简易变压器的设计与特性研究版

1、课程编号题目类型 基础设计类实验得分教师签名批改日期大学实验报告课程名称：大学物理实验（三）实验名称：简易变压器的设计与特性研究理科学与技术学院学院:组号 23 指导教师报告人学号实验地点 科技楼b109 一实验时间:20140510实验报告提交时间：20140519一、实验设计方案x实验目的1、了解变压器的基木构造；懂得变压器的基木工作原理；2、对简单的升压变压器进行分析，初级电压和次级电压与线圈匝数之间的关系；3、通过对升压变压器进行空载试验，测量空载损耗；4、与理论变压器相比，了解实际变压器的工作特点。二、实验原理1、变压器只能工作在交流电路。鎳書2、互感现象是变压器工作的基础：&quo

2、t;变压器通过闭合铁芯，利用互感现象实现了电°p 能到磁场能再到电能的转化。3、互感现象：在变压器原、副线圈中由于有交变电流而发生互和感应的现象，叫做互感现象。图14、变压器的工作原理变压器是利用电磁感应作用改变交流电压、电流和复阻抗的一种电器设备，通常 包含两个静止线圈（绕组），也有含多个线圈的变压器使用吋，两个线圈分别接交变电 源和负载，通过交变磁场把电源输出的能量传送到负载中。加电源的线圈叫做一次绕 组，接负载的线圈叫做二次绕组。一、二次绕组所在电路分别叫做电路（原边）及副 电路（副边）。一、二次绕组的电压（有效值）一般不等，变压器即由此得名。5、变压器可分为铁芯变压器及空心变

3、压器两大类。铁芯变压器是将一、二次绕组 绕在一个铁芯上。铁芯是电源变压器的重要部件，对它的性能起着重要的作用。设计 电源变压器的铁芯，包括以下几个主要内容：（1）根据电流电路和工作频率，转换成铁芯对软磁材料的要求，选取适用软磁材 料。（2）根据电源要求的性能指标，选取适用的铁芯结构形式。（3）根据传送功率和输入阻抗（输入电感），计算和选取铁芯尺寸。（4）根据变压器电磁场数学模型，进行铁芯和线圈参数计算。（5）根据使用要求，核算铁芯散热面积和工作温度。可以通过使用密封性更好的铁芯，使得磁感线通过量增加，电能磁能电能的过 程屮损耗更少，变压器的原副线圈工作更接近理想变压器（木次实验采用口型铁芯、

4、e型铁芯、u型铁芯、一字型铁芯）。6、线圈匝数的作用至关重要：理论上，为升高变压器二次侧电压，减少一次侧 线圈数或增加二次侧线圈均可，但实际上，减少匝数就增加了磁密，但是线圈磁通量 会增加。这一过程电磁感应定律。三、选用仪器仪器名称型号主要参数用途750 接口ci7650阻抗1 mq。最大的有效输入电压范围±10 v数据采集处理计算机和datastudioci6874数据采集平台、数据处理电压传感器ci6503电压范围：±10 v ac/dc数据采集u型铁芯sf-8614u大小、材质、形状提供铁芯pasco基木线圈sf-8616200 匝 1 个，400 匝 2 个，800

5、 匝1个自制变压器其他元件电阻、电容、二极管、电位器四、实验内容及具体步骤：1、如图2所示，安装好线圈和铁芯，左边的为初级线圈，右边的为次级感应线圈, 记下初级线圈屮输入电压的大小，读岀感应线圈 屮输出电压大小。2、用一个400匝线圈为初级线圈，另一个 400匝为次级线圈，输入iv交流电压，测出电压 的输出值。3、在两线圈屮插入直铁芯（即是u型铁芯 上可拆卸的那一部分），然后重复步骤2,并 图2验证变压器工作与铁芯、线圈的关系 记录下结果。4、把线圈放入开口的u型铁芯的两边，重复步骤2,记下结果。5、最后把直芯装上，重复步骤2,记录下结果。6、用冇最大输出电压的那种方式分别测所冇线圈组合，让输

6、入电压恒为iv。480.01080441.0$0.«3.«900.100.11口*»)二、数据记录与处理2.1验证变压器工作与铁芯的关系 输入原线圈：1.00v、50hz的正弦 波交变电流，在原副线圈匝数比为 400:400的情况下,测得副线圈的输出 电压如图3所示。图3变压器在不同铁芯下的u-t图（1）匝数比400:400 e型铁芯冇：如=丄222 = 8.929£2 0.112（2）匝数比400:400 0型封顶（即ee型）铁芯有：a = _l222 = 3.690e2 0.271（3）匝数比 400:400 u 型铁芯有：a = 1222 = 3.

7、058e2 0.327（4）匝数比400:400 0型铁芯（即uu型，口型）有：a = l222 = i,412e2 0.708理想升压变压器在匝数比400:400的条件-门垃二型 =1,分析比较（1厂（5）, e2 1.000只有口型铁芯的情况最为接近理想变压器，但因电流通过线圈电阻发热时，一部分电 能就转变为热能而损耗，因此实际匝数比大于1。通过实验数据，可以看岀在0型铁芯下，副线圈输出电压最高，用u型铁芯的次 z,然后用（）型铁芯，最后是e型的铁芯。比较（1）和（2）,发现多用另一根e型 铁芯在上而会输岀更高电压；比较（1）、（3）和（4）,说明用u铁芯输出的电压比e 型铁心要高，但比0

8、型铁芯的要低好多。分析：结合法拉第电磁感应原理分析，当原线圈屮通冇交变电流时，铁芯屮便产 生交变磁通，使得副线圈屮感应出电压（或者电流）。口型铁芯比u型、e型铁芯产生 更大的交变磁通量，使得副线圈产生电压更高。2.2验证变压器工作与线圈的关系图4变压器在不同线圈下的u-t图输入原线圈:1.00v. 50hz的正弦i波交变电流，测得副线圈的输出电压，1 如图4所示。保持原线圈匝数为400和0型铁芯:' 不变，对副线圈匝进行400、800、1600弓 三次次实验，实验屮测得副线圈匝数越 多，升压变压器的副线圈输出电压越： 高。（为保证线路安全，不能将匝数比 小于l/16）o输入原线圈1.0

9、0v、50hz的正弦交变电流，在使用0型铁芯的情况不变。垃为原 线圈电路电源到原线圈输出前的电压损耗，场为0型铁芯的损耗，有：e = el+e2原副线圈匝数比为200:400时，冇:f理想变压器相同条件下有：邑= 0.5e.e邑-0.5相对误差p =空* 100% = 35%0.5(2)原副线圈匝数比为200:800时，冇:f理想变压器相同条件下有：邑= 0.25e.相对误差p =e邑-0.25虽0.25*100% = 36%原副线圈匝数比为纲诚时，仪|= = 0.171f理想变压器相同条件下，有：邑= 0.125 e.相对误差p 二一0125旦0.125*100% = 36.8%根据以上数据

10、，可分别得原副线圈理想 电压比、实际电压比和相对误差与匝数比的 拟合图yl、y2、y3,如图5所示。由图5可知，原副线圈理想电压比、实 ， 际电压比均与线圈匝数比成线性正比关系；”匝数比一定时，实际电压比比理想电压比 高；原副线圈匝数比越大，其相对误差越小 但仍不能忽略。5因此，在保持0型线圈、原线圈匝数相图5变压器与线圈的关系同的情况下，升压变压器的副线圈匝数越多，输出电压越高。分析：副线圈匝数影响副线圈能通过的磁通量变化，进而影响升压变压器的输出 电压。本次实验以法拉第电磁感应定律为基础，实验所得数据也符合电磁感应定律。图5变压器与线圈的关系三、实验结果陈述与实验总结3. 1结果陈述通过验

11、证各种变压器工作与铁芯的关系，得出口型铁芯的情况最为接近理想变压 器；0型铁芯下，副线圈输出电压最高，用u型铁芯的次z,然后用0型铁芯，最后 是e型的铁芯；多用另一根e型铁芯在上面会输岀更高电压，u铁芯输出的电压比e 型铁心要高，但比0型铁芯的要低好多的结论。这是因为口型铁芯比u型、e型铁芯 产生更大的交变磁通量，使得副线圈产生电压更高。通过验证变压器工作与线圈的关系，得出原副线圈理想屯压比、实际电压比均与 线圈匝数比成线性止比关系；匝数比一定时，实际电压比比理想电压比高；原副线圈 匝数比越大，其相对误差越小但仍不能忽略。在保持0型线圈、原线圈匝数相同的情 况下，升压变压器的副线圈匝数越多，输出电压越高。这是因为副线圈匝数影响副线 圈能通过的磁通量变化，进而影响升压变压器的