变压器与磁滞曲线 目的.doc

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1、物理實驗四。變壓器與磁滯曲線。變壓器與磁滯曲線目的瞭解變壓器工作原理並實際製作；觀察不同樣品材料之磁滯曲線。原理變壓器由電磁學的基本原理可知，導線內的電流可感應磁場，而磁場的變化可產生感應電動勢。變壓器是由兩個磁力線互相耦合的線圈所構成，如下圖(一)所示。兩不同匝數的螺形線圈，其中一線圈1匝數為N1，若於線圈上輸入一交流(AC)電壓，使其自感產生一隨時間變化的磁場，磁場的變化經由互感使得線圈2（匝數為N2）上產生感應電壓與電流，其符合下列關係式(詳細推導請參閱普物課本HallidayetalCh29~Ch33或SerwayetalCh30~Ch3

2、3或Young&FreedmanCh27~Ch31)；(eq.1)圖(一)若變壓器無能量損耗，則(eq.1.2)本實驗第一部份是使用PT型變壓器(PowerTransformer)。(下圖為等效電路)12物理實驗四。變壓器與磁滯曲線。在開始討論時，假定副線圈(secondary)是斷路，因而其中沒有電流，於是原線圈(primary)的作用只是一具電感器(註¹)。由於通過原線圈和副線圈的通量相同，各線圈中每一匝的感應電動勢也相同，因此，原線圈與副線圈的感應電動勢之比等於兩線圈的匝數比。即(eq.1.3)所以，只要適當地選擇匝數比，就可以達到升壓和降

3、壓的目的。接下來考慮副線圈電路閉合的情形。此時的感應電動勢，除了自感電動勢，還須考慮互感電動勢(註²)。(eq.1.4)它的等效電路如下，一個互感的值可以完全描述兩個線圈在感應電動勢的交互作用。12物理實驗四。變壓器與磁滯曲線。若副線圈接一電阻形成迴路，，在不考慮能量損耗時，輸入原線圈功率=副線圈輸出功率，即(eq.1.5)註¹:在任何具變動電流之電路中，因自身磁場變動而造成之感應電動勢，稱為自感電動勢。註²:互感的單位:磁滯曲線當外加磁場先增加然後再減少時，鐵磁性材料的磁化強度曲線並不循著原路而回(如圖二)，則我們稱之為磁滯現象(hystere

4、sis)。當外加磁場由負值增加至零，因材料仍有部分殘磁，因此材料的感應磁場大小不為0而為，稱為remagnent或remanencepermanentmagnet；當外加磁場達到時洽可消除材料的殘磁，此時材料的感應磁場大小為0；再增大外加磁場，材料的感應磁場趨於飽和，為材料完全磁化點(saturation)，反之亦然。對於軟鐵材料而言，磁滯曲線較易明顯觀得；而對硬磁材料而言，由於材料不易完全磁化，欲達值需很大外加磁場，磁滯曲線不飽和。圖(二)磁滯曲線量測裝置示意圖如下(圖三)，利用變壓器提供U型矽鋼片上主線圈電流，其可產生一磁場強度12物理實驗四

5、。變壓器與磁滯曲線。；(eq.2)(:主線圈匝數；L:所繞線圈長度；I主線圈上電流)主線圈上磁場的變化會於樣品線圈上產生一感應電動勢(:樣品線圈匝數；A:樣品截面積)(eq.3)若對此感應電動勢積分便可得樣品於外加磁場所感應的磁通密度B(eq.4)實驗中所使用的積分器為利用µA741所製成的有源(主動式)積分器(請參照上學期運算放大器的使用方法講義及後圖(六))，經由積分器積分後輸出訊號即(eq.5)如此一來將、分別輸入示波器中的Ch1、Ch2，以X-Y模式讀取圖形，便可得樣品之磁滯曲線圖。下圖是兩張軟鐵磁材料分別在I=0.04A和I=0.1A時

6、所拍下的圖。12物理實驗四。變壓器與磁滯曲線。圖(三)12物理實驗四。變壓器與磁滯曲線。儀器PT型變壓器PT型變壓器以漆包線纏繞U形矽鋼片的簡易變壓以漆包線纏繞的U形矽鋼片(如圖五)水泥電阻示波器電源供應器訊號產生器功率放大器圖(四)12物理實驗四。變壓器與磁滯曲線。圖(五)磁滯曲線DBAFGCE圖(六)(A)功率放大器(B)以漆包線纏繞的U形矽鋼片　(C)示波器　(D)10Ω水泥電阻(E)積分器(OP741　電阻20KΩ電容1f)(F)電源供應器(G)訊號產生器12物理實驗四。變壓器與磁滯曲線。註1：主線圈由左右兩線圈串聯而成(左右各200匝)

7、註2：樣品所繞之線圈匝數自行選擇(約60~100匝)（此圖的樣品為矽鋼片，線圈匝數為100匝）圖(七)Vin接訊號產生器;Vout接至主線圈+15V、G、-15V接至電源供應器(用tracking功能的series，它內有OP，需工作電壓)圖(八)12物理實驗四。變壓器與磁滯曲線。實驗步驟第一部--【變壓器】（一）查匝數比與電壓比（無負載）l請事先用電表ohm檔測各點之電阻，紀錄連結情形。(注意線圈粗細，你知道為什麼嗎?)1.降壓訊號產生器輸出60HzAC電壓至”一次測”(標示110V之線圈)，紀錄輸出電壓值V1。然後測”二次測”(低電壓)各線圈

8、電壓，檢查電壓比例對嗎?輸入和輸出電壓分別接到示波器ch1和ch2，用示波器X-Ymodecheck相位，改變訊號產生器頻率檔位，看看相