一、变压器的空载运行
1．空载运行时各物理量正方向的规定
变压器一次绕组接额定频率和额定电压的电网上，而二次绕组开路，即I2=0的工作方式称变压器的空载运行。为了简便起见，将立体图改画成平面图，如图1所示。
图1 单相变压器空载运行
由于变压器接在交流电源上工作，因此通过变压器中的电压、电流、磁通及电动势的大小及方向均随时间在不断地变化，为了正确地表示它们之间的相位关系，必须首先规定它们的参考方向。
原则上可以任意规定参考方向，但是如果规定的方法不同，则同一电磁过程所列出的方程式，其正、负号也将不同。为了统一起见，习惯上都按照“电工惯例”来规定参考方向：
（1）电压的参考方向：在同一支路中，电压的参考方向与电流的参考方向一致。
（2）磁通的参考方向： 磁通的参考方向与电流的参考方向之间符合右手螺旋定则。
（3）感应电动势的参考方向：由交变磁通Ф产生的感应电动势e，其参考方向与产生该磁通的电流参考方向一致（即感应电动势e与产生它的磁通Ф之间符合右手螺旋定则），如图2所示。
图2 参考方向的规定
按此参考方向列出的电磁感应定律方程为
下面分析变压器空载运行时，各物理量之间的关系。
2．感应电动势和变比
空载时，在外加交流电压ul作用下，一次绕组中通过的电流称为空载电流i0。在电流i0的作用下，铁心中产生交变磁通Φ（称为主磁通），主磁通Φ同时穿过一、二次绕组，分别在其中产生感应电动势e1
如略去一次绕组中的阻抗不计，则外加电源电压U1与一次绕组中的感应电动势E1可近似
看作相等，即U1≈E1，而U1与E1的参考方向正好相反，即电动势E1与外加电压U1相平衡。
在空载情况下，由于二次绕组开路，故端电压U2与电动势正好相等，即U2＝E2。
因此 U1≈E1＝4.44fN1Фm （2－3）
U2＝E2=4.44fN2Фm （2－4）
式中，Ku称为变压器的变压比，简称变比，也可用K来表示，这是变压器中最重要的参数之一。
由式（2—5）可见：变压器一、二次绕组的电压与一、二次绕组的匝数成正比，也即变压器有变换电压的作用。
由式（2—3）可见：对某台变压器而言，f及N1均为常数，因此当加在变压器上的交流电压有效值U1恒定时，则变压器铁心中的磁通Фm基本上保持不变。这个恒磁通的概念很重要，在以后的分析中经常会用到。
3．变压器的空载电流和空载损耗
变压器空载运行时，空载电流I0一方面用来产生主磁通，另一方面用来补偿变压器空载时的损耗。为此，将I0分解成两部分，一部分为无功分量Iq，用来建立磁场，起励磁作用，与主磁通同相位；另一部分为有功分量Id，用来供给变压器铁心损耗，相位超前主磁通90o，即：
空载电流一般只占额定电流的（2～10）％，而Id<10％I0，因此I0≈Iq，所以空载电流I0主要用来建立主磁通。故近似称作励磁电流。变压器空载时没有输出功率，它从电源获取的全部功率都消耗在其内部，称为空载损耗。空载损耗绝大部分是铁心损耗P0，即磁滞损耗与涡流损耗，只有极少部分是一次绕组电阻上的铜损耗I02R，，它只占空载损耗的2％，故可认为变压器的空载损耗就是变压器的铁心损耗。
4．空载运行时相量图
变压器空载运行时的电路原理图如图2—13。其中一次绕组的两个接线端用“U1”、“U2”表示，二次绕组的两个接线端用“u1”、“u2”表示。
在不计一次绕组的阻抗及变压器中的损耗时，图2—11中的空载电流I0只用来产生磁通Фm,一次绕组电路为纯电感电路，空载电流I0滞后于电压U190o，又由于感应电动势El滞后
图2－13 单相变压器电路原理图
于 电压U1180o，故E1滞后于电流I090o。另外由前面分析知道E1也滞后于Фm90o，故I0与由Фm同相位，由此可以作出理想变压器（不计损耗的变压器）空载运行时的相量图，如图2—14所示。
图2－14 理想变压器空载运行相量图
例2—2：如图2—11所示，低压照明变压器一次绕组匝数N1＝660匝，一次绕组电压Ul＝220V，现要求二次绕组输出电压U2＝36V，求二次绕组匝数N2及变比Ku
解 由式（2—5）可得
通常我们把Ku>1（即U1>U2，N1>N2）的变压器称为降压变压器；Ku<1称为升压变压器。
