簡(jiǎn)易變壓器的設(shè)計(jì)與特性研究最新版

1、得分教師簽名批改日期課程編號(hào) 題目類(lèi)型 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)類(lèi)實(shí)驗(yàn) 深 圳 大 學(xué) 實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告課程名稱(chēng)： 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)（三） 實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)： 簡(jiǎn)易變壓器的設(shè)計(jì)與特性研究 學(xué)院： 物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 組號(hào) 指導(dǎo)教師： 報(bào)告人： 學(xué)號(hào)： 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn) 科技樓B109 實(shí)驗(yàn)時(shí)間： 實(shí)驗(yàn)報(bào)告提交時(shí)間： 一、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案一、實(shí)驗(yàn)?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(duì)簡(jiǎn)單的升壓變壓器進(jìn)行分析，初級(jí)電壓和次級(jí)電壓與線圈匝數(shù)之間的關(guān)系 ； 3、通過(guò)對(duì)升壓變壓器進(jìn)行空載試驗(yàn)，測(cè)量空載損耗；4、與理論變壓器相比，了解實(shí)際變壓器的工作特點(diǎn)。二、實(shí)驗(yàn)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(guò)閉合鐵芯，利用互感現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)了電能到磁場(chǎng)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(gè)靜止線圈（繞組），也有含多個(gè)線圈的變壓器使用時(shí)，兩個(gè)線圈分別接交變電源和負(fù)載，通過(guò)交變磁場(chǎng)把電源輸出的能量傳送到負(fù)載中。加電源的線圈叫做一次繞組，接負(fù)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(lèi)。鐵芯變壓器是將一、二次繞組繞在一個(gè)鐵芯上。鐵芯是電源變壓器的重要部件，對(duì)它的性能起著重要的作用。設(shè)計(jì)電源變壓器的鐵芯，包括以下幾個(gè)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(duì)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(biāo)，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(jì)算和選取鐵芯尺寸。 (4) 根據(jù)變壓器電磁場(chǎng)數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行鐵芯和線圈參數(shù)計(jì)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(guò)使用密封性更好的鐵芯，使得磁感線通過(guò)量增加，電能-磁能-電能的過(guò)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(shí)驗(yàn)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(shí)際上，減少匝數(shù)就增加了磁密，但是線圈磁通量會(huì)增加。這一過(guò)程電磁感應(yīng)定律。三、選用儀器儀器名稱(chēng)型號(hào)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(jì)算機(jī)和DataStudioCI6874數(shù)據(jù)采集平臺(tái)、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(gè)，400匝

5、2個(gè)，800匝1個(gè)自制變壓器其他元件電阻、電容、二極管、電位器4、 實(shí)驗(yàn)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(jí)線圈，右邊的為次級(jí)感應(yīng)線圈，記下初級(jí)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(gè)400匝線圈為初級(jí)線圈，另一個(gè)400匝為次級(jí)線圈，輸入1V交流電壓，測(cè)出電壓的輸出值。圖2 驗(yàn)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(kāi)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(cè)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(yàn)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(cè)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(guò)線圈電阻發(fā)熱時(shí)，一部分電能就轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏鴵p耗，因此實(shí)際匝數(shù)

7、比大于1。通過(guò)實(shí)驗(yàn)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(huì)輸出更高電壓；比較（1）、（3）和（4），說(shuō)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(dāng)原線圈中通有交變電流時(shí)，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）?？谛丸F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(yàn)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(cè)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(duì)副線圈匝進(jìn)行400、800、1600三次次實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中測(cè)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(shí)，有： 理想變壓器相同條件下有： 相對(duì)誤差 (2)原副線圈匝數(shù)比為200:800時(shí)，有： 理想變壓器相同條件下有： 相對(duì)誤差 (3)原副線圈匝數(shù)比為200:1600時(shí)，有： 理想變壓器相同條件下，有： 相對(duì)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(shí)際電壓比和相對(duì)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(shí)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(shí)，實(shí)際電壓比比理想電壓比高；原副線圈匝數(shù)比越大，其相對(duì)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(guò)的磁通量變化，進(jìn)而影響升壓變壓器的輸出電壓。本次實(shí)驗(yàn)以法拉第電磁感應(yīng)定律為基礎(chǔ)，實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)也符合電磁感應(yīng)定律。3、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果陳述與實(shí)驗(yàn)總結(jié) 3.1結(jié)果陳述通過(guò)驗(yàn)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(huì)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?yàn)榭谛丸F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(guò)驗(yàn)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(shí)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(shí)，實(shí)際電壓比比理想電壓比高；原副線圈匝數(shù)比越大，其相對(duì)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?yàn)楦本€圈匝數(shù)影響副線圈能通過(guò)的磁通量變化，進(jìn)而影響升壓變壓器的輸出電壓。3.2實(shí)驗(yàn)總結(jié)