一、變壓器的空載運(yùn)行
1．空載運(yùn)行時(shí)各物理量正方向的規(guī)定
變壓器一次繞組接額定頻率和額定電壓的電網(wǎng)上，而二次繞組開(kāi)路，即i2=0的工作方式稱(chēng)變壓器的空載運(yùn)行。為了簡(jiǎn)便起見(jiàn)，將立體圖改畫(huà)成平面圖，如圖1所示。
圖1 單相變壓器空載運(yùn)行
由于變壓器接在交流電源上工作，因此通過(guò)變壓器中的電壓、電流、磁通及電動(dòng)勢(shì)的大小及方向均隨時(shí)間在不斷地變化，為了正確地表示它們之間的相位關(guān)系，必須首先規(guī)定它們的參考方向。
原則上可以任意規(guī)定參考方向，但是如果規(guī)定的方法不同，則同一電磁過(guò)程所列出的方程式，其正、負(fù)號(hào)也將不同。為了統(tǒng)一起見(jiàn)，習(xí)慣上都按照“電工慣例”來(lái)規(guī)定參考方向：
（1）電壓的參考方向：在同一支路中，電壓的參考方向與電流的參考方向一致。
（2）磁通的參考方向： 磁通的參考方向與電流的參考方向之間符合右手螺旋定則。
（3）感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的參考方向：由交變磁通ф產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e，其參考方向與產(chǎn)生該磁通的電流參考方向一致（即感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e與產(chǎn)生它的磁通ф之間符合右手螺旋定則），如圖2所示。
圖2 參考方向的規(guī)定
按此參考方向列出的電磁感應(yīng)定律方程為
下面分析變壓器空載運(yùn)行時(shí)，各物理量之間的關(guān)系。
2．感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和變比
空載時(shí)，在外加交流電壓ul作用下，一次繞組中通過(guò)的電流稱(chēng)為空載電流i0。在電流i0的作用下，鐵心中產(chǎn)生交變磁通φ（稱(chēng)為主磁通），主磁通φ同時(shí)穿過(guò)一、二次繞組，分別在其中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e1
如略去一次繞組中的阻抗不計(jì)，則外加電源電壓u1與一次繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e1可近似
看作相等，即u1≈e1，而u1與e1的參考方向正好相反，即電動(dòng)勢(shì)e1與外加電壓u1相平衡。
在空載情況下，由于二次繞組開(kāi)路，故端電壓u2與電動(dòng)勢(shì)正好相等，即u2＝e2。
因此 u1≈e1＝4.44fn1фm （2－3）
u2＝e2=4.44fn2фm （2－4）
式中，ku稱(chēng)為變壓器的變壓比，簡(jiǎn)稱(chēng)變比，也可用k來(lái)表示，這是變壓器中最重要的參數(shù)之一。
由式（2—5）可見(jiàn)：變壓器一、二次繞組的電壓與一、二次繞組的匝數(shù)成正比，也即變壓器有變換電壓的作用。
由式（2—3）可見(jiàn)：對(duì)某臺(tái)變壓器而言，f及n1均為常數(shù)，因此當(dāng)加在變壓器上的交流電壓有效值u1恒定時(shí)，則變壓器鐵心中的磁通фm基本上保持不變。這個(gè)恒磁通的概念很重要，在以后的分析中經(jīng)常會(huì)用到。
3．變壓器的空載電流和空載損耗
變壓器空載運(yùn)行時(shí)，空載電流i0一方面用來(lái)產(chǎn)生主磁通，另一方面用來(lái)補(bǔ)償變壓器空載時(shí)的損耗。為此，將i0分解成兩部分，一部分為無(wú)功分量iq，用來(lái)建立磁場(chǎng)，起勵(lì)磁作用，與主磁通同相位；另一部分為有功分量id，用來(lái)供給變壓器鐵心損耗，相位超前主磁通90o，即：
空載電流一般只占額定電流的（2～10）％，而id<10％i0，因此i0≈iq，所以空載電流i0主要用來(lái)建立主磁通。故近似稱(chēng)作勵(lì)磁電流。變壓器空載時(shí)沒(méi)有輸出功率，它從電源獲取的全部功率都消耗在其內(nèi)部，稱(chēng)為空載損耗?？蛰d損耗絕大部分是鐵心損耗p0，即磁滯損耗與渦流損耗，只有極少部分是一次繞組電阻上的銅損耗i02r，，它只占空載損耗的2％，故可認(rèn)為變壓器的空載損耗就是變壓器的鐵心損耗。
4．空載運(yùn)行時(shí)相量圖
變壓器空載運(yùn)行時(shí)的電路原理圖如圖2—13。其中一次繞組的兩個(gè)接線(xiàn)端用“u1”、“u2”表示，二次繞組的兩個(gè)接線(xiàn)端用“u1”、“u2”表示。
在不計(jì)一次繞組的阻抗及變壓器中的損耗時(shí)，圖2—11中的空載電流i0只用來(lái)產(chǎn)生磁通фm,一次繞組電路為純電感電路，空載電流i0滯后于電壓u190o，又由于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)el滯后
圖2－13 單相變壓器電路原理圖
于 電壓u1180o，故e1滯后于電流i090o。另外由前面分析知道e1也滯后于фm90o，故i0與由фm同相位，由此可以作出理想變壓器（不計(jì)損耗的變壓器）空載運(yùn)行時(shí)的相量圖，如圖2—14所示。
圖2－14 理想變壓器空載運(yùn)行相量圖
例2—2：如圖2—11所示，低壓照明變壓器一次繞組匝數(shù)n1＝660匝，一次繞組電壓ul＝220v，現(xiàn)要求二次繞組輸出電壓u2＝36v，求二次繞組匝數(shù)n2及變比ku
解 由式（2—5）可得
通常我們把ku>1（即u1>u2，n1>n2）的變壓器稱(chēng)為降壓變壓器；ku<1稱(chēng)為升壓變壓器。