在讲解变压器原理时,教材上一般都会说为了简化分析,假设:
(1)一二次绕组完全耦合,即穿过一次二次绕组的磁通为同一磁通;
(2)铁心磁路的磁阻为零;
(3)铁心的损耗为零;
(4)一次二次绕组的电阻为零
满足上面条件的变压器,称为理想变压器(ideal transformer)。
显然现实中的变压器都不是理想变压器,也就是说:
(1)一二次绕组不会完全耦合;
(2)铁心的磁阻也不会为零;
(3)铁心的损耗也不会为零;
(4)一二次绕组的电阻也不会为零。
除此以外,严谨的教材,在电机学开篇还会交代,在工频(50Hz)甚至射频(100 GHz)下,良好导体内的位移电流相比于传导电流,也可以忽略不计。多大就忽略不计了?即便是对于100 GHz的频率,传导电流与位移电流的电流密度近乎十亿比一的关系。你的财富跟王健林的十个小目标是不是可以忽略不计?
变压器在空载运行,也即二次回路开路运行时,二次边电流为零。为零吗?绕组不是导体吗?导体不是有非常多的自由电子吗?根据法拉第电磁感应定律,不是会有感应电场吗?自由电子在感应电场下不会运动吗?会。运动会瞬间完成。导体中会有电荷的积累,电荷量极少。一个回路,进去的电荷和出来的电荷并不是完全相等的。即便是单向流动的水管,自来水公司输给你的水跟你放出来的水也不是完全相等。有电荷积聚,是绕组内沿导线方向电场为零的原因。这样说其实也是忽略了介质变化的地方。比如空载时,次边抽头与空气发生了介质变化;导体横向,匝间有介质变化。这符合法拉第电磁感应定律,闭合回路的电场线积分等于磁通变化率的负值。电场的具体分布情况,受线路上的元件约束。大家可以回头看一下“鼠笼转子为什么不绝缘”。电磁感应定律其实透彻理解是很不容易的。不拘小节要分时候分地点。偏执于小节,会让我们对基本概念的理解深化。教材从理想变压器讲起,是怕初学者分散了精力,什么都抓又什么都抓不住。不得不说,有些人及其擅长学工科,拿来就用,有些人及其不擅长学工科,追求严谨,追求完美。有人总结说,有些人学着学着工科,就转向了物理,学着学着物理,最终转向了数学,而且是纯数学。