(完整word版)变压器探究实验报告

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。
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第1页共18页
系别：实验日期：2014年11月25日
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；
①实验图：
②数据图：
（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)）：
①实验图：
②数据图：
（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)）：
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；
①实验图：
②数据图：
（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
①实验图：
②数据图：
（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
①实验图：
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；
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：
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。
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：
（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
①实验图：
②数据图：
（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
①实验图：
②数据图：
（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)）：
①实验图：
②数据图：
（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）
②数据图：
（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；
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；
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