完整word版变压器探究实验报告Word文件下载.docx

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实验名称：

变压器与线圈组合探究

一、实验目的

1、验证变压器原理；

2、探究山形电压器电压分布及其变化规律。

二、实验器材

1、CI-6552APOWERAMPLIFIERII电源适配器；

2、ScienceWorkshop®

750Interface接线器；

3、匝数为400、800、1600、3200的线圈若干；

4、方形铁芯与山形铁芯若干；

5、计算机及数据处理软件DataStudio；

6、导线若干。

三、实验原理

1、变压器简介

变压器（Transformer）利用互感原理工作。

变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁芯（磁芯）。

其主要功能有：

电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压（磁饱和变压器）等。

按用途可以分为：

配电变压器、电力变压器、全密封变压器、组合式变压器、干式变压器、油浸式变压器、单相变压器、电炉变压器、整流变压器等。

变压器在电器设备和无线电路中常被用来升降电压、匹配阻抗，安全隔离等。

在发电机中，不管是线圈运动通过磁场或磁场运动通过固定线圈，均能在线圈中感应电势，此两种情况，磁通的值均不变，但与线圈相交链的磁通数量却有变动，这是互感应的原理。

变压器就是一种利用电磁互感应，变换电压，电流和阻抗的器件。

变压器的最基本形式，包括两组绕有导线之线圈，并且彼此以电感方式称合一起。

当一交流电流（具有某一已知频率）流于其中之一组线圈时，于另一组线圈中将感应出具有相同频率的交流电压，而感应的电压大小取决于两线圈耦合及磁交链之程度。

一般指连接交流电源的线圈称之为一次线圈；

而跨于此线圈的电压称之为一次电压。

在二次线圈的感应电压可能大于或小于一次电压，是由一次线圈与二次线圈间的匝数比所决定的。

因此，变压器区分为升压与降压变压器两种。

2、变压器相关计算原理

变压器是变换交流电压、交变电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电流时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流）。

变压器两组线圈圈数分别为N1和N2，N1为初级，N2为次级。

变压器原理图

在初级线圈上加一交流电压，在次级线圈两端就会产生感应电动势.当N2>

N1时，其感应电动势要比初级所加的电压还要高，这种变压器称为升压变压器：

当N2<

N1时，其感应电动势低于初级电压，这种变压器称为降压变压器。

初级次级电压和线圈圈数间具有下列关系：

式中

称为电压比（圈数比），当

，该变压器为降压变压器；

当

则为升压变压器。

另有电流之比

电功率

注意：

上面的式子，只在理想变压器只有一个副线圈时成立。

当有两个副线圈时：

电流则须利用电功率的关系式去求，有多个时，依此类推。

四、实验任务

1、验证初级次级电压和线圈圈数的公式；

2、观察并记录铁芯形状与线圈匝数的分布关系；

3、观察并记录铁芯不闭合时输入电压与输出电压的关系；

4、观察并记录铁芯数与输入电压、输出电压的分布关系；

五、实验假设

1、实验结果应该大致符合初级次级电压和线圈圈数的公式，但是由于存在能量损耗等因素，所以会存在一定的误差；

2、输出电压的大小与铁芯的数目有关，铁芯数越多，磁通链总数不变得情况下，铁芯内分得的磁通链越少，感应电动势越少；

3、输出电压与铁芯的形状分布（铁芯之间的距离）无关，只与线圈匝数的多少有关。

六、实验步骤

1、打开信号源、信号测量仪器及软件DataStudio，按照第一组的变压器连接图连接好电路；

2、使用DataStudio软件启动信号输出源，计算机记录实验中测得的输入输出电压，对所得数据拟合得到变化曲线；

3、使用控制变量法，改变部分变量来研究各个变量之间的关系。

更换变压器连接方式，重新进行第二步；

4、结束实验，整理试验台。

七、实验数据和数据分析

（一）实验数据

1.实验中共研究了十四中情况下的输出、输入电压关系，其变压器连接图及实验所得数据分别如下：

（1）输入电压5V，输入线圈3200匝，输出线圈3200匝，线圈不闭合无支路：

①实验图：

②数据图：

（2）输入电压5V，山形铁芯，左侧输入线圈400匝，中间输出线圈1600匝，右侧输出线圈800匝，不闭合

（3）输入电压5V，左侧输入线圈400匝，右侧输出线圈800匝，中间输出线圈1600匝，铁芯闭合

（4）输入电压5V，左侧输入线圈400匝，中间上部为输出线圈800匝，下部为输出线圈1600匝，右侧铁芯无线圈，铁芯闭合

（5）输入电压2V，左侧铁芯输出线圈800匝，中间上部为输入线圈400匝，下部为输出线圈1600匝，右侧铁芯无线圈，铁芯闭合

（6）输入电压2V，左侧输入线圈400匝，中间上部为输出线圈800匝，下部为输出线圈1600匝，上下两线圈串联，右侧铁芯无线圈，铁芯闭合（400in左-[1600下-串-800上]中out-右空（闭合））：

（7）输入电压2V，中间为输入线圈400匝，左侧为输入线圈1600匝，右侧为输出线圈800匝，铁芯闭合（1600左Out-400中in-800右out（闭合））：

（8）输入电压2V，中间为输入线圈400匝，左侧输出线圈1600匝，右侧输出线圈800匝，铁芯均不闭合（1600左Out-400中in-800右out（不闭合））：

（9）输入电压2V，中间为输入线圈400匝，左侧输出线圈1600匝，右侧输出线圈800匝，铁芯上部放置两段铁芯但不紧固（如下图）

（10）输入电压2V，中间为输入线圈400匝，左侧输出线圈1600匝，右侧输出线圈3200匝，铁芯中间与左侧之间闭合，右侧铁芯不闭合

（11）输入电压2V，中间为输入线圈400匝，左侧输出线圈1600匝，右侧输出线圈800匝，中间与左侧之间铁芯闭合，右侧不闭合

（12）输入电压2V，左侧输入线圈400匝，中间输出线圈1600匝，右侧输出线圈3200匝，中间与左侧线圈之间闭合，右侧线圈不闭合

（13）输入电压3V，左侧为输入线圈400匝，中间为输出线圈1600匝，右侧为输出线圈1600匝，铁芯闭合

（14）输入电压3V，左侧为输入线圈400匝，中间输出线圈1600匝，右侧输出线圈3200匝，铁芯闭合

（二）数据分析：

对照各组实验进行分析：

（1）第3和13、14组共同说明在日字形磁芯中，输入端在一侧时，离得近的铁芯中激发的磁通是离得远的铁芯中的二倍，前提是左右两部分是完全相同的。

（2）12、13对照——表明铁芯不闭合会带来大量的磁通损失，同时不再是正弦关系.10、11共同说明不闭合时不再是正弦关系，10和11中右边线圈的800匝与3200匝对照说明，虽然不成正弦变化，但激励电压的大小基本上仍然与匝数成正比。

（3）7、8对照——表明不闭合时会有很大的磁通损失，但输出的电压相互之间依旧是与匝数成正比的。

（4）7、8、9对照——也是闭合与不闭合的比较，不同的是这里输入是在中间。

其中不太闭合是在原有的山形上边轻轻放上两根铁棒，相互之间有涂层阻断，事实表明不太闭合的情况跟完全不闭合是一模一样的

（5）14——表明有损失，但基本是符合比例。

八、结论

1、符合变压器变压公式；

2、磁通链的分布和铁心的形状分布有关，与线圈匝数无关；

3、磁通链的分布与所形成的铁心柱数呈负相关，铁心柱数越多，各铁心柱分得的磁通链数越少，变压后输出电压越小；

4、磁通链分布与铁心柱离输入电压柱的距离呈负相关，铁心柱越远，铁心柱分得的磁通链越少，变压后输出的电压越小；

5、同一铁心柱上放置输入电压线圈和输出电压线圈，输出电压与输入电压之比符合相应线圈匝数之比；

6、铁心不闭合情况下（漏磁），输入电压和输出电压的关系仍然符合线圈匝数之比。

九、误差讨论

1、尽管铁芯是用铁片制成，铁芯中实际上仍是存在涡流的，所以会有磁通的损耗，个人认为这是主要原因，因为即使在铁芯闭合的实验中，也存在较大的磁通损耗；

2、铁芯并不完全密闭，所以会有或多或少的漏磁现象，因而即使看上去闭合也会有磁通损耗。