簡易變壓器的設(shè)計與特性研究最新版

1、得分教師簽名批改日期課程編號 題目類型 基礎(chǔ)設(shè)計類實驗 深 圳 大 學(xué) 實 驗 報 告課程名稱： 大學(xué)物理實驗（三） 實驗名稱： 簡易變壓器的設(shè)計與特性研究 學(xué)院： 物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 組號 指導(dǎo)教師： 報告人： 學(xué)號： 實驗地點 科技樓B109 實驗時間： 實驗報告提交時間： 一、實驗設(shè)計方案一、實驗?zāi)康?1、了解變壓器的基本構(gòu)造；懂得變壓器的基本工作原理； 2、對簡單的升壓變壓器進行分析，初級電壓和次級電壓與線圈匝數(shù)之間的關(guān)系 ； 3、通過對升壓變壓器進行空載試驗，測量空載損耗；4、與理論變壓器相比，了解實際變壓器的工作特點。二、實驗原理1、變壓器只能工作在交流電路。圖1鐵芯副線圈原線圈U

2、112nnU22、互感現(xiàn)象是變壓器工作的基礎(chǔ)：變壓器通過閉合鐵芯，利用互感現(xiàn)象實現(xiàn)了電能到磁場能再到電能的轉(zhuǎn)化。3、互感現(xiàn)象： 在變壓器原、副線圈中由于有交變電流而發(fā)生互相感應(yīng)的現(xiàn)象，叫做互感現(xiàn)象。4、變壓器的工作原理變壓器是利用電磁感應(yīng)作用改變交流電壓、電流和復(fù)阻抗的一種電器設(shè)備，通常包含兩個靜止線圈（繞組），也有含多個線圈的變壓器使用時，兩個線圈分別接交變電源和負載，通過交變磁場把電源輸出的能量傳送到負載中。加電源的線圈叫做一次繞組，接負載的線圈叫做二次繞組。一、二次繞組所在電路分別叫做電路（原邊）及副電路（副邊）。一、二次繞組的電壓（有效值）一般不等，變壓器即由此得名。5、變壓器可分為鐵

3、芯變壓器及空心變壓器兩大類。鐵芯變壓器是將一、二次繞組繞在一個鐵芯上。鐵芯是電源變壓器的重要部件，對它的性能起著重要的作用。設(shè)計電源變壓器的鐵芯，包括以下幾個主要內(nèi)容： (1) 根據(jù)電流電路和工作頻率，轉(zhuǎn)換成鐵芯對軟磁材料的要求，選取適用軟磁材料。 (2) 根據(jù)電源要求的性能指標，選取適用的鐵芯結(jié)構(gòu)形式。 (3) 根據(jù)傳送功率和輸入阻抗（輸入電感），計算和選取鐵芯尺寸。 (4) 根據(jù)變壓器電磁場數(shù)學(xué)模型，進行鐵芯和線圈參數(shù)計算。 (5) 根據(jù)使用要求，核算鐵芯散熱面積和工作溫度。可以通過使用密封性更好的鐵芯，使得磁感線通過量增加，電能-磁能-電能的過程中損耗更少，變壓器的原副線圈工作更接近理想

4、變壓器（本次實驗采用口型鐵芯、E型鐵芯、U型鐵芯、一字型鐵芯）。 6、線圈匝數(shù)的作用至關(guān)重要：理論上，為升高變壓器二次側(cè)電壓，減少一次側(cè)線圈數(shù)或增加二次側(cè)線圈均可，但實際上，減少匝數(shù)就增加了磁密，但是線圈磁通量會增加。這一過程電磁感應(yīng)定律。三、選用儀器儀器名稱型號主要參數(shù)用途750接口CI7650阻抗1 M。最大的有效輸入電壓范圍±10 V數(shù)據(jù)采集處理計算機和DataStudioCI6874數(shù)據(jù)采集平臺、數(shù)據(jù)處理電壓傳感器CI6503電壓范圍：±10 V AC/DC數(shù)據(jù)采集U型鐵芯SF-8614U大小、材質(zhì)、形狀提供鐵芯PASCO基本線圈SF-8616200匝1個，400匝

5、2個，800匝1個自制變壓器其他元件電阻、電容、二極管、電位器4、 實驗內(nèi)容及具體步驟：1、如圖2所示，安裝好線圈和鐵芯，左邊的為初級線圈，右邊的為次級感應(yīng)線圈，記下初級線圈中輸入電壓的大小，讀出感應(yīng)線圈中輸出電壓大小。2、用一個400匝線圈為初級線圈，另一個400匝為次級線圈，輸入1V交流電壓，測出電壓的輸出值。圖2 驗證變壓器工作與鐵芯、線圈的關(guān)系3、在兩線圈中插入直鐵芯（即是U型鐵芯上可拆卸的那一部分），然后重復(fù)步驟2，并記錄下結(jié)果。4、把線圈放入開口的U型鐵芯的兩邊，重復(fù)步驟2，記下結(jié)果。5、最后把直芯裝上，重復(fù)步驟2，記錄下結(jié)果。6、用有最大輸出電壓的那種方式分別測所有線圈組合，讓輸

6、入電壓恒為1V。二、數(shù)據(jù)記錄與處理2.1 驗證變壓器工作與鐵芯的關(guān)系 輸入原線圈：1.00V、50Hz的正弦波交變電流，在原副線圈匝數(shù)比為400:400的情況下，測得副線圈的輸出電壓如圖3所示。圖3 變壓器在不同鐵芯下的U-t圖 （1）匝數(shù)比400:400 E型鐵芯有：（2）匝數(shù)比400:400 型封頂（即EE型）鐵芯有：（3）匝數(shù)比400:400 U型鐵芯有：（4）匝數(shù)比400:400 O型鐵芯（即UU型，口型）有：理想升壓變壓器在匝數(shù)比400:400的條件下：，分析比較（1）（5），只有口型鐵芯的情況最為接近理想變壓器，但因電流通過線圈電阻發(fā)熱時，一部分電能就轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏鴵p耗，因此實際匝數(shù)

7、比大于1。通過實驗數(shù)據(jù)，可以看出在O型鐵芯下，副線圈輸出電壓最高，用U型鐵芯的次之，然后用 型鐵芯，最后是E型的鐵芯。比較（1）和（2），發(fā)現(xiàn)多用另一根E型鐵芯在上面會輸出更高電壓；比較（1）、（3）和（4），說明用U鐵芯輸出的電壓比E型鐵心要高，但比O型鐵芯的要低好多。分析：結(jié)合法拉第電磁感應(yīng)原理分析，當原線圈中通有交變電流時，鐵芯中便產(chǎn)生交變磁通，使得副線圈中感應(yīng)出電壓（或者電流）。口型鐵芯比U型、E型鐵芯產(chǎn)生更大的交變磁通量，使得副線圈產(chǎn)生電壓更高。 2.2 驗證變壓器工作與線圈的關(guān)系 輸入原線圈：1.00V、50Hz的正弦波交變電流，測得副線圈的輸出電壓，如圖4所示。 圖4 變壓器在不

8、同線圈下的U-t圖保持原線圈匝數(shù)為400和O型鐵芯不變，對副線圈匝進行400、800、1600三次次實驗，實驗中測得副線圈匝數(shù)越多，升壓變壓器的副線圈輸出電壓越高。（為保證線路安全，不能將匝數(shù)比小于1/16）。輸入原線圈1.00V、50Hz的正弦交變電流，在使用O型鐵芯的情況不變。為原線圈電路電源到原線圈輸出前的電壓損耗，為O型鐵芯的損耗，有：。(1)原副線圈匝數(shù)比為200:400時，有： 理想變壓器相同條件下有： 相對誤差 (2)原副線圈匝數(shù)比為200:800時，有： 理想變壓器相同條件下有： 相對誤差 (3)原副線圈匝數(shù)比為200:1600時，有： 理想變壓器相同條件下，有： 相對誤差根據(jù)

9、以上數(shù)據(jù)，可分別得原副線圈理想電壓比、實際電壓比和相對誤差與匝數(shù)比的擬合圖y1、y2、y3，如圖5所示。 圖5變壓器與線圈的關(guān)系由圖5可知，原副線圈理想電壓比、實際電壓比均與線圈匝數(shù)比成線性正比關(guān)系；匝數(shù)比一定時，實際電壓比比理想電壓比高；原副線圈匝數(shù)比越大，其相對誤差越小但仍不能忽略。因此，在保持O型線圈、原線圈匝數(shù)相同的情況下，升壓變壓器的副線圈匝數(shù)越多，輸出電壓越高。分析：副線圈匝數(shù)影響副線圈能通過的磁通量變化，進而影響升壓變壓器的輸出電壓。本次實驗以法拉第電磁感應(yīng)定律為基礎(chǔ)，實驗所得數(shù)據(jù)也符合電磁感應(yīng)定律。3、 實驗結(jié)果陳述與實驗總結(jié) 3.1結(jié)果陳述通過驗證各種變壓器工作與鐵芯的關(guān)系，

10、得出口型鐵芯的情況最為接近理想變壓器；O型鐵芯下，副線圈輸出電壓最高，用U型鐵芯的次之，然后用 型鐵芯，最后是E型的鐵芯；多用另一根E型鐵芯在上面會輸出更高電壓，U鐵芯輸出的電壓比E型鐵心要高，但比O型鐵芯的要低好多的結(jié)論。這是因為口型鐵芯比U型、E型鐵芯產(chǎn)生更大的交變磁通量，使得副線圈產(chǎn)生電壓更高。通過驗證變壓器工作與線圈的關(guān)系，得出原副線圈理想電壓比、實際電壓比均與線圈匝數(shù)比成線性正比關(guān)系；匝數(shù)比一定時，實際電壓比比理想電壓比高；原副線圈匝數(shù)比越大，其相對誤差越小但仍不能忽略。在保持O型線圈、原線圈匝數(shù)相同的情況下，升壓變壓器的副線圈匝數(shù)越多，輸出電壓越高。這是因為副線圈匝數(shù)影響副線圈能通過的磁通量變化，進而影響升壓變壓器的輸出電壓。3.2實驗總結(jié)