一、运行基本原理与能量传递

变压器基于电磁感应原理运行，其核心过程遵循“电→磁→电”的能量转换路径。

运行分为三个阶段：

励磁阶段：当交流电压施加于一次绕组时，产生交变电流（即空载电流），在铁心中建立起交变的主磁通。

磁耦合阶段：该主磁通通过高导磁的铁心磁路，同时穿过并紧密联系着一次和二次绕组。

能量传递阶段：变化的磁通在二次绕组中感应出电动势，当二次回路接通负载形成闭合电路时，便产生负载电流，从而完成电能从一次侧到二次侧的传递。

运行过程由几个关键方程支配：电压平衡确保了磁通的建立；磁动势平衡解释了负载时电流的自动调节；而理想变压器的变比关系则直接决定了电压和电流的转换比例。

二、两种典型运行状态

空载运行：当二次侧开路时，一次侧仅流过很小的空载电流，其主要作用是建立铁心中的磁场。此时变压器消耗的功率主要用于补偿铁心中的损耗（铁损），几乎没有能量传递到二次侧。

负载运行：当二次侧接上负载后，二次绕组中便产生电流。这个电流会产生一个磁动势，试图削弱铁心中原有的主磁通。为了维持主磁通基本不变，一次绕组会自动从电网汲取更大的电流，以抵消这种削弱作用。此时，电能通过磁场作为媒介，从一次侧地传递到二次侧，供给负载使用，绕组电阻产生的损耗（铜损）也变得显著。

变压器的主要特性

一、外特性（电压调整特性）

指变压器二次侧的端电压随负载电流变化而波动的特性。通常用电压调整率来量化，即从空载到额定负载时，二次电压变化的百分比。该特性受到变压器内部短路阻抗和负载性质（感性或容性）的显著影响：感性负载会使输出电压下降，而容性负载可能导致输出电压升高。

二、效率特性

变压器的效率很高，其损耗主要分为两部分：

不变损耗（铁损）：由铁心的磁滞和涡流效应引起，只要一次电压和频率不变，此损耗基本恒定。

可变损耗（铜损）：由绕组电阻引起，与负载电流的平方成正比。

效率曲线呈抛物线形状，其率点通常设计在可变损耗等于不变损耗的负载区域附近。

三、并联运行特性

为实现多台变压器共同供电，它们必须满足严格的并联条件：变比必须相等以防止环流；连接组别必须相同，否则会产生巨大的破坏性环流；短路阻抗的标幺值应尽量相等，这样才能按各自容量比例合理分担负载。工程上还要求并联变压器的容量比不宜过大。

四、暂态特性（动态特性）

变压器在特殊工况下会表现出独特的动态特性：

空载合闸励磁涌流：在合闸瞬间，可能产生高达额定电流6至8倍的瞬时冲击电流。它含有大量直流分量，但衰减很快（通常在几秒内）。这可能引起保护装置的误动作，需要特别注意。

突然短路电流：当变压器出口发生短路时，会产生高达额定电流10至25倍的稳态短路电流，瞬间峰值更大，对变压器的机械结构是严峻考验。

过电压现象：遭受雷击或进行开关操作时，可能产生瞬时过电压，需要依靠避雷器等设备进行保护。

五、关键电气参数特性

短路阻抗：是变压器重要的参数之一，以百分比表示。它既限制了系统的短路电流，又影响了变压器的电压调整率。其值根据变压器类型和容量而不同。

空载特性：包括空载电流和空载损耗。空载电流反映铁心材料的励磁性能，空载损耗则是衡量变压器经济性的核心指标，直接关系到日常运行的电费。

温升与过载特性：变压器运行时各部分的温度不能超过限值（如绕组对油的温升限值）。绝缘材料的寿命遵循“温度每升高6-8℃，老化速度约加快一倍”的法则。在必要时，变压器具备一定的短期过载能力，但这会以牺牲部分使用寿命为代价。

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