变压器探究实验报告.doc

西安交通大学高级物理实验报告
课程名称:高级物理实验实验名称:变压器与线圈组合探究
系别: 实验日期:
姓名: 班级: 学号:
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-6552A POWER AMPLIFIER II 电源适配器;
2、Science Workshop® 750 Interface 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Data Studio;
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,>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Data Studio,按照第一组的变压器连接图连接好电路;
2、使用Data Studio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
、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
①实验图:
②数据图:
(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
①实验图:
②数据图:
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
①实验图:
②数据图:
输入电压2V,左侧铁