理想变压器和实用变压器
理想变压器
理想变压器是变压器的虚拟模型，具有以下特征 −
初级和次级绕组具有可忽略不计（或为零）的电阻。
它没有漏磁通，即整个磁通都流过变压器的磁芯。
磁芯具有无限的磁导率，这意味着它需要可忽略不计的 MMF 来在磁芯中建立磁通。
没有因绕组电阻、磁滞和涡流而产生的损耗。因此，其效率为 100%。
理想变压器的工作原理
我们可以分析理想变压器在空载或载载下的运行情况，这将在以下章节中讨论。
空载下的理想变压器
考虑一个空载下的理想变压器，即其次级绕组开路，如图 1 所示。而且，初级绕组是纯电感线圈。
当交流电压 $\mathit{V_{\mathrm{1}}}$ 施加到初级绕组时，它会吸收非常小的磁化电流 $\mathit{I_{\mathit{m}}}$ 以在磁芯中建立磁通，该磁通滞后于施加的电压 90°。磁化电流 Im 在磁芯中产生与施加电压成比例且同相的交流磁通 $\mathit{\phi_{m}}$。该交变磁通 ($\mathit{\phi_{m}}$) 将初级和次级绕组磁连接起来，并在初级绕组中感应出 EMF $\mathit{E_{\mathrm{1}}}$，在次级绕组中感应出 EMF $\mathit{E_{\mathrm{2}}}$。
初级绕组中感应出的 EMF $\mathit{E_{\mathrm{1}}}$ 等于施加电压 $\mathit{V_{\mathrm{1}}}$，且与施加电压相反（根据 楞次定律）。EMF $\mathit{E_{\mathrm{1}}}$ 和 $\mathit{E_{\mathrm{2}}}$ 落后磁通 ($\mathit{\phi_{m}}$) 90°，但它们的大小取决于初级和次级绕组的匝数。此外，EMF $\mathit{E_{\mathrm{1}}}$ 和 $\mathit{E_{\mathrm{2}}}$ 彼此同相，而 $\mathit{E_{\mathrm{1}}}$ 等于 $\mathit{V_{\mathrm{1}}}$ 且与其相差 180°。
带载的理想变压器
当负载跨接在理想变压器次级绕组的端子上时，变压器即为带载，负载电流流过次级绕组和负载。
考虑跨接在理想变压器次级绕组上的阻抗电感负载，如图 2 所示。然后，次级绕组 EMF $\mathit{E_{\mathrm{2}}}$ 将导致电流 $\mathit{I_{\mathrm{2}}}$ 流过次级绕组和负载，其定义为，
$$\mathrm{\mathit{I_{\mathrm{2}}}\:=\:\frac{\mathit{E_{\mathrm{2}}}}{\mathit{Z_{\mathit{L}}}\:=\:\frac{\mathit{V_{\mathrm{2}}}}{\mathit{Z_{\mathit{L}}}}}$$
其中，对于理想变压器，次级绕组 EMF $\mathit{E_{\mathrm{2}}}$ 等于次级绕组端电压 $\mathit{V_{\mathrm{2}}}$。
由于我们考虑了感性负载，因此电流 $\mathit{I_{\mathrm{2}}}$ 将落后于 $\mathit{E_{\mathrm{2}}}$ 或 $\mathit{V_{\mathrm{2}}}$ 一个角度 $\mathit{\phi_{\mathrm{2}}}$。此外，由于变压器是理想变压器，因此可以忽略空载电流 $\mathit{I_{\mathrm{0}}}$。
流过次级绕组的电流 ($\mathit{I_{\mathrm{2}}}$ 会形成磁动势 ($\mathit{I_{\mathrm{2}}}\mathit{N_{\mathrm{2}}}$），磁动势会产生与主磁通 ($\mathit{\phi_{\mathrm{2}}}$ 方向相反的磁通 $\mathit{\phi_{\mathrm{2}}}$。因此，铁芯中的总磁通会偏离其原始值，但铁芯中的磁通不会偏离其原始值。因此，为了将铁芯中的磁通量保持在原始值，初级电流必须产生磁动势，以抵消次级磁动势 $\mathit{I_{\mathrm{2}}}\mathit{N_{\mathrm{2}}}$ 的退磁效应。
因此，初级电流 $\mathit{I_{\mathrm{1}}}$ 必须流动，以便
$$\mathrm{\mathit{I_{\mathrm{1}}}\mathit{N_{\mathrm{1}}}\:=\:\mathit{I_{\mathrm{2}}}\mathit{N_{\mathrm{2}}}$$
因此，初级绕组必须吸收足够的电流来中和次级电流的退磁效应，以使铁芯中的主磁通保持恒定。因此，当次级电流 ($\mathit{I_{\mathrm{2}}}$) 增加时，初级电流 ($\mathit{I_{\mathrm{1}}}$) 也会以相同的方式增加，并使互感磁通 ($\mathit{\phi_{\mathit{m}}}$) 保持恒定。
在理想变压器带载时，次级电流 $\mathit{I_{\mathrm{2}}}$ 落后于次级端电压 $\mathit{V_{\mathrm{2}}}$ 一个角度 $\mathit{\phi _{\mathrm{2}}}$。
实用变压器
实用变压器是具有以下特征的变压器 −
初级和次级绕组具有有限电阻。
存在漏磁通，即，整个磁通量并不局限于磁芯。
磁芯具有有限的磁导率，因此需要大量的磁动势才能在磁芯中建立磁通量。
由于绕组电阻、磁滞和涡流，变压器中存在损耗。因此，实际变压器的效率始终小于 100%。
典型实际变压器的分析模型如图 3 所示。
实际变压器的特性
以下是实际变压器的重要特性 −
绕组电阻
变压器的绕组通常由铜导体组成。因此，初级和次级绕组都会有绕组电阻，从而产生变压器中的铜损或 $\mathit{i^{\mathrm{2}} \mathit{R}}$ 损耗。初级绕组电阻 $\mathit{R_{\mathrm{1}}}$ 和次级绕组电阻 $\mathit{R_{\mathrm{2}}}$ 与相应绕组串联，如图 3 所示。
铁损或磁芯损耗
变压器的磁芯受到交变磁通的影响，因此磁芯中会发生涡流损耗和磁滞损耗。磁滞损耗和涡流损耗合称为铁损或磁芯损耗。变压器的铁损取决于电源频率、磁芯中的最大磁通密度、磁芯体积和叠片厚度等。在实际变压器中，铁损的大小实际上是恒定的并且非常小。
漏磁通
通过初级绕组的电流产生磁通量。连接初级和次级绕组的磁通 $\mathit{\phi _{\mathit{m}}}$ 是有用磁通，称为互感磁通。但是，初级电流产生的磁通 ($\mathit{\phi _{\mathrm{1}}}$ 的一部分不与次级绕组连接。
当负载连接到次级绕组时，电流流过它并产生磁通 ($\mathit{\phi _{\mathrm{2}}}$，该磁通仅与次级绕组连接。因此，$\mathit{\phi _{\mathrm{1}}}$ 的部分和仅连接其各自绕组的磁通 $\mathit{\phi _{\mathrm{2}}}$ 称为漏磁通。
漏磁通的路径穿过具有非常高磁阻的空气。因此，初级漏磁通 ($\mathit{\phi _{\mathrm{1}}}$) 的影响是引入与初级绕组串联的感抗 ($ \mathit{X_{\mathrm{1}}}$)。类似地，次级漏磁通 ($\mathit{\phi _{\mathrm{2}}}$) 引入与次级绕组串联的感抗 ($ \mathit{X_{\mathrm{2}}}$)，如图 3 所示。
然而，实际变压器中的漏磁通非常小（约为 $\mathit{\phi _{m}}$ 的 5%），但不能忽略。因为漏磁通路径穿过具有非常高磁阻的空气。因此，它需要相当大的磁通量。
铁芯材料的有限磁导率
一般来说，实际变压器的铁芯由高等级硅钢制成，具有特定的相对磁导率（$\mathit{\mu _{r}}$）。因此，铁芯在磁通密度达到一定值时就会饱和。因此，实际变压器的铁芯具有有限的磁导率，因此在磁通路径上具有磁阻。
