如何理解理想變壓器不儲能這句話，而電感卻能儲存電磁能？

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理想變壓器的電磁場建立不需要能量嗎？

理想變壓器就是一種概念，是一個理想化的模型。你可以理解成一個黑箱，在輸入和輸出端實現了電壓、電流的變換，至於怎麼做到的不重要，重要的就是它就是做到了。

為什麼要構建理想變壓器這樣一個模型？自然是為了省略不必要的變數，方便研究。在我做過少的可憐的題目中，單純的理想變壓器一般是出現在穩態電路中的吧；而電感存儲電能，屬於暫態和次暫態過程，在這兩種過程中，理想變壓器就沒法替代變壓器進行研究了，必須要加別的元器件組成新的模型了。

總之，別去追究一個概念上的東西到底是如何實現的，因為現實它壓根兒就不存在，知道其適用條件就好咯。

首先，在討論問題時把理想這兩個字去掉。須知，在現實工作中，不存在所謂的理想元件。要說明這一點，我們來看圖1：

圖1是一隻電感線圈，我們來看它的電流電壓情況。

設電流從A點流入，從X點流出，並且線圈的圈數是W。當電流流過線圈後，由楞次定律我們知道會產生反向電動勢e。反向電動勢e的為：

$e=-Wfrac{dPhi}{dt}$

也即反向電動勢e的大小等於圈數W與主磁通改變數dФ/dt的乘積，方向正好相反。

從圖1中我們很容易想到，線圈不但會產生沿著鐵磁物質流動的主磁通，但也會產生線圈之間漏出的漏磁通，所以實際的反向電動勢一定會低於理想值。

由此可見，全然不顧實際情況而按所謂的理想狀況來討論問題，不管是從理論分析的角度來看，還是從實際運用的角度來看，我覺得意義不大。

因此，在實際分析和運用時，要按標準狀況來分析，也即考慮到了漏磁的狀況。當然，此時與所謂的理想已經完全不搭界了。

我們看圖2：

對於變壓器來說，不僅漏磁通會降低它的效率，同時鐵損和銅損也會降低效率。

可見，所謂理想變壓器是不存在的。

我們再看電感儲存電磁能的問題。

由圖1已經知道，感應電動勢其實就是題主所探討的對象，感應電動勢所蓄積的能量就是它所儲存的電磁能。

從圖2看到，感應電動勢E1和E2與電感的情況完全類似。所以，變壓器不但會儲存電磁能，而且在外電路短路時，會以特彆強烈的形式釋放出來。

我們看圖3：

當變壓器的繞組外電路發生短路時，變壓器儲存的能量會向短路點注入電流，構成短路電流的直流分量。

我們來看下圖，此圖是我用MATLAB繪製的：

在時刻零之前，電流是正常的，在時刻零發生了短路。

由於短路點的電阻很小，而電壓又基本不變，因而此時的電流很大。由於電壓U是周期性變化的正弦量，所以此短路電流當然也呈現周期性，故被稱為短路電流的周期分量Ip。

由楞次定律，變壓器產生了反向電動勢，它儲存的能量要向短路點注入。但由於反向電動勢是逐漸衰減的，因此短路電流直流分量Ig也是逐漸衰減的。

注意：短路電流的直流分量就是因為變壓器電感釋放能量造成的。

由於直流分量Ig對交流分量的抬升作用，使得短路電流在短路後10毫秒達到最大值Ipk。Ipk又叫做衝擊短路電流峰值。

因此，在配電線路中，開關電器都有短路接通能力Icm這個參數，並且有Icm&>Ipk。開關電器的短路接通能力體現了電器的動穩定性。

當直流分量衰減完畢，短路電流中就只剩下周期性的交流分量，此時短路電流進入穩定狀態。見上圖的最右側的電流Ip。

那麼到底在外電路短路狀態下，變壓器的短路電流的表達式是怎樣的？我們看圖4：

圖4就是短路電流的數學形式。

我們來看一個實例：

設變壓器的容量是1000kVA，阻抗電壓是6%，低壓側額定電壓是400V。在低壓側外圍用25米長的銅排作為導線連接到負載側，銅排中心距75毫米，形狀係數Kc=1.02。設想在銅排的末端發生了短路，我們來看看短路電流中有直流分量與無直流分量，對銅排的電動力差別有多大。

我們來求解：

第一步，計算變壓器的額定電流：

$I_n=frac{S_n}{sqrt{3}U_N}=frac {1000 imes 10^3 }{1.732 imes 400}approx1443A$ ；

第二步，計算變壓器的短路電流，也即短路電流交流分量：

$I_K=frac {I_n}{U_K}=frac{1443}{0.06}approx24.1kA$ ；

第三步，計算疊加了直流分量後的衝擊短路電流峰值： $I_{PK}=nI_K=2.0 imes 24.1=48.2kA$

第四步，用短路電流交流分量來計算銅排之間的作用力Fk。求解時，不考慮銅排因為外側和內側位置不同而引起的額外作用，只是按一般方法來計算：

$F_K=10^{-7}I_K^2frac{2L}{d}K_C=10^{-7} imes (24.1 imes 10^3)^2frac{2 imes 25}{75 imes 10^{-3}} imes 1.02approx39495Napprox4030kgf$

差不多有4.03噸的力作用在銅排上。

第五步，用衝擊短路電流峰值來計算銅排之間的作用力Fpk：

$F{pk}=10^{-7}I_{pk}^2frac{2L}{d}K_C=n^2F_K=2^2 imes 39495=157980Napprox16120kgf$ 。

看的出來，整整大了4倍，超過16噸的力作用在銅排上！這個力就是儲存在變壓器內部的電磁能釋放後產生的巨大作用。

許多事情就是這樣，光看理論推導，看不出什麼問題。但我們一旦把它量化，立刻就發現問題巨大。

現在，我們來看看當變壓器工作在開始送電的狀態和運行態時，變壓器所儲存的電磁能又會以何種形式表現出來。

當變壓器開始送電時，繞組中會出現勵磁電流。勵磁電流，其實就是為變壓器建立磁場。

我們知道，建立磁場時只需要從電源送入無功功率，因此用來產生主磁通。因此，勵磁涌流會從電源送入無功功率，用來建立主磁通的電流與主磁通同相位，並且落後與電源電壓90度。因而，此時的主磁通又被稱為磁化電流I0。

鐵磁材料又兩個特點。第一個特點是鐵磁材料具有飽和現象，第二個特點是在交流磁化條件下存在磁滯現象，因而帶來磁滯損耗。

產生磁滯損耗的電流I0a與U同相位，因而I0a會產生髮熱，也即有功功率。

我們看圖5：

注意到這裡有幾個關係：

$I_{0a}=I_0cosvarphi$ ； $I_{0r}=I_0sinvarphi$ ， $I_0=sqrt{I_{0a}+I_{0r}}$

由此我們明白，變壓器的勵磁電流由有功分量和無功分量構成。

對於電力變壓器來說， $I_0=(0.02sim0.10)I_{1N}$ ，這裡 $I_{1N}$ 是額定電流。

在討論變壓器的空載參數時，我們一般用等值電路來討論。變壓器空載的等值電路見圖6：

我們來看一個實例：三相電力變壓器為YY接法，額定容量100kVA，額定電壓6000V/400V，額定電流9.62A/144.3A。原繞組漏阻抗 $Z_1=r_1+jx_1=4.2+j9Omega$ ，勵磁阻抗 $z_m=r_m+jx_m=514+j5526Omega$ 。

求：勵磁電流與額定電流之比，空載運行時的輸入功率

我們來求解：

先求總阻抗： $Z=Z_1+Z_m=4.2+j9+514+j5526=5559.2angle84.65Omega$

勵磁涌流為： $I_0=frac{6 imes 10^3}{sqrt{3} imes 5559.2}approx0.623A$

勵磁涌流與額定電流之比為： $frac{I_0}{I_{1N}}=frac{0.623}{9.62}approx0.0648$ ，也即勵磁涌流與額定電流的佔比為6.48%。

我們再來計算空載運行時的輸入功率：

第一步，求視在功率： $S_1=sqrt{3}U_{1N}I_0=sqrt{3} imes 6000 imes 0.623approx6474 VA$

第二步，求功率因數角： $varphi_0=84.65^circ$

第三步，求有功功率： $P_1=sqrt{3}U_{1N}I_0cosvarphi_0=6474 imes cos84.65^circapprox604W$

第四步，求無功功率： $Q_1=sqrt{3}U_{1N}I_0sinvarphi_0=6474 imes sin84.65^circapprox6446var$

計算完畢。

我們看到，即便在變壓器不帶負載的情況下，變壓器也是需要輸入能量的。而這個能量的本質就是變壓器空載條件下儲存的電磁能。

我們再次看到，在這裡毫無理想變壓器的影子。事實上，」理想「這個詞，在這裡顯得如此幼稚。

我們再來看看帶載條件下變壓器的參數計算。

待續。

實際變壓器低頻下的近似分析可以用漏感加全耦合變壓器的模型，全耦合變壓器又可以等效為勵磁電感＋理想變壓器來分析。

在全耦合變壓器轉變為勵磁電感＋理想變壓器的建模過程中，實際變壓器儲存磁場能量的物理特性用勵磁電感來表示，理想變壓器則表示原副邊電壓與變比的對應關係。

所以，我的理解是理想變壓器是一種數學表達，是電壓與變比對應關係的具象化。並不存在電磁場的概念。而理想變壓器輸入輸出功率守恆，因此，並不存儲能量。

理想變壓器沒有電感值，只有變比。

就這樣

從電力電子角度來回答一下吧。以buck電路為例，開關管導通時，電源對電感充電，這段時間裡，電感是只吸收能量不釋放能量的。開關管關斷時，電感釋放能量到輸出，而不吸收能量。這是有時間差的，因此，電感需要先將能量儲存起來，然後在釋放。

以全橋電路舉例，全橋電路中是含有變壓器的，它對於能量的傳遞是實時的。就是說，原邊只要有能量，瞬時就傳遞到了副邊，不存在先將能量扣下來，等會再傳遞的情況。

有點類似於金融行業里t+0和t+1的區別吧。

至於具體到製作過程中，繞制電感的磁心會有氣隙，而變壓器不存在。

當然，也有例外，反激電路中，變壓器要儲存能量，它既是電感又是變壓器，因此它的變壓器里有氣隙。

上世紀八十年代西南某電廠升壓站發生過變壓器繞組剩餘電荷燒死人的事。理想變壓器只有變比，還是多去現場吧。

理想變壓器的電磁場建立不需要能量嗎？

理想變壓器是一種抽象的模型，原則上實現方式可以有很多種，而電磁類變壓器是變壓器的一種最常見實現罷了。

模型和實現要區別開來

理想器件，是科研中的一種方法。就象剛體一樣。

理想器件和真實器件的聯繫與區別，就象理論力學和材料力學、岩土力學一樣。

實際上，真實器件的研究是在理想器件上，進一步加上其它因素而得到的。

有些在大學學得好的高中老師應該知道這一點，只不過，他們沒有告訴你們而已。因為高考不需要。

絕大多數工程師，嗯，除了本身就是研發這些器件的高級工程師以外，應用工程師不知道，也不必知道。

其實儲能的～

看到這個問題，雖然不知道在講什麼。

但讓我想起小時候舔過「剛拔下來的小霸王的變壓器的兩個插腳」。

可以用《一個不能少》里的一句台詞描述我舌頭上的感受，劇中小朋友們攢了兩塊錢買了一罐可口可樂後傳著喝，第一次喝到可口可樂的小朋友們對這罐神奇的飲料做出了評價：

「麻的」

台詞可以用一樣的，但我的感受卻和喝可樂不一樣。類似於這個詞第一個字第一聲和第二聲的區別。

為了方便理解把變壓器分為兩大類，變壓器和反激變壓器。第一種變壓器就是理想的，一般對儲能要求不高，與頻率相關，所以我們認為它不儲能只變比；反激變壓器則依靠電感儲能工作，同時又有變比作用，如反激變換器中的變壓器。這兩種變壓器選型時考慮點是不同的。

這個意思就是，只有理想的變壓器才不儲能。

理想變壓器不儲能和電感儲能，這兩句話問的沒頭沒腦啊。

如果這個問題成立的話，那麼只能是他們問的是不同的事。

實際變壓器除了電感還有電容，比如繞組與繞組之間，所以變壓器停用後還會有一部分電荷積存，釋放的比較緩慢，就是之前有人說的，變壓器停用後還把人電死了，而理想變壓器不考慮這種電容。這種儲能和電感儲能完全是兩個概念，也是兩回事。只要通電，電感就有磁場，就儲存了磁能，理想不理想都是。

需要能量，勵磁所需要的能量。但在靜態時認為儲存在磁場中的能量不變。