实验03(差动变压器的性能)实验报告

实验三-差动变压器的性能

实验1：差动变压器位移测量实验

一、实验目的

了解差动变压器的工作原理和特性

二、实验原理

差动变压器由一个初级线圈和二个次线圈及一个铁芯组成，根据内外层排列不同，有二段式和三段式，本实验采用三段式结构。当差动变压器随着被测体移动时差动变压器的铁芯也随着轴向位移，从而使初级线圈和次级线圈之间的互感发生变化促使次级线圈感应电势产生变化，一只次级感应电势增加，另一只感应电势则减少，将两只次级反向串接（同名端连接），就引出差动电势输出。其输出电势反映出被测体的移动量。

三、实验器械

主机箱、差动变压器、差动变压器实验模板、测微头、双踪示波器。

四、实验电路以及接线图

五、实验数据及处理

X为差动变压器衔铁在线圈中移动的距离，X>0为衔铁正向移动，X<0为衔铁反向移动

V p-p为次级输出电压，初级输入电压为Vi=3V,f=4.5kHz的正弦波。

由数据和图像可得零点残余电压为80mV。

实验数据如下：

数据拟合如下：左侧红线为衔铁反向移动，右侧蓝线为衔铁正向移动。横轴为衔铁的位移量，单位为mm。纵轴为次级线圈输出电压值，单位为mV。

正向移动拟合直线方程为y=457.03x+45.143

反向移动拟合直线方程为y=-460x+47

灵敏度和非线性误差分析：

X=+1mm时，灵敏度为500.00(V/m)，非线性误差为0.125%

X=-1mm时，灵敏度为500.00(V/m)，非线性误差为0.933%

X=+3mm时，灵敏度为466.66(V/m)，非线性误差为0.402%

X=-3mm时，灵敏度为473.33(V/m)，非线性误差为0.402%

六、思考题

差动式变压器和一般电源变压器的异同？

相同点：

两种变压器均采用电磁感应原理作为工作原理，变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。它可以变换交流电压、电流和阻抗。

不同点：

差动变压器是将非电量的位移变化变换成线圈的互感变化，它本身是一种互感式变压器。当变压器的互感量随位移的变化而变化时，输出电压将相应发生变化。一般电源变压器的输出电压则基本不会变化。

实验2：激励频率对差动变压器性能

一、实验目的

了解初级线圈激励频率对差动变压器输出性能的影响。

二、实验原理

差动变压器的输出电压的有效值可以近似用关系式：表示,式中LP、RP为初级线圈电

感和损耗电阻，Ui、ω为激励电压和频率，M1、M2 为初级与两次级间互感系数，由关系式可以看出，当初级线圈激励频率太低时，若RP^2＞(ω*LP)^2，则输出电压Uo 受频率变动影响较大，且灵敏度较低，只有当RP^2<(ω*LP)^2时，输出Uo 与ω无关，当然ω过高会使线圈寄生电容增大，对性能稳定不利。

三、实验器械

主机箱、差动变压器、差动变压器实验模板、测微头、双踪示波器。

四、实验数据记录以及数据处理

实验中输入电压Vi=2.72V，f=1.20kHz

幅相曲线图如下：

X为衔铁从选定的基准位置开始正向移动的位移量，单位为mm。

图像结果分析：

当激励电压的频率由2kHz向9kHz增大的时候，输出电压的幅值变化趋势经历了先增大后减小的过程。在变化过程中幅频特性曲线在f=5kHz左右达到峰值，随后随着频率的进一步增大而逐渐下降。实验中我们取了多个不同的衔铁位置进行采样，各个位置的幅频特性曲线的变化规律基本相同。

当X=2.0mm，f=9kHz时，输出电压为320mV，实验数据和理论分析数据出现较大误差。经判断，该数据异常应该属于读数错误，对最终结果无较大影响。

实验3：差动变压器零点残余电压补偿实验

一、实验目的

了解差动变压器零点残余电压补偿方法。

二、实验原理

由于差动变压器二只次级线圈的等效参数不对称，初级线圈的纵向排列的不均匀性，二次级的不均匀、不一致，铁芯B－H 特性的非线性等等因素，因此在铁芯处于差动线圈中间位置时其输出电压并不为零，称其为零点残余电压。

三、实验器械

主机箱、差动变压器、差动变压器实验模板、测微头、双踪示波器。

四、实验连线图

五、实验数据记录以及数据分析

实验使用的激励电压的幅值Vipp=3.24V，频率f=4.54kHz

当按先调节螺旋测微仪的测微头将输出电压调至最小值时，输出电压Vopp=280mV。

在调节螺旋测微仪的测微头位置后，再交替调节RW1，RW2的阻值将输出电压调至最小值时，输出电压Vopp=148mV。