作者：李晓燕 田正阳
来源：《中国科技博览》2013年第25期
[摘 要]麦克斯韦于19世纪创立了著名的麦克斯韦电磁理论。麦克斯韦理论为深入的研究电磁关系和利用电磁能提供了理论依据。变压器在现在电气时代已经有着举足轻重的地位，故而有必要从磁场的本质的角度研究和理解变压器的工作原理。本文从磁场的本质的角度出发，导出了单相变压器和三相变压器空载时需满足的方程，并对给出的方程，使用数字迭代方法，在MATLAB下编程进行了计算仿真并与实际波形对比，取得了比较满意的结果。
[关键词]变压器 磁场 激磁电流 非线性单值曲线
中图分类号：O441 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）25-0041-02
正文
1、单相变压器空载运行电磁原理的详细讨论
变压器模型如图1：
变化的电场会激发磁场，变化的磁场会激发电场。由此可以看出，磁场的产生是由于变化的电场的存在。通电导线周围的磁场实质上是由于在这些磁场对应的空间位置上存在这电场的变化率，而这个电场的变化率是由于导体内的自由载流子在外加电压的作用下发生了定向移动，也就是产生了电流，而自由载流子不论它处于什么样的状态下（由于导体的束缚，自由载流子的速度不可能接近或者是达光速，即不考虑相对论效应），它本身都具有在空间激发电场的属性。这就是为什么通电导线周围会产生磁场的原因。同时也是变压器能工作的根本原因。 对于单相变压器，在一次侧加上正弦电压，当整个系统处于稳态时，其内部的具体的电磁过程如下：在某一时刻，外加的电压是一个可以知道的值，那么在导线内就会产生一个可以知道数值和方向的电场。而这个电场会对导体中的自由载流子产生力的作用，这个力的作用将会让自由载流子产生一个加速度。由参考文献2知道，当自由载流子有一个速度时，事实上，在空间就已经建立起一个磁场。当自由载流子存在一个加速度的时候，那么，产生的磁场也就有了变化率。根据麦克斯韦电磁理论，这个磁场的变化率也会在空间
激发涡旋电场，这种电场也会给处于该电场中导体中的自由载流子一个力。这个力就是人们常说的感应电势在导体中对自由载流子产生的力。这个产生的感应电势让自由载流子的运动的趋势与原来外加电势让自由载流子的运动趋势是相反的（由楞次定律得出）。还有一种不可忽略的力，那就是由于导体电阻的存在，它会阻碍自由载流子的运动，这三种力会存在一个十分短暂平衡的过程。以上是对不考虑磁路饱和的电磁过程的讨论。对于空载时的变压器，有一部分磁通会沿着闭合的铁心形成回路，形成主磁通；还有一小部分的磁场会沿着空气形成闭合回路形成漏磁通。对于变压器空载的讨论，实际上是讨论在外加电压的作用下，会产生怎样的一次电流。
