高级物理实验报告

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1、高级物理实验实验报告钱学森02杜非2010045035变压器设计与特性研究实验内容1简易变压器的设计一、仪器和元器件PASCOSF-8616基本线圈4个（200匝1个、400匝2个、800匝1个）PASCOSF-8614U型铁芯，低压交流电源（0—6V，0—1A），电压表，导线若干。二、实验要求1、用上述仪器和元件设计组装一套简单变压器装置。2、研究在空载时，不同结构对变压器的输出特性的影响。三、实验原理和思路图1是变压器的原理简体图，当一个正弦交流电压U1加在初级线圈两端时，导线中就有交变电流I1并产生交变磁通ф1，它沿着铁芯

2、穿过初级线圈和次级线圈形成闭合的磁路。在次级线圈中感应出互感电势U2，同时ф1也会在初级线圈上感应出一个自感电势E1，E1的方向与所加电压U1方向相反而幅度相近，从而限制了I1的大小。为了保持磁通ф1的存在就需要有一定的电能消耗，并且变压器本身也有一定的损耗，尽管此时次级没接负载，初级线圈中仍有一定的电流，这个电流我们称为“空载电流”。如果次级接上负载，次级线圈就产生电流I2，并因此而产生磁通ф2，ф2的方向与ф1相反，起了互相抵消的作用，使铁芯中总的磁通量有所减少，从而使初级自感电压E1减少，其结果使I1增大，可见初级电流与次

3、级负载有密切关系。当次级负载电流加大时I1增加，ф1也增加，并且ф1增加部分正好补充了被ф2所抵消的那部分磁通，以保持铁芯里总磁通量不变。如果不考虑变压器的损耗，可以认为一个理想的变压器次级负载消耗的功率也就是初级从电源取得的电功率。变压器能根据需要通过改变次级线圈的圈数而改变次级电压，但是不能改变允许负载消耗的功率。一、实验装置的调试和测量1、用400匝线圈作为初级线圈，另一个400匝线圈作为次级线圈输入6V交流电压，测输出电压的输出值。2、在两线圈插入直铁芯，重复步骤1，记录结果。1、把线圈放入开口的U型铁芯的两边，重复步骤

4、1，记录结果。2、最后，把直铁芯装上，重复步骤1，记录结果。一、数据和结果分析无铁芯时电感耦合不良，磁感线不能完全穿过次级线圈，耦合系数小，导致次级电压很小；U1：U2=6：0.1增加直铁芯后，耦合系数增大，穿入次级线圈的磁感线增多，电压明显增大。U1：U2=6：2.5增加U型铁芯后，耦合系数较无铁芯时有明显增大，但效果不如加直铁芯。U1：U2=6：2增加闭合式铁芯后磁感线被约束的更多，因此穿入次级线圈的磁感线增加，次级电压增大，几乎与初级电压相同。U1：U2=6：5二、问题与思考1、哪种结构的铁芯能使输出电压最大？试用理论解释

5、其不同之处答：完全封闭的铁芯使输出电压最大。增加闭合式铁芯后磁感线被约束的更多，因此穿入次级线圈的磁感线增加，次级电压增大，几乎与初级电压相同。2、线圈匝数与电压间存在什么数学关系？理想吗？为什么？答：线圈匝数比n1:n2=电压比U1:U2;是理想模型，现实中误差可能比较大，因为磁感线从原线圈穿出并不都从次级线圈穿入，导致电压下降，另外，导线、铁芯震动也有损耗使次级电压下降。3、为了使输出增大，你有什么其他办法？答：1、可以使用密封材料防止磁感线从次级线圈外穿出；2、可以用次级线圈包裹在原线圈外，再加上铁芯，这样可以尽量多的利用

6、原线圈产生的磁感线，使次级线圈的磁通量加大，增加输出。实验内容2变压器输入输出电流和电压的关系的研究一、仪器和元器件PASCOSF-8616基本线圈4个（200匝1个、400匝2个、800匝1个）PASCOSF-8614U型铁芯，低压交流电源（0—6V，0—1A），交流安培表（0—2A），电阻，导线若干。二、实验设计要求此实验中，我们在次级线圈上加负载电阻，研究输入输出电流和电压的关系三、实验装置的调试和测量1、如图3连线，电阻1000欧母，记下输入电流、输出电流输入电流0.13A，输出电流0.005A1、负载10欧母输入电流0

7、.13A，输出电流0.05A2、将次级线圈换成大直径导线，绕5—6圈，空载测量输出电压、电流。3、用SF-8617线圈装置如图进行1—2实验一、数据和结果分析1、对于同一电阻，不同线圈，输入电流、输出电流关系如何？对于两个一定的线圈，不同电阻是如何改变输入输出电流关系的？试拟一个假说解释实验现象。答：对于同一电阻，输入电流与输出电流之比为原次比的反比，即i1:i2=n2:n1;对于不同电阻（设阻值为R），存在：U1：U2=n1:n2;同时，i2*R=U2由于原、次线圈功率相同，有：i1：i2=R*n2:n12、理想电压增益取决于

8、原次比，实际电压增益与理想电压对比如何？答：实际电压增益小于理想电压增益。由于线圈损耗、磁通量减小等原因，次级电压小于理论值。3、如果次级线圈很少，我们会得出什么样的电压、电流关系？答：理论上次级线圈电压应很小，电流很大。但实际上一匝线圈不能使磁通量有明显变化，