下面我们从多个维度详细阐述它们的区别。

一、定义

无载运行

定义：变压器侧（初级绕组）接入额定电压和额定频率的交流电源，而二次侧（次级绕组）开路，不接任何负载的运行状态。

俗称：空载运行。

类比：就像一台插着电但处于待机模式的电视机，它本身消耗少量电能（待机功耗），但并没有执行播放节目的主要功能。

有载运行

定义：变压器侧接入电源，二次侧接上负载阻抗，电路闭合，有电流流过并向负载输送电能的运行状态。

类比：同样是那台电视机，现在你按下开关，开始播放节目。它从电网汲取更多的电能，并将其转换为光、声、热。

二、主要区别对比

为了更直观，我们用一张表格来总结区别：

对比维度无载（空载）运行有载运行

二次侧状态开路（$I_2 = 0$）接通负载（$I_2 > 0$）

侧电流很小，主要为励磁电流 $I_0$（约占额定电流的2%-6%）较大，为负载电流 $I_1$ 与励磁电流 $I_0$ 的矢量和，主要由负载大小决定

能量转换不传递有功功率，只消耗少量能量用于产生磁场和铁损传递有功功率，将侧的电能传递到二次侧供给负载

功率因数很低（通常0.1-0.2），因为主要是感性的励磁电流较高，接近负载的功率因数（如感性负载时，cosφ<1）

损耗主要来源铁损（磁滞损耗和涡流损耗）铜损（绕组电阻热损耗）和铁损

输出电压$U_2 = U_{2N}$（等于额定电压）$U_2 < U_{2N}$（由于内部阻抗压降，电压下降）

主要用途试验测量（空载试验测铁损和励磁参数）、电网无功补偿正常工作的主要状态，完成电能的传输和电压变换

三、深入解析

1. 磁动势和主磁通

无载：侧只有很小的励磁电流 $I_0$ 来建立主磁通 $/Phi_m$，从而在一、二次绕组中感应出电动势 $E_1$ 和 $E_2$。

有载：二次侧有电流 $I_2$ 流过，$I_2$ 会产生一个磁动势 $F_2 = I_2 N_2$，这个磁动势试图改变主磁通 $/Phi_m$。根据楞次定律，它的作用是削弱主磁通。

2. 电压变化

无载：由于没有电流，不存在内部阻抗压降，因此输出电压 $U_2$ 等于感应电动势 $E_2$，即额定电压。

有载：当电流 $I_2$ 流过变压器内部的漏阻抗（电阻和漏抗）时，会产生电压降。因此，输出电压 $U_2$ 会低于感应电动势 $E_2$，且随着负载的增加而下降。电压变化率（$/Delta U% = /frac{U_{2N}-U_2}{U_{2N}} imes 99%$）是变压器的一个重要性能指标。

3. 能量平衡关系

无载：从电网吸收的功率（空载功率 $P_0$）全部用于补偿自身的损耗，即铁损 $P_{Fe}$ 和绕组的微小铜损 $I_0^2 R_1$（可忽略）。故有 $P_0 /approx P_{Fe}$。空载试验的目的就是测量铁损。

有载：从电网吸收的有功功率 $P_1$，一部分用于补偿铁损 $P_{Fe}$ 和铜损 $P_{Cu}$（$I_1^2R_1 + I_2^2R_2$），剩下的全部传递给负载，即输出功率 $P_2$。关系为：$P_1 = P_2 + P_{Fe} + P_{Cu}$。

总结与启示

本质区别：无载运行是变压器的“准备”或“待机”状态，其存在是为了建立传递能量的磁场；有载运行则是其“工作”状态，真正实现了电能的传输和变换。

工程意义：

变压器不允许长期空载运行，因为功率因数极低，会对电网造成无功冲击，是一种不经济的运行方式（俗称“大马拉小车”）。

变压器的效率在有载运行时才是一个重要指标，$/eta = /frac{P_2}{P_1} imes 99%$。效率在负载为额定容量的50%~75%时通常。

通过空载试验和短路试验可以测出变压器的参数（铁损、励磁特性、铜损、阻抗电压等），这些参数是评估变压器性能和质量的关键。