变压器负载运行时,初级和次级电压和电流的乘积相等,这是能量守恒,可是磁场的能量是哪里来的?

Question

变压器次级的负载上的电功率等于初级的电功率(电压和电流的乘积相等),也就是在相等时间内,初级的能量消耗,等于次级的能量消耗,这符合能量守恒,但是电流有磁场的,磁场也是有能量的,那磁场的能量加上次级的能量不就大于初级的能量了吗?那不就不守恒了吗?

Answer 1

如果您想要搞清楚这个问题，先要了解什么是“励磁电流”
变压器要传递能量，必须先要建立一个传递能量的途径，那就是磁场，该磁场是通过初级线圈的电流建立的，建立的磁场强度可以通过安培环路定理来计算：i*N=H*L （L不是感量，是磁路长度，这个式子严禁点来说应该是积分）
如果变压器次级开路，则初级电流全部用来建立磁场，但是这个电流是无功电流（电感实际是不消耗有功功率的），换句话说，能量虽然产生了，但没有消耗
如果次级有负载，那么初级电流的一部分用来给负载传递有功功率，另外一部分用来继续产生励磁电流，但励磁电流和负载电流的相位是正交的，（因为一个是无功，另一个是有功），因此初级电流实际是两个正交的电流的叠加：i1+j*i2 (i1是次级有功电流折算到初级的电流，i2是初级励磁电流)，如果次级还有无功，只不过是把i1改写一下就可以了
需要的励磁电流是多大，是要根据负载来列方程的

能量是守恒的，理论上应该是初级的磁动势i*N等于次级磁动势i' * N'再加上励磁电流产生的那部分磁动势H*L，我们常说的初次级能量相等，是在忽略励磁电流的前提下，如果变压器磁心的磁导率很高，则励磁电流很小（因为H=B/u,u是磁导率，要产生相同的磁通量，只需要很小的H），这样初次级的磁动势基本相等，励磁电流这部分能量被忽略掉了，所以才有初次级电流与绕组呈反比，电压与绕组呈正比（法拉第电磁感应定律，初级V*t等于磁链B*N*A等于次级的 V’ * t等于次级磁链B * N‘ *A，当然也是要在忽略励磁的前提下，由于初次级B,A,t 相等，很容易得到这个正比关系）

当然变压器还有自身的损耗，主要是铜损和铁损，铜损是变压器线圈的直流阻抗损耗，铁损是交流损耗，分涡流损耗和磁滞损耗, 涡流主要是电磁场（因为变压器是交流信号，因此一定存在电磁场）在导体表面产生类似漩涡一样可自身自灭的电流造成损耗，磁滞损耗是磁心在经历了磁滞回线的一个周期后，由磁滞回线的面积产生的损耗（准确的说是电压和电流的相位差产生的损耗）

你可以理解成每时每刻初级电流都在分两股，一股产生磁场，另外一股传递到次级做功（当然也包括一切损耗掉的能量，因为损耗能量也是有功），产生磁场这一股是无功，它不消耗能量，但与初级在不停的进行能量交换，与次级电流相位是正交的

Answer 2

所述的初级的能量消耗，等于次级的能量消耗，这是理想变压器的状态，理想变压器是忽略自身损耗(磁场引起的铜、铁损耗)的；而实际上这些损耗是归于初级，即初级的能量大于次级的能量。追问

我还想问下,按您说的,那么负载运行时,初级也是要消耗有功功率的是吗,可是初级只接了线圈呀,线圈的电阻很小,怎么会有那么多有功功率呢?另外初级的功率不能简单的理解成电压和电流的乘积就是初级的电功率是吗?

追答

遗憾地知知，所采纳并无帮助。

追问

什么意思,什么叫没有帮助

追答

所采纳的所述不完善或有欠缺。