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1、27变压器的电磁工作原理 吴江川一 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时，一次线圈内就有正弦交变电流流过，电流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，产生一个寄生在电磁场上的封闭在铁芯内部的正弦交变磁通，交变磁通在一次绕组上感应出自感电动势，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的产生，在一次绕组回路内就有二个电源（、）同时存在，且总对使反劲(阻碍)，二龙治水争权夺势，使一次电流明显减小和()滞后相位自动移相，人为地利用和强化对的阻碍作用，设计变压器时
2、让铁芯全部磁化时磁通在一次绕组内产生的自感电动势约等于，、（）自移相至滞后90，连带自移相滞后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，电源被约反向约相等的逆反自感电动势自闸在一次绕组内，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，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，接上负载，在二次绕组内产生电流，的集合电磁场阻碍磁通的变化，对进行消磁，减小自感自闸电动势减小，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
3、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。二 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二次绕组开路，变压器励磁电流滞后约90，自感电动势滞后约180，由于一次绕组电阻很小，空载变压器可以看做纯电感电路，设计变压器时让（铁芯全部磁化，f50）1用PN结试验判定电源电压与自感电动势的正确相位：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
4、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（0180）周期内，电流从整流二极管内流过，即导通，截止，负半周（180360）周期内电流从整流二极
5、管流过，即导通，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。电源电动势和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(090)，电源电动势e正半周下降区间，E极性上正下负，电流正半周上升，电流从二极管流过，即导通截止，自感电动势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，（），E必大于 ，(E-）的差压为二极管提供正向电压，电流与E同方向，电源电动势E克服自感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，穿过一次绕组上端正
6、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(-)的波形高，直观地反应了E大于，本区间电流的电路图表达式：=(E-）/，波形图红实e和蓝实两曲线的瞬时值代数和表达式：+=(+e)+(-)/ ，+e大，与e同方向，+曲线与e的曲线同在正半轴侧，表达式里-是瞬时值。（90180），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，自感电动势也改变方向，上负极下正极，负对负正对正，电流正半周下降，电流从流过，即导通截止，电流仍按原方向继续流动，反方向的E不但不能使继续导通反倒使截止，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，（），自感电动势必大于电源电动势E，（
7、-E）的差压继续为提供正向电压，电流与自感电动势同方向，克服E的反向电压阻滞推动电流继续流过，电流从一次绕组下端正极出发顺时针穿过电源E下端正极上端负极，导通二极管，流回一次绕组上端负极，图2b红色实曲线e的波形在蓝色虚曲线(-)的上面，直观地反应了大于E，本区间电流的电路图表达式：=(-E）/，波形图红实e和蓝实两曲线的瞬时值代数和表达式：+=(-e)+(+)/ ，(+)大，+与同方向，+曲线与的曲线同在正半轴侧。（180270）电源电动势e负半周下降区间，E极性上负下正，电流负半周上升，电流从二极管流过，即导通截止，自感电动势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
8、向导电必加正向电压，B点电位高于A点电位，（)，E必大于 ，(E-）的差压为二极管提供正向电压，电流与E同方向，电源电动势E克服自感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下端正极上端负极导通二极管流回E上端负极，图2b红色实曲线e的波形在蓝色虚曲线(-)的波形的下面，直观地反应了E大于，本区间电流的电路图表达式：=(E-）/，波形图红实e和蓝实两曲线的瞬时值代数和表达式：-=(-e)+(+)/ ，-e大，与e同方向，-曲线与e的曲线同在负半轴侧。（270360）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，自感电动势也改变方向，上正极下负极，正对正负对负，电流负半周
9、下降，电流从流过，即导通截止，电流没有改变方向仍按原方向继续流动，反方向的E不但不能使继续导通反倒使截止，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，（)，自感电动势必大于电源电动势E，（-E）的差压继续为提供正向电压，电流与自感电动势同方向，克服E的反向电压阻滞推动电流继续流过，电流从一次绕组上端正极出发逆时针导通二极管，穿过电源电动势E上端正极下端负极，流回一次绕组下端负极，图2b红色实曲线e的波形在蓝色虚曲线(-)的下面，直观地反应了大于E，本区间电流的电路图表达式：=(-E）/，波形图红实e和蓝实两曲线的瞬时值代数和表达式：-=(+e)+(-)/ ，(-)大，-与同方向，
10、-曲线与的曲线同在负半轴侧，表达式里-是瞬时值。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和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，自感电动势的波形是蓝实，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和自感电动势的差压对应等于波形e和的瞬时值代数和，加在0的一次绕组线圈上的红实e和蓝实两波形瞬时值电压的代数和决定的大小和相位，波形e、直观地在波形图上表达了电路图里E、的相位关系，由图2b判定出电源电动势E超前自感电动势小于几乎接近1
11、80，也就是e和错开小小相位，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，0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，设计时让能等于E，两者在波峰处电压平衡转换，从大于E一点到=E转变为E大于一点，等大小、同极性并联、电压平衡转换，交变电流过零点改变流动方向，电源电动势和自感电动势过零点，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180记作蓝虚-，红实蓝虚两波形高低变化直观反应了E和的大小和差压关系以及分析电压平衡转换，-模拟贴合e的波形变化，红实
12、和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和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和自感的并联极性，电路U=E=-，U的波形是E和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和同极性等值电压平衡，-模拟贴合着e的波形变化，红色实线e的波形与蓝色虚线（-）的波形几乎重合在一起，所以U和E还有的波形u、e、（-）三个波形几乎重合在一起，u的波形能代表e、（-）的波形。b，电流波形，在同一串联回路内，存在两
13、个正弦交变电动势E和方向相反，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和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和的串联微差压零电阻的电流波形与E和并联的高电阻小电流的波形放在一起进行比较相位，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，0没有内阻压降，纯电感空载变压器是电源电压直接与自感电动势
14、等大小、同极性并联、电压平衡转换，下面直接用电源电压替代电源电动势E进行叙述，图2b上电源电动势e的波形也就是电源电压的波形。e，PN节实验判定纯电感空载变压器的和正确相位：由于和相位非常特殊示波器难以分辨，从同极性并联电压平衡转换角度看电源电压小小的滞后自感电动势相位角，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，从同一串联回路和反方向以电阻电轮流推动电流流动角度看电源电压超前自感电动势小于几乎接近180，超前电流约90，电流I超前90，参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，纯电感两端的电压与自感电动势E等大小同极性并联电压平衡转换，=
15、-E=jIX，超前E小于且接近180相位，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 与流过线圈的电流之比称作感抗，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，感抗超前电阻R90，在RL串联电路里，总电压平衡在向量直角三角形里，=+，参看图3a保持总电压不变，增加纯电感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加入的分压，用代替作出变压器空载向量图，向量图图3b忽略涡流损耗电磁场只
16、有一个励磁电磁场，、隐性平衡在直角三角形里。2，为什么电源电压和自感电动势反方向，、联动自移相的原因：硅钢片是高导磁软磁性材料，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，是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，基本与同相位，也是矢量，正弦交流电源加在一次绕组上产生一次电流，它的集合电磁场瞬间磁化铁芯产生交变磁通，在一次绕组内感应出正弦交变自感电动势，永远滞后90，因为=4.44f，设计变压器时根据铁芯大小（变压器功率大小决定）以及f合理选一次匝数使自感自闸电动势，利用矢量自感电动势对矢量电源电压的阻碍，它们同时作用在一次绕组线圈上，因电压决定电流没有电压就
17、没有电流，加在一次线圈电阻上的电压合矢量=+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矢量改变了方向即向90方向移相，同时带动与同步的矢量电流=移相，同时带动电磁场磁化的磁通移相，的移相连锁带动移相（滞后90），的移相使进一步移相，就这样彼此带动着移相，经过若干个正弦交变周期，、从0移相到约90相位，090245222.5211.25290，从90移相到约180相位，9090245222.5211.252180,、，、三者始终保持直角三角形几何向量关系，随着移相不断减小，矢量电流=也在移相中不断减小，并随同一起带动移相到约90相位浮动，当减小到其集合电磁场()刚好能全部磁化铁
18、芯，寄生在一起融为一体，闭合在磁路内，磁通产生的自闸自感电动势时停止移相，稳定在自调整动平衡的直角三角形状态（是波动的），把仅仅用于磁化铁芯的很小的滞后的电流称为变压器空载励磁电流即为，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
19、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
20、流。变压器空载自闸其本质就是利用反方向的约等电源电压的自感自闸电动势与的微小错位，产生一个加在一次线圈电阻上的很小的合矢量正弦交变励磁电压，的相位滞后约90，励磁电流（刚好磁化铁芯，磁通又生成约等于的自闸，人为的有目的的利用(、)相生又相克的自矛盾自调整自平衡的关系，有意识的加强把电流限控成为很小的励磁电流 ，人为的利用自感电动势和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的的选配一次绕组的匝数，让电磁场磁化铁芯的磁通产生的阻碍电源的自
21、感电动势，有意识地利用并强化的阻碍作用达到最大值（自闸），如图4，电阻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，自闸作用不大，产生很大的励磁涌流，随着、联动自移相，、自移相约小于90相位，也关联移相到约小于180的最佳相位处浮动， 由大变的很小很小，对的阻碍（自闸）达到最佳状态，很大的励磁涌流经过一段时间（若干周期），衰减为很小的滞后约90的励磁电流，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，小写字母看波形图，在波形图上只能表达和的矢量和与电流的相位关系，不能表达和矢量差与电流的相位关系，负的矢量差等于正的矢量和，（-）的波形是的波形反转180，用负号
22、区分，+=（-），图2b上，红实和蓝实两曲线瞬时值代数和等于红实和蓝虚（-）两曲线瞬时值代数差，电路上和的代数差等于红实和蓝虚（-）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：（090），电源电压正半周下降区间，（E）极性上正下负，电流正半周上升，铁芯磁通由零开始正方向增加，产生的自感电动势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，必大于，电源克服自感的反向电压阻滞推动电流，从（E）上端正极出发顺时针导通二极管，穿过一次绕组上端正极下端负极流回（E）下端负极，上任何一点瞬时值电压，如果一次绕组不装铁芯没有
23、反向自感电动势电压阻滞，0，都能产生比最大励磁充磁电流大得多的电流，0电源由最大值开始下降，0能产生最大的突变电流，电流从零开始陡升，电流变化率和充磁量+，+最大，=/t，铁芯磁通产生自感电动势（-）最大，-=（-）的差压最小，产生的电流电路图表达式，=（-）/，波形红实蓝虚（-）的瞬时值代数差表达式+=（-）/ ，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，
24、随着主动下降总有使-=-（-）差压减小趋势，使电流恒定，电流变化率和充磁量+、+=0，（-）=0趋势，（-）比更快下降，-=-（-）反倒增大，电流继续上升，反倒使+、+回升，（-）也回升，继续正弦下降，电流继续上升，（-）比快一点下降，但不可能下降太多，就这样（-）总是小于、自动模拟、紧密贴合的波形下降，（-）连续不断地阻滞电流，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（-）阻滞的电流，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，电流变化率和磁化量+，+越来越小，-=-（-）越来越大，（-）也随下
25、降，90附近，很小，（-）=0，-=-（-）差压达到最大值，0，波形红实蓝虚（-）的瞬时值代数差表达式+=（-）/ 电流达到最大值，假设=0.001，=+3v，=（-）=+1v，+=(+3)-(+1)/0.001=2000A，由于0，很小的，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，（90180）电源电压负半周上升区间，的极性上负下正，电流正半周下降区间，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，方向相反，过零点改变方向，已经全部磁化了的铁芯磁通失去电磁场的保持，如果突然失磁，瞬间全部释放储存的磁能
26、，会产生大于几倍的自感高电压，假设电磁场还由已经反向了的产生，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，能大于，自感克服电源的反向电压阻滞推动电流，从一次绕组的下端正极出发顺时针穿过电源（E）的下端正极上端负极，导通二极管，流回一次绕组上端负极，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，90快降到零，最大充磁电磁场消失，铁芯磁通储满磁能，=0，0，对于自感电动势，导电回路处于短路状态，0，（-）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（-）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（-），-=-
27、（-）的差压最大，电路表达式：=-/，波形红实蓝虚（-）的瞬时值代数差表达式：+=（-）/ 电流值最大，电流变化率和失磁量-，-最小，由于=/t，（-）最小但差压最大，电流不改变方向仍按充磁电流的方向继续流动，电源过零点，自感电动势的电流完成最大充磁和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，随着的主动上升，-=-（-）的差压减小，托磁电流减小，失磁量-，-增大，（-）上升，-=-（-）的差压反倒增大，电流有所回升，-，-减小，（-）回落，继续上升，电流继续下降，（-）同理也继续比高一点上升，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、紧密贴合的波形上升
28、，阻滞（-）的电流反比下降，-（-）差压越来越小，电流变化率和失磁量-，-越来越大，托磁能力越来越差，主动正弦规律上升阻滞使（-）推动的电流反比正弦下降，由于=/t，（-）反倒越来越高，180，=（-），（=），差压-=-（-）=0，电流=0，铁芯全部失磁=0只有少量的剩磁，和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。（180270）电源电压负半周下降区间，（E）极性上负下正，电流负半周上升，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
29、能由电源电压的电流电磁场提供，必大于，电源克服自感的反向电压阻滞推动电流，从（E）下端正极出发逆时针穿过一次绕组下端正极上端负极，导通二极管，流回（E）的上端负极，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，0，都能产生比最大励磁充磁电流大得多的电流，180，电源由最大值开始下降，0能产生最大的突变电流，电流从零开始陡升，电流变化率和充磁量+，+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=/t，铁芯磁通产生的两个叠加自感电动势（-）最大，-=（-）的差压最小，产生的电流电路图表达式，=（-）/，波形红实蓝虚（-）的瞬时值代数差表达式-=（-）
30、/ ，反而最小，但变化率最大，由于0，自感电动势和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，随着主动下降总有使-=-（-）差压减小趋势，有使电流恒定，电流变化率和充磁量+、+=0，（-）=0的趋势，（-）比更快下降，-=-（-）反倒增大，电流-继续上升，反倒使+、+回
31、升，（-）也回升，继续正弦下降，电流继续上升，（-）比快一点下降，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（-）总是小于、自动模拟、紧密贴合的波形下降，（-）连续不断地阻滞电流，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（-）阻滞的电流，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，电流变化率和磁化量+，+越来越小，-=-（-）越来越大，（-）也随下降，270附近，很小，（-）=0，-=-（-）差压达到最大值，0，波形红实蓝虚（-）的瞬时值代数差表达式-=
32、（-）/ 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。（270360）电源电压正半周上升区间，的极性上正下负，电流负半周下降，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，过零点改变方向，已经全部磁化了的铁芯磁通失去电磁场的保持，如果突然失磁，瞬间全部释放储存的磁能，会产生大于几倍的自感高电压，假设电磁场还由已经反向了的产生，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，所以能大于，自感克服电源的反向电压阻滞推动电流，从一次绕组的上端正极出发逆时针，导通二极管穿过电源（E）的上端正极下端负极，流回一次绕组下端负极，全部磁化了铁
33、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，270快降到零，最大充磁电磁场消失，铁芯磁通储满磁能，=0，0，对于自感电动势，导电回路处于短路状态，0，（-）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（-）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（-），-=-（-）的差压最大，电路表达式：=-/，波形红实蓝虚（-）的瞬时值代数差表达式：-=（-）/ 电流值最大，电流变化率和失磁量-，-最小，由于=/t，（-）最小但差压最大，电流-不改变方向仍按充磁电流的方向继续流动，电源过零点，自感电动势的电流完成最大充磁和最大托磁电磁场不改
34、变方向的过渡交接，磁通没有突然失磁，随着的主动上升，-=-（-）的差压减小，托磁电流减小，失磁量-，-增大，（-）上升，-=-（-）的差压反倒增大，电流有所回升，-，-减小，（-）回落，继续上升，电流继续下降，（-）同理也继续比高一点上升，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、紧密贴合的波形上升，阻滞（-）的电流反比下降，-（-）差压越来越小，电流变化率和失磁量-，-越来越大，托磁能力越来越差，主动正弦规律上升阻滞使（-）推动的电流反比正弦下降，由于=/t，（-）反倒越来越高，360，=（-），（=），差压-=-（-）=0，电流-=0，铁芯全部失磁=0只有少量
35、的剩磁，和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，完成一个反向磁储能必释放磁能的周期循环。综上所述：一次绕组0，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，模拟的波形变化，电源电压与自感电动势在波峰处电压平衡转换，电流和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，最大充磁电流和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
36、电磁场，铁芯充磁储能必要释放磁能特性，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能等于电源电压，变压器一次绕组的电阻不都是很小，由于分压的影响，比照RL电路，自感不是直接与电源电压平衡转换，而是与的电压分量隐性电压平衡转换，用隐性代替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，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整自平衡在隐性直
37、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和自感电动势的相位差小于一百八十度，=+=+(-)，+=-（-）=，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，无功功率的好和坏：电压决定电流，同一串联回路内电源电压和自感电动势二龙治水使电流移相，照成电压和电流的波形分离，假设直流电路P=UI=3v3A=9W，交流电路同样UI=3V3A，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，变压器和异步电
38、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和启动电流较大，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和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
39、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，让感性用电器和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也在二次绕组上产生感生电动势，设计时目的是自闸，原因是空载，4.44f4.44f，改变与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的集合感生电磁场对磁通产生阻碍作用（依照楞次定律），影响磁通的变化，磁通减少，自闸自感电动势减小，、的合矢量增大，一次电
40、流上升，一次电流的集合电磁场反向消除的电磁场，并保持磁化铁芯的主动权，生多少电磁正比消除多少，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、同相位，等于负载上的电压加上内阻电压，如图5向量图。逆反电动势的电流的集合电磁场对磁通减磁，减小，减小，增大，增大它的集合电磁场对集合电磁场反向消磁，比大点，它们的合矢量电磁场对铁芯励磁产生磁通（），组成矢量直角三角形，其原因是和，与同相位，所以，很小，实际测量结果和大小十分接近，被直角三角形关系压控在约90相位，也就把压控在
41、约180相位，从而把压控在约0相位，和的角度接近180但不等于180，顺时针移相，逆时针移相，这样更导致了接近180，使两个电磁场保持方向相反，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，使反劲，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，对铁芯减磁（消磁），磁势向量平衡式：+1=，和都是纯电阻电流都垂直于磁通，两个电流可以直接相加，不影响的相位，很小省略后的矢量方程是：+=，因为和方向基本相反把矢量方程改写成标量方程-=，很小近似等于零，-=0，=，这就是变压器改变电流的原因，负载电流上升，减小，
42、上升，=+，上升到电磁场能抵消的电磁场时，不再减磁，纯电阻负载磁势平衡在直角三角形关系里 =+，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），从上面分析可知越小，减磁量越小，的大小越稳定，同时减小量越小，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，把磁势失量平衡方程式+=-（-）=由向量图改成波形图参看图7没画反转180的波形，只画了向量差的波形，利用反方向的相位差180的电磁场相互抵消后产生的剩余电磁场
43、对铁芯进行励磁，在波形下降区间，磁通波形上升，瞬时值大于-的瞬时值，它们的代数差电磁场为铁芯励磁，的电磁场反向抵消-的电磁场，的剩余电磁场对铁芯充磁储能，在波形反方向上升区间，波形下降，-的瞬时值大于的瞬时值，它们的代数差为铁芯励磁，-的电磁场抵消的电磁场，-的剩余电磁场托着铁芯磁通放磁归零，也就是不再由自感电动势自己的电磁场托磁释放磁能了，而是由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，自感电动势不再垂直，能自由地改变大小和相位适应磁势平衡，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
44、统一自调整动平衡，电压平衡和磁势平衡有机一体联动平衡，从向量图5上看出超前很小的相位角，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，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压电流和有功功率P=UIcos，其它电参数均为理论计算和推导，但是电源电压和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，电流方向和磁势方向相同，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和磁势平衡有机一体联动平衡的向量关系，电源电压和自感电动势基本保持方向相反，一次电流电磁场和二次电
45、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相位，励磁电流要用一部分电磁场来抵消涡流电磁场，照成不垂直，也就是空载试验时得出的铁损模拟电阻，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
46、压电流和有功功率三个参数P=UIcos=，其它电参数均为理论性的计算和推导，用功率直角三角形法计算出和，但是和的相位是错误的。空载试验的目的应当是优化变压器设计，通过比较和的大小使涡流损耗减小到最小，计算出的实际值，校对是否和设计计算值吻合，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，直接测出电压和电流的相位角，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。二次绕组流过有无功分量的电流时集合电磁场对变
47、化的铁芯磁通阻碍减磁（楞次定律），并有使磁通向下移相的趋势，自感自闸电动势减少，上升，一次电流的集合电磁场是磁化铁芯充磁储能的原始电磁场，如果电源电压的电流不能对铁芯充磁生成磁通，而由衍生的、将不存在，所以具有决定相位的绝对优先权，使向上移相，在通过的联动配合移相，自动移相适应的相位变化永远保持超前的约180的君主励磁相位，使反劲的的电磁场的合矢量电磁场自动调节磁通的大小和相位，也就改变了的大小和相位，当的电磁场抵消掉的反向电磁场并对铁芯充磁时磁势平衡下来+=，随即也平衡下来，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
48、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）剩余的二次电流的电磁场拖着磁通放磁卸掉磁能，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+=0，=说明一次电流电磁场和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，=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启，一次绕组电阻越小空载自闸越好，负载时铁芯减磁越小，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