极，图2b红色实曲线e的波形在蓝色虚曲线(-6)的波形的下面，直观地反应了E大于Ei,本区间电流的电路图表达式：Ii=(E-Ei)/Ri,波形图红实e与蓝实ei两曲线的瞬时值代数与表达式：-=(-3)+(+)/R,-e大，i1与e同方向，-i1曲线与e的曲线同在负半轴侧。(2700360°)电源电动势e正半周上升区间，E的极性上正下负改变方向，自

10、感电动势Ei也改变方向，上正极下负极，正对正负对负，电流i1负半周下降，电流从D2流过，即D2导通Di截止，电流没有改变方向仍按原方向继续流动，反方向的E不但不能使D2继续导通反倒使D2截止，根据pn节单向导电必加正向电压，B点电位必须高于A点电位，(Ub>Ua),自感电动势Ei必大于电源电动势E,(Ei-E)的差压继续为D2提供正向电压，电流Ii与自感电动势Ei同方向，Ei克服E的反向电压阻滞推动电流继续流过D2,电流从一次绕组Ei上端正极出发逆时针导通二极管D2,穿过电源电动势E上端正极下端负极，流回一次绕组E1下端负极，图2b红色实曲线e的波形在蓝色虚曲线（-e1）的下面，直观地反

11、应了Ei大于E,本区间电流的电路图表达式：Ii=（Ei-E）/R,波形图红实e与监实e1两曲线的瞬时值代数与表达式：-ii=（+e）+（-e）/R，（-e1）大，-i1与e1同方向，-ii曲线与ei的曲线同在负半轴侧，表达式里-ei是e瞬时值。综上所述，周期循环，参看图2a波形，利用二极管PN节单向导电需加正向电压这一特性，综合判断发现交流励磁电流是由方向相反的电源电动势与自感电动势的差压轮流推动的，E的方向规定为正方向，推画出图2b,电源电动势E的波形是红实e,自感电动势E1的波形是蓝实ei,它们的波形瞬时值即表明了电压的大小又代表了方向，电路图上电源电动势E与自感电动势Ei的差压对应等于波

12、形e与e的瞬时值代数与，加在R1-0的一次绕组线圈上的红实e与蓝实ei两波形瞬时值电压的代数与决定ii的大小与相位，波形e、e1、i1直观地在波形图上表达了电路图里E、EI1的相位关系，由图2b判定出电源电动势E超前自感电动势Ei小于几乎接近180°,也就是e与e错开小小相位，产生很小的差压，放出励磁电流也很小，发现自感电动势的以电阻电作用把电能自闸在一次绕组侧，R0的空载变压器是纯电感，假设电源内阻、导线电阻都等于零，没有电阻电压降，设计时让E1能等于E,两者在波峰处电压平衡转换，从E1大于E一点到E1=E转变为E大于E1一点，等大小、同极性并联、电压平衡转换，交变电流过零点改变流

13、动方向，电源电动势与自感电动势过零点，电流最大，不改变方向仍按原方向流动，这就造成了交变电流i1移相约90°,为了方便不同角度分析理解，自感电动势蓝实e的波形反转1800记作蓝虚-自，红实蓝虚两波形高低变化直观反应了E与Ei的大小与差压关系以及分析电压平衡转换，-ei模拟贴合e的波形变化，红实与蓝虚两波形几乎重合在一起，波形图上为了分析，画的明显分离不是真实情况。纯电感电压电流示波器波形图2a的新解读：a,电压波形：参看电路图1,二个正弦电动势E与Ei等大小同极性并联电压平衡转换，黑色细虚线框连接起来的两节电池极性刚好模拟正半周的电源E与自感Ei的并联极性，电路U=E=-EU的波形是

14、E与Ei并联的高电阻电流波形（欧姆法U=RI,测量电压实质就是测量并联电流），并联的E与Ei同极性等值电压平衡，-ei模拟贴合着e的波形变化，红色实线e的波形与蓝色虚线（-e）的波形几乎重合在一起，所以U与E还有Ei的波形u、e、（-ei）三个波形几乎重合在一起，u的波形能代表e、（-e1）的波形。b,电流波形，在同一串联回路内，存在两个正弦交变电动势E与Ei方向相反，错开一点相位，二龙治水以电阻电它们的差压轮流推动电流流动，如上四区间分析电流I的波形是E与Ei的串联微差压零电阻电流的电流波形。c,示波器测得的波形是：把E与Ei的串联微差压零电阻的电流波形与E与Ei并联的高电阻小电流的波形放在

15、一起进行比较相位，得出了纯电感电路电压超前电流90。d,用电源电压Ui代替电源电动势E的说明：电源电动势是没有负载没有内阻压降时的最大初始电压，实际电路比较复杂，距离电源都比较远，电源电动势不可能只单独接一个纯电感空载变压器，电阻无处不在，电源电动势经过分压降压以电源电压的形式加在一次绕组的两端，Ri弋0没有内阻压降，纯电感空载变压器是电源电压Ui直接与自感电动势Ei等大小、同极性并联、电压平衡转换，下面直接用电源电压Ui替代电源电动势E进行叙述，图2b上电源电动势e的波形也就是电源电压u1的波形。e,PN节实验判定纯电感空载变压器的Ui与Ei正确相位：由于Ui与Ei相位非常特殊示波器难以分辨

16、，从同极性并联电压平衡转换角度看电源电压Ud、小的滞后自感电动势E1相位角，自感电动势模拟贴合着正弦电源电压变化。参看红实蓝虚两波形，从同一串联回路U1与Ei反方向以电阻电轮流推动电流流动角度看电源电压Ui超前自感电动势Ei小于几乎接近i80°,Ui超前电流约90。，电流I超前Ei90。，参看红实蓝实绿实三个波形。小结：变压器是最大的电感元件也应具有纯电感电路的共性，纯电感两端的电压UL与自感电动势E等大小同极性并联电压平衡转换，Ul=-E=jIX,Ul超前E小于且接近i80。相位，Ul超前I约90。，I超前E90。，直流电路里，导电良好的纯电感线圈在交流回路里导电与流过线圈的电流之

17、能力大大下降，比照欧姆定律，把加在电感线圈两端的交流电源电压比称作感抗Xl,也就是把隐性存在不能直接测量的自感电动势以电阻电的作用折算成了感抗进行电路计算，感抗Xl超前电阻R90°,在RL串联电路里，总电压Url平衡在向量直角三角形里，URL=UR+U2,参看图3a保持总电压Url不变，增加纯电感Ul也就是增加自感电动势E,（增大铁芯、增加线圈匝数），减小电阻R,使/90°移相，RL电路参数除了E其它都可用仪表直接测量，比照图3a加入R1的分压，用E1代替UL作出变压器空2,为什么电源电压与自感电动势反方向，Ii、m、E1联动自移相的原因：硅钢片是高导载向量图，向量图图3b

18、忽略涡流损耗电磁场只有I1一个励磁电磁场，U1、I1隐性平衡在直角三角形里。磁软磁性材料，本身不具有磁性必须经过永磁场或电磁场磁化才具有磁性，m是1电磁场磁化铁芯的磁通，它形影不离地寄生在电磁场里，不考虑磁滞影响，基本与I1同相位，也是矢量，正弦交流电源U1加在一次绕组上产生一次电流11,它的集合电磁场I1N1瞬间磁化铁芯产生交变磁通m,在一次绕组内感应出正弦交变自感电动势Ei,Ei永远滞后m90°,因为Ei=4.44fNim,设计变压器时根据铁芯大小（变压器功率大小决定）以及f合理选一次匝数Ni使自感自闸电动势Ei=Ui,利用矢量自感电动势Ei对矢量电源电压Ui的阻碍，它们同时作用

19、在一次绕组线圈上，因电压决定电流没有电压就没有电流，加在一次线圈电阻Ri上的电压合矢量URi=Ui+Ei合成规律是几何平行四边形法则（也可简化成三角形法则），如图4矢量Uri改变了方向即向90。方向移相，同时带动与Uri同步的矢量电流Ii=Uri/Ri移相，同时带动Ii电磁场磁化的磁通m移相，m的移相连锁带动Ei移相（Ei，m滞后90。），Ei的移相使Uri进一步移相，就这样彼此带动着移相，经过若干个正弦交变周期，UR1、11、m从0移相到约90°相位，0°+90°+2+45°+2+22.5°+2+11.25°+2+<90

20、76;,Ei从90°移相到约180°相位，90°+90°+2+45°+2+22.5°+2+11.25°+2+<i80°,Ei±m、IvURi,U1、E1、Uri三者始终保持直角三角形几何向量关系，随着移相Ur1不断减小，矢量电流I1=UR1/1也在移相中不断减小，并随同Uri一起带动m移相到约90。相位浮动，当Ii减小到其集合电磁场（IiNi）刚好能全部磁化铁芯，寄生在一起融为一体，闭合在磁路内，磁通m产生的自闸自感电动势E1P一2_2Ui时停止移相，稳定在自调整动平衡的直角三角形状态（Ui是波动的

21、）Ui=Ei+2（R1I1）,把仅仅用于磁化铁芯的很小的滞后Ui的电流Ii称为变压器空载励磁电流即为I。，铁芯磁通充磁储能必要释放磁能这一特性也是使自感电动势经自移相约180°与电源电压正好反方向的主要原因，也是以电阻电自闸电源的最佳相位。3以电压阻碍电压以电阻电限制电流的广泛应用及其优点：为了防止两台并联运行的同步发电机的电流在两台发电机间互相流动产生内耗，要求两者所发出的电压相等，频率相同，三相同相连接，同相间电压相位互差180。，构成交流电压互闸，这才是同步的内涵，灯光熄灭法合闸并网同步发电机之道理所在，用摇表测量有电容性质的试品（如电缆）时，完成测量需先断开测量回路，后停止摇

22、表摇动，就是用摇表产生的等电压抵抗住测量时存储的电容电荷电压，否则反操作电容电荷电压对摇表放电损坏摇表，用交流电压互闸要求两个电压相等相位差180°,频率相同。手机充电器对锂电池充电正极对正极，负极对负极，开始时电池电压低于充电器电压，充电器电源克服电池电压的阻碍流过电池储能，电流较大，随着电池电压的上升阻碍越来越大，充电电流越来越小，当充电器电压等于电池电压时，充电停止，充电回路被升高的电池电压自闸。而变压器设计时让自感自闸电动势与电源电压约相等，经自移相相位差小于180°,瞬时值极性都是正极对正极负极对负极，其目的都是人为限控电流。变压器空载自闸其本质就是利用反方向的约

23、等电源电压的自感自闸电动势£1与Ui的微小错位，产生一个加在一次线圈电阻Ri上的很小的合矢量正弦交变励磁电压Uri,Uri的相位滞后约90。，励磁电流I0（I0=Ii=URi/Ri刚好磁化铁芯，磁通m又生成约等于Ui的自闸Ei,人为的有目的的利用（Ui、Ei、Ii、Ri、m、Ni）相生又相克的自矛盾自调整自平衡的关系，有意识的加强E1把电流限控成为很小的励磁电流，人为的利用自感电动势与电源电压等大小电压平衡，实现了无损耗最大分压比，即把导线的输电损耗降到了最低，这是用纯电阻分压比不可能达到的分压比。4变压器的空载自闸励磁过程：（a）励磁涌流，按输出电功率大小确定变压器铁芯尺寸人为有目

24、的的选配一次绕组N1的匝数，让电磁场磁化铁芯的磁通m产生的阻碍电源U1的自感电动势Ei=Ui,有意识地利用并强化Ei的阻碍作用达到最大值（自闸），如图4,电阻Ri很小的一次绕组线圈接上正弦交流电源，磁通没有很好建立且没有移相，E1自闸作用不大，Ui产生很大的励磁涌流1随着Ii、m、Ei联动自移相，Ii、。自移相约小于90。相位，?E1也关联移相到约小于i80°的最佳相位处浮动，Uri由大变的很小很小，EiXUi的阻碍（自闸）达到最佳状态，很大的励磁涌流I经过一段时间（若干周期），衰减为很小的滞后Ui约90。的励磁电流I。，变压器运行在良好的空载自闸状态。（b）注解：大写字母看电路图，

25、小写字母看波形图，在波形图上只能表达Ui与£1的矢量与与电流I1的相位关系，不能表达Ui与Ei矢量差与电流Ii的相位关系，负的矢量差等于正的矢量与，（-B）的波形是ei的波形反转i80°,用负号区分，5+3=5（-ei）,图2b上，红实ui与蓝实e1两曲线瞬时值代数与等于红实u1与蓝虚（-e1）两曲线瞬时值代数差，电路上U1与£1的代数差等于红实ui与蓝虚（-ei）两曲线的瞬时值代数差，（c）,空载变压器自闸励磁过程；也分成四个区进行叙述：（0°90°）,电源电压u1正半周下降区间，U1（E）极性上正下负，电流ii正半周上升，铁芯磁通由零开始正

26、方向增加，产生的自感电动势Ei的极性也是上正下负，正对正负对负，方向相反，没磁化的铁芯磁化电磁场，只能由电源电压的电流电磁场提供，Ui必大于Ei,电源Ui克服自感Ei的反向电压阻滞推动电流，从Ui（E）上端正极出发顺时针导通二极管Di,穿过一次绕组Ei上端正极下端负极流回Ui（E）下端负极，ui上任何一点瞬时值电压，如果一次绕组不装铁芯没有反向自感电动势电压阻滞，R0,都能产生比最大励磁充磁电流大得多的电流，t00电源u1由最大值开始下降，Rv-0能产生最大的突变电流，电流从零开始陡升，电流变化率与充磁量+Ai1，+A最大，E1=N1A/At,铁芯磁通产生自感电动势（-ei）最大，Ui-Ei=

27、ui-（-ei）的差压最小，产生的电流电路图表达式，I1=（U1-Ei）/R1,波形红实u1蓝虚（-e1）的瞬时值代数差表达式+=5（-e1）/R1,反而最小，但变化率最大，铁芯磁畴的磁化特性是，感生电动势只在磁畴被电磁场磁化的瞬间产生，已经磁化的铁芯磁畴不在产生感生电动势，但需要电磁场的保持，使它不失磁，电流恒定，电磁场恒定，感生电动势等于零，电流（电磁场）减少，磁通磁畴马上瞬时失磁，瞬时产生与原来感生电动势反向的感生电动势，随着u1主动下降总有使U1-E1=u1-（-e1）差压减小趋势，使电流ii恒定，电流变化率与充磁量+Aii、+A=0,（-e1）Ei=0趋势，（-e1）比Ui更快下降，

28、Ui-Ei=u（-e1）反倒增大，电流ii继续上升，反倒使+Ai1、+a回升，（-e1）也回升，打继续正弦下降，电流继续上升，（-e1）比3快一点下降，但不可能下降太多，就这样（-e1）总是小于、自动模拟、紧密贴合ui的波形下降，（-ei）连续不断地阻滞ui电流，ui的电流却要必须反比正弦连续上升，目的是用足够的电磁场保持已经磁化的磁畴不失磁，还要连续不断磁化新的铁芯磁畴，以产生足够自感电动势（-ei）阻滞ui的电流，ui不断降低可导致电流突变能力越来越小，电流先快后慢上升，电流变化率与磁化量+Aii,+A越来越小，U1-E1=ui-（-e1）越来越大，（-e1）也随ui下降，t90°

29、;附近，ui很小，（-e）=0,Ui-Ei=ui-（-e1）差压达到最大值，Ri20,波形红实u1蓝虚（-e1）的瞬时值代数差表达式+i1=u1-（-e1）/R1电流达到最大值，假设R1=0.001Q,U1=u1=+3v,Ei=（-e）=+1v,+i1=（+3）-（+1）/0.001=2000A,由于Ri-0,很小的ui,不大的差压就能产生足够的最大励磁电流，这就是以电阻电的优点，电源电压的电流电磁场全部磁化铁芯完成正向磁通充磁储能，（90。180。）电源电压u1负半周上升区间，U1的极性上负下正，电流i1正半周下降区间，铁芯磁通正向减少产生自感电动势也是上负下正，负极对负极正极对正极，方向相

30、反，u1过零点改变方向，已经全部磁化了的铁芯磁通失去ui电磁场的保持，如果突然失磁，瞬间全部释放储存的磁能，会产生大于U1几倍的自感高电压，假设电磁场还由已经反向了的u1产生，电磁场会对磁通反向消磁，反倒产生更高的同向叠加自感电动势，Ei能大于Ui,自感Ei克服电源Ui的反向电压阻滞推动电流，从一次绕组Ei的下端正极出发顺时针穿过电源Ui(E)的下端正极上端负极，导通二极管Di,流回一次绕组Ei上端负极，全部磁化了铁芯充满磁能，与电源没有一点关系，不用补充电能，只是怎样释放磁能，t90。5快降到零，最大充磁电磁场消失，铁芯磁通储满磁能，u1=0,R10,对于自感电动势E1,导电回路处于短路状态

31、，Ri-0,(-ei)很小的上升电压就能产生等于最大充磁电流的最大托磁电流，很小的(-e1)产生的电磁场能够最大限度地托住磁通，只用很小的失磁量就能产生足够的小小的(-eQ,Ei-Uur(-e1)的差压最大，电路表达式：Ii=Ei-Ui/Ri,波形红实ui蓝虚(-e1)的瞬时值代数差表达式：+ii=ui-(-e1)/R1电流值最大，电流变化率与失磁量-Ai1,-A最小，由于E1=N1A/At,(-e1)最小但差压最大，电流i1不改变方向仍按充磁电流的方向继续流动，电源ui过零点，自感电动势的电流完成最大充磁与最大托磁电磁场不改变方向的过度交接，磁通没有突然失磁，随着u1的主动上升，Ei-Ui=

32、ui-(-e1)的差压减小，托磁电流ii减小，失磁量-Aii,-A增大，(-e1)上升，Ei-U1=u1-(-e1)的差压反倒增大，电流i1有所回升，-Ai1,-A减小，(-e1)回落，u1继续上升，电流继续下降,用电与磁的反比矛盾关系,(-e1)同理也继续比3高一点上升，但不可能高多，就这样利(-3)总是大于、自动模拟、紧密贴合ui的波形上升，ui阻滞越大，托磁能力越来越差,(-e1)的电流反比下降，u1-(-e1)差压越来越小，电流变化率与失磁量-Ai1,-A越来ui主动正弦规律上升阻滞使(-e)推动的电流反比正弦下降,由于Ei=NiA/At,(-3)反倒越来越高，t180°,u

33、i=(-3),(Ei=Ui),差压Ei-Ui=ui-(-e)=0,电流ii=0,铁芯全部失磁=0只有少量的剩磁，Ei与Ui等大小同极性并联电压平衡，自感电动势自己推动的电流电磁场托着磁通放磁归零全部释放储存的磁能，完成一个正向磁储能必释放磁能的周期循环。(180。270。)电源电压ui负半周下降区间，Ui(E)极性上负下正，电流ii负半周上升，铁芯磁通由零开始反方向增加，产生的自感电动势£1的极性也是上负下正，负对负正对正，方向相反，没磁化的铁芯磁化电磁场，只能由电源电压的电流电磁场提供，U1必大于E1,电源Ui克服自感Ei的反向电压阻滞推动电流，从Ui（E）下端正极出发逆时针穿过一

34、次绕组巳下端正极上端负极，导通二极管D2,流回Ui（E）的上端负极，ui上任何一点瞬时值电压，如果一次绕组不装铁芯没有反向自感电动势电压阻滞，R0,都能产生比最大励磁充磁电流大得多的电流，ti80。，电源ui由最大值开始下降，Ri-0能产生最大的突变电流，电流ii从零开始陡升，电流变化率与充磁量+Aii,+A最大，电流电磁场先对铁芯剩磁反相消磁而后在从零开始反向磁化铁芯，由于E1=N1A/At,铁芯磁通产生的两个叠加自感电动势（-ei）最大，Ui-Ei=ui-（-ei）的差压最小，产生的电流电路图表达式，Ii=（Ui-Ei）/Ri,波形红实ui蓝虚（-e）的瞬时值代数差表达式-ii=ui（-e

35、i）/Ri,反而最小，但变化率最大，由于Ri-0,自感电动势与电源电压在波峰处等大小同极性并联电压平衡转换，电流过零点改变方向，磁通也过零点改变方向，由正向失磁变为反向充磁，铁芯磁畴的磁化特性是，感生电动势只在磁畴被电磁场磁化的瞬间产生，已经磁化的铁芯磁畴不在产生感生电动势，但需要电磁场的保持，使它不失磁，电流恒定，电磁场恒定，感生电动势等于零，电流（电磁场）减少，铁芯磁通磁畴马上瞬时失磁，瞬时产生与原来感生电动势反向的感生电动势，随着u1主动下降总有使Ui-Ei=ui-（-ej差压减小趋势，有使电流i1恒定，电流变化率与充磁量+Aii>+4虫=0,（-0）E1=0的趋势，（-e1）比口

36、更快下降，Ui-Ei=ui-（-e1）反倒增大，电流-ii继续上升，反倒使+Aii、+A回升，（-e1）也回升，ui继续正弦下降，电流继续上升，（-e1）比ui快一点下降，但不可能下降太多，相互矛盾反比制约，遵循楞次定律，法拉第电磁感应定律（电磁特性），就这样（-e1）总是小于、自动模拟、紧密贴合ui的波形下降，（-ei）连续不断地阻滞ui电流，ui的电流却要反比正弦连续上升，目的是用足够的电磁场保持已经磁化的磁畴不失磁，还要连续不断磁化新的铁芯磁畴，以产生足够的自感电动势（-e1）阻滞齿的电流，齿不断降低可导致电流突变能力越来越小，电流先快后慢上升，电流变化率与磁化量+Ai1,+A越来越小，

37、Ui-Ei=ui-（-ei）越来越大，（-e1）也随3下降，t270。附近，u1很小，（-e1）=0,U-Ei=u（-e1）差压达到最大值，R1P0,波形红实u1蓝虚（-e1）的瞬时值代数差表达式/1=5（-ei）/Ri电流达到最大值，电源电压的电流电磁场全部磁化铁芯完成反向磁通充磁储能。(270。360。)电源电压u1正半周上升区间，U1的极性上正下负，电流i1负半周下降，铁芯磁通反向减少产生自感电动势也是上正下负，正极对正极负极对负极，方向相反，Ui过零点改变方向，已经全部磁化了的铁芯磁通失去U1电磁场的保持，如果突然失磁，瞬间全部释放储存的磁能，会产生大于Ui几倍的自感高电压，假设电磁场

38、还由已经反向了的Ui产生，电磁场会对磁通反向消磁，反倒产生更高的同向叠加自感电动势，所以Ei能大于Ui,自感Ei克服电源Ui的反向电压阻滞推动电流，从一次绕组Ei的上端正极出发逆时针，导通二极管D2穿过电源Ui(E)的上端正极下端负极，流回一次绕组E1下端负极，全部磁化了铁芯充满磁能，与电源没有一点关系，不用补充电能，只是怎样释放磁能，t270。u1快降到零，最大充磁电磁场消失，铁芯磁通储满磁能，3=0,R1P0,对于自感电动势Ei,导电回路处于短路状态，Ri-0,(-e)很小的上升电压就能产生等于最大充磁电流的最大托磁电流，很小的(-e)产生的电磁场能够最大限度地托住磁通，只用很小的失磁量就

39、能产生足够的小小的(-0)，Ei-Ui=ui-(-ei)的差压最大，电路表达式：Ii=Ei-Ui/Ri,波形红实Ui蓝虚(-e1)的瞬时值代数差表达式：-ii=Ui-(-ej/Ri电流值最大，电流变化率与失磁量-Ai1,-A最小，由于E1=N1A/At,(-e1)最小但差压最大，电流-i1不改变方向仍按充磁电流的方向继续流动，电源打过零点，自感电动势的电流完成最大充磁与最大托磁电磁场不改变方向的过渡交接，磁通没有突然失磁，随着U1的主动上升，Ei-Ui=Ui-(-e1)的差压减小，托磁电流ii减小，失磁量-Aii,-A增大，(-3)上升，Ei-Ui=Ui-(-3)的差压反倒增大，电流ii有所回

40、升，-Aii,-A减小，(-e1)回落，Ui继续上升，电流继续下降，(-e1)同理也继续比Ui高一点上升，但不可能高多，就这样利用电与磁的反比矛盾关系，(-$)总是大于、自动模拟、紧密贴合U1的波形上升，Ui阻滞(-e1)的电流反比下降，Ui-(-e1)差压越来越小，电流变化率与失磁量-Aii,-A越来越大，托磁能力越来越差，Ui主动正弦规律上升阻滞使(-0)推动的电1360°,Ui=(-e1)，流反比正弦下降，由于Ei=NiA/At,(-3)反倒越来越高,（Ei=Ui）,差压Ei-Ui=u（-0）=0,电流-ii=0,铁芯全部失磁=0只有少量的剩磁,Ei与Ui等大小同极性并联电压平

41、衡，自感电动势自己推动的电流电磁场托着磁通放磁归零全部释放储存的磁能，完成一个反向磁储能必释放磁能的周期循环。综上所述：一次绕组R0,的空载变压器是纯电感电路，电源电压的电流电磁场磁化铁芯充磁储能，自感电动势的电流电磁场托磁放磁归零，释放磁能，周期循环与电源进行能量交换，利用电与磁成反比关系化矛盾为统一，遵循楞次定律，法拉第电磁感应定律，e模才u1的波形变化，电源电压与自感电动势在波峰处电压平衡转换，电流与磁通过零点改变方向，利用微小的相位差产生很小的差压，零电阻轮流反比推动电流，在电源电压过零点附近，最大充磁电流与最大托磁电流电磁场不改变方向过渡交接，由于只有一个励磁电磁场，铁芯充磁储能必要

42、释放磁能特性，电流磁通被锁相在约九十度相位，自感电动势被定相在约一百八十度以电阻电最佳自闸相位，这是纯电感空载变压器励磁过程，也是纯电感电压超前电流九十度的本质原因。总结：设计时让自感电动势Ei能等于电源电压Ui,变压器一次绕组的电阻不都是很小，由于Ri分压的影响，比照RL电路，自感Ei不是直接与电源Ui电压平衡转换，而是与Ui的电压分量Ul隐性电压平衡转换，用隐性Ei代替Ul直接进行向量图分析，只有足够的电流电磁场才能磁化足够的铁芯磁通，才能产生足够的自闸自感电动势Ei,空载变压器能根据一次绕组电阻的大小自动调整自感电动势的大小，放出很小的励磁电流全部用来磁化铁芯，经过自移相各个正弦矢量自调

43、整自平衡在隐性直角三角形向量图里，所以空载变压器励磁电流很小，电能被自感电动势自闸在一次绕组内，综合PN节对纯电感相位的判定，非纯电感的空载变压器电源电压与自感电动势的相位差小于一百八十度，?Ui=Uri+Ul=Uri+（-Ei）,Ui+Ei=Ui-（-Ei）=Uri=11R,以上就是空载变压器工作的过程。5无功电功率是怎样产生的，无功功率的好与坏：电压决定电流，同一串联回路内电源电压与自感电动势二龙治水使电流移相，照成电压与电流的波形分离，假设直流电路P=UI=3vX3A=9W,交流电路同样UI=3VX3A,不总是等于或等同直流9W,而是P=UIcos,铁芯磁储能通过自感电动势与电源反复进行

44、能量交换产生无功功率，无功电流在发电机上不产生阻力不消耗能源，变压器与异步电动机都是利用自感电动势以电阻电自动自闸电磁控电阀功能进行控制电能，能适应负载比较大的变化，可以正比控制电能按需要的大小输出，这是无功的最大好处，两个缺点是产生无功功率与启动电流较大，无功的另一大好处是在发电机上不产生阻力不消耗能源，无功对电力系统的危害（无功的坏）：无功是通过几十上百公里的导线与变压器与电源进行能量交换，无功电流占用发电机绕组，输电线路导线的安全载流量而影响有功功率输出，好比空载汽车占用高速公路影响公路运输能力，能量交换在导线电阻上产生损耗，为了扬长避短消除无功危害，最好是就地分散补偿让电容器与电感直接

45、进行能量交换，尽量不要占用导线舍近求远地进行集中补偿，但最好的办法还是减少无功的产生，微小功率改变电压时用晶体管电子控电代替铁芯电磁控电，让感性用电器与容性用电器相互平衡，对于大型空载变压器，励磁电流越接近90。越好，因为既能自闸住电能又不消耗能源，但要足够的电容补偿，变压器不但不能阻断无功反而汇合反馈无功，使无功越积越多，照成无功的严重危害。三，变压器的负载运行：严密闭合铁芯磁通不但在一次绕组上感应出自感电动势£1也在二次绕组上产生感生电动势E2,设计时Ei=Ui目的是自闸，E2=U2原因是空载，Ui/U2=Ei/E2=4.44fNim/4.44fN2m=N1/N2,改变N2与N1

46、的比值就可改变变压器的电压，二次绕组接上负载负荷电流I2的集合感生电磁场对磁通3产生阻碍作用(依照楞次定律)，影响磁通。的变化，磁通。减少，自闸自感电动势E1减小，U、E1的合矢量Uri增大，一次电流上升，一次电流Ii的集合电磁场反向消除I2N2的电磁场，并保持磁化铁芯的主动权，I2生多少电磁Ii正比消除多少，变压器的自闸电磁控电阀正比开启，电能是怎样通过铁芯磁通传递给二次绕组的至今仍是个迷，惰学解惑时常用万能的能量守恒定律来当挡箭牌。?(1).纯电阻负载：变压器二次绕组接上纯电阻负载I2、U2、E2、Ei同相位，E2等于负载上的电压加上内阻电压，如图5向量图。逆反电动势E2的电流I2的集合电

47、磁场对磁通m减磁，。减小，E1减小，UR1增大，|1增?大它的集合电磁场11Ni对集合电磁场I2N2反向消磁，11Ni比I2N2大点，它们的合矢?量电磁场对铁芯励磁产生磁通（vm）,|1I2组成矢量直角三角形，其原因是Ei与E2?工，I2与E2同相位，所以I2，很小，实际测量结果I1N1与I2N2大小十分接近，被直角三角形关系压控在约90°相位，也就把E1E2压控在约180°相位，从而把UR1压控在约0°相位，UR1与E1的角度接近180°但不等于180°,I1顺时针移相，I2逆时针移相，这样更导致了1112接近180°,使两个电磁场

48、保持方向相反，它们合成电磁场减小,磁通也减小，到什么时候才能平衡下来的呢？所谓的平衡就是等大小使反劲，由于,I1I2使反劲，11Ni的电磁场永远是铁芯励磁的原始电磁场，对铁芯充磁储能，无磁铁芯如果不磁化，什么也感应不出来,I2N2对铁芯减磁(消磁)，磁势向量平衡式:I1N+I2N2+*eX1=ImM=,I2与IFe都是纯电阻电流都垂直于磁通两个电流I1N1+I2N2=V可以直接相加，不影响I2的相位，IFe很小省略后的矢量方程是:m=I0N1,因为I1与I2方向基本相反把矢量方程改写成标量方程I1N1-I2N2=I0N1,I0N1很小近似等于零，I1N1-I2N2=0,I1N1=I2N2,这就

49、是变压器改变电流的原因，?负载电流上升，E1减小，I1上升，I1R1=UR1=U1+E1,I1上升到电磁场能抵消I2的电?磁场时，不再减磁，纯电阻负载磁势平衡在直角三角形关系里(I1N1)2=(I2N2)2+(I°N1)2,斜边基本等于一直角边，所以作为另一直角边的磁通励磁磁势只可能减小不可能增大，这是磁通负载时不增反减的理论依据，电压向量平衡，磁场向量?平衡(在铁芯磁通向量的浮动调节下)，从上面分析可知R越小，减磁量越小，的大?小越稳定，同时E1减小量越小，E1越稳定，二次电压也稳定。纯电阻负载铁芯励磁过程是：?磁通由空载时一个电磁场单独励磁变成负载时两个以上电磁场共同励磁，把磁势

50、失量平衡?方程式I1N1+I2N2=I1N1-(-I2N2)=由向量图改成波形图参看图7没画反转180°I2N2的波形，只画了向量差的波形，利用反方向的相位差v180。的Ii|2?电磁场相互抵消后产生的剩余电磁场对铁芯进行励磁，在k波形下降区间，磁通波形上升，iiNi瞬时值大于-i2N2的瞬时值，它们的代数差电磁场为铁芯励磁，iiNi的电磁场反向抵?消-i2N2的电磁场，iiNi的剩余电磁场对铁芯充磁储能，在ii波形反方向上升区间，波形下降，T2N2的瞬时值大于iiNi的瞬时值，它们的代数差为铁芯励磁，-i2N2的电磁场?抵消iiNi的电磁场，-i2N2的剩余电磁场托着铁芯磁通放磁归

51、零，也就是不再由自感电?动势Ei自己的电磁场托磁释放磁能了，而是由E2的电磁场托磁释放磁能，磁通周而复始自由地进行着充磁必放磁的循环，自感电动势Ei不再垂直URi,£1能自由地改变大小与相位适应磁势平衡，就这样电源电压自感自闸电动势平衡着一次电流，一次电流二次电流的电磁场减磁平衡着铁芯磁通，磁通控制着自感自闸电动势，相互制约化矛盾为统一自调整动平?衡，电压平衡与磁势平衡有机一体联动平衡，从向量图5上看出Ui超前Ii很小的相位角，变压器是最大的电感元件纯电阻负载时也产生无功分量折算成漏阻抗X,变压器的短路稳态试验相量关系与纯电阻负载一样，只不过所加电压很小而已，教科书上的试验只测标量电

52、压电流与有功功率P=UIcos,其它电参数均为理论计算与推导，但是电源电压与自感电动势的相位是错误的。图5所化向量均从原点出发，重合部分为了明显化成了两种颜色，不表示向量断开，电流方向与磁势方向相同，电流未用折算法画，画的是磁势平衡，这样能更好的反应电压平衡与磁势平衡有机一体联动平衡的向量关系，电源电压与自感电动势基本保持方向相反，一次电流电磁场与二次电流电磁场保持基本方向相反。(2),变压器的铁芯涡流损耗，得出完整空载变压器向量图：大型变压器铁芯较大不能忽略涡流损耗，由于铁芯即导磁又导电，磁通。在横截面内外围周边自然闭合的环路上感应出电动势形成环形电流，相当于一个很小的匝数为1的铁质的短路的

53、二次绕组，其电磁场对铁芯磁通减磁相当于一个永远存在的纯电阻负载，涡电流垂直于磁通()，与励磁电流I0也构成直角三角形向量关系，因为涡电流很小，所以只照成了磁通。很小的滞后|0相位，励磁电流要用一部分电磁场来才K消涡流电磁场，照成E1不垂直UR1,也就是空载试验时得出的铁损模拟电阻Rm,考虑涡流损耗，作出向量图图3c与前面叙述相连接构成完整的变压器空载励磁过程，教科书里空载试验只测标量电压电流与有功功率三个参数.2_P=UICOS=IRm,其它电参数均为理论性的计算与推导，用功率直角三角形法计算出Rm与Xm,但是Ui与Ei的相位是错误的。空载试验的目的应当是优化变压器设计，通过比较Ri与Rm的大

54、小使涡流损耗减小到最小，计算出Ei的实际值，校对Ei是否与设计计算值吻合，调整一次匝数使空载自闸达到最佳状态，在功率因数表上直接标上相位角，直接测出电压与电流的相位角，使空载励磁电流接近90。，也就是使空载电流无功分量达到最大值，因为无功不消耗能源只进行能量交换，但要做好无功补偿，这样空载变压器既能良好自闸又不消耗能源两全其美。(3),有感性无功负载时：电压电流联动平衡向量图如图6所示。定律），并有使磁通4向下移相的趋势，自感自闸电动势Ei减少,Ii上升，一次电流Ii的Ui的电流Ii不能对铁集合电磁场IiNi是磁化铁芯充磁储能的原始电磁场，如果电源电压芯充磁生成磁通4,而由4衍生的E1、E2、

55、12将不存在，所以Ii具有决定4相位的绝对优先权，使。向上移相，在通过Ei的联动配合移相，I1自动移相适应I2的相位变化永远保持超前I2的约180。的君主励磁相位，使反劲的IiI2的电磁场的合矢量电磁场自动调节磁通。的大小与相位，也就改变了Ei的大小与相位，当Ii的电磁场抵消掉I2的反向电磁场并?对铁芯充磁时磁势平衡下来I1N1+I2N2=，随即U1Ei也平衡下来，在一次电流波形下降区间，一次电流的集合电磁场抵消反向的二次电流集合电磁场（二次电流波形也下降），剩余的一次电流电磁场磁化铁芯充磁储能，一次电流波形上升区间，一次电流的集合电磁场抵消着二次电流的集合电磁场（二次电流波形也上升）剩余的二

56、次电流的电磁场拖着磁通放磁卸掉磁能，UiIi永远掌握着励磁的主动权，一次电流的相位能随着二次电流的相位的改变而改变，这说明变压器不但能够正向传递有功功率也能反向回馈无功功率，造成无功功率的危害，变压器不但自产无功功率而且汇合其它电气的无功功率一起通过变压器回馈给发电机，综合纯电阻负载的磁势平衡方程，由于。很小，简化成零时磁势平衡方程式?IiNi+I2N2=0,I1Ni=-I2N2说明一次电流电磁场与二次感应电流电磁场大小相等方向相反（相位差约180°）,不考虑方向只考虑大小转化成标量，I1/I2=N2/N1变压器反比改变电流，在二次电流反向电磁场的触发下，变压器的自闸电磁控电阀正比开

57、启，一次绕组电阻越小空载自闸越好，负载时铁芯减磁越小，E1减小量越小，二次电压变化越小。由于二次绕组电磁场对铁芯磁通的去磁作用增强，一次绕组要多增加些电流来进行励磁，即处于过励磁状态，变压器绕组线圈的安全载流量是固定的，有功电流无功电流在绕组上发热是一样的，无功电流增加，有功电流必须减小，保持总电流不大于安全载流量（额定电流），所以变压器是用额定电压乘以额定电流的视在功率表示变压器的容量，单位是千伏安而不是千瓦。（4）有容性无功负载时：电势平衡磁势平衡联动平衡向量平衡如图8*E"过程如前不从诉，容性负载时对铁芯磁通有增磁作用，一次电流励磁分量要小一些，即处于欠励磁状态。(5)小结：铁芯磁通励磁电磁场是由两个以上电磁场合成的电磁场，E1E2可以自由改变大小与相位，不在与Ul电压平衡转换，Ii能使磁通、Ei、E2逆时针移相，I2能使磁通、Ei、E2顺时针移相，铁芯充磁储能后必要失磁释放磁能，但必要有对应的电磁场进行励磁与托磁，IlNI2N2纯电阻负载时大小接近，感性负载时11N1大于I2N2,容性负?载时I1N1小于I2N2,IiN1+I2N2=,E1、E2垂直，I2=2+90°总是滞后，使得12顺时针移相，11逆时针移相，目的是能基本保持1112的集合电磁场方