掌握变压器原理与技术的理想实验设计研究与应用

袁德生 鹿 潇 杨宇晨

（新疆伊犁技师培训学院，新疆 伊宁 835000）

1 器材

（1）J2423（11223）型可拆变压器一台，它的初级线圈N0＝1400匝，对应的电压为220V，额定容量为30VA；（2）带导线的电源插头一个；（3）电灯花线长7m和2.6m各一段；（4）外径为1mm左右的内心为多股细铜丝的软导线长300m，用三卷新线即可，因每卷长为100m，也可用电信电缆线中的单根铜芯绝缘线，外经为0.8mm左右（5）带灯座的小灯泡一个，额定电压为6V或6.3V；（6）多用电表一块.

2 操作

2.1 制作、测量与实用

把可拆变压器的副线圈拿掉，然后在副线圈的位置上按图1自行绕制线圈，具体绕制的匝数在图2中均标出（N1＝10匝，N2＝20匝，N3＝30匝）.具体的操作与测量方法是：先用长7m的导线，绕N1＝10匝（两端头为0和1），变压器原边接220V交流电源，用多用电表交流电压10V量程挡，测得0～1端的的电压U1＝1.55V，接小灯泡时，可看到小灯泡发出微弱的光；用同样的方法，接着继续再绕10匝，使0～2端内的N2＝20匝，用多用电表测得0～2端的电压U2＝3.1V，接小灯泡时可看到发光较强；接着继续再绕10匝，使0～3端内的N3＝30匝，用多用电表测得0～3端电压U3＝4.65V，接小灯泡时，发光更强，如图3所示.

说明：接小灯泡的目的，是让实操者掌握变压器的实用技术，是一种最简单的又可用一根线反复绕线方法，即可让低压的小灯泡工作又可让其他低压电器工作，这是变压器最理想的一种实操方法（图3中灯泡可长期工作）.

图1

图2

图3

2.2 数据处理

对于上述测量数据：

N1＝10匝时，U1＝1.55V，N2＝20匝时，U2＝3.1V，N3＝30匝时，U3＝4.65V.

数据处理方法：

变压器的原理：两匝数之比等于两电压之比，匝数成倍增加，电压也成倍增加，电压与匝数成正比.

说明：（1）用数字表和模拟表测量电压时，有较小的差异，在数据处理时可忽略.（2）自行绕线的匝数越多时，所测电压的误差稍有增加在据处理时也可忽略.

（1）用数字表测得N1＝10匝时电压U1＝1.55V.

（2）用模拟表测得N1＝10匝时电压U1＝1.6V.

利用该变压器的真实值N0＝1400匝和上述测量计算值N0分别为1419匝和1375匝，计算出该实验测量的绝对误差和相对误差.

① 数字表测量的绝对误差Δ1＝1400－1419＝－19.相对误差γ1＝－19/1400＝0.014，γ1＝－1.4%.

② 模拟表测量的绝对误差Δ2＝1400－1375＝25，相对误差γ2＝25/1400＝0.018，γ2＝1.8%.

说明：通过上述误差的计算，充分说明了数字表测量结果比模拟表要准确些.

3 初学者最理想的绕制和掌握变压器技术的方法

根据J2423型可拆变压器的测量值或笔者的经验数据，用细的软导线重新绕制变压器从而使读者可达到掌握设计和制作变压器技术的目的.

在笔者的实际操作中上述测量与计算数据，用每伏匝数N＝6.45匝/伏或是N＝6.25匝/伏绕制原、副线圈都没有任问题，根据笔者38年的教学实操经验与实操经验公式（该公式以后在续说）所知，对于30VA以上的变压器，可用每伏匝数N＝4匝/伏进行绕制，在实验中一般不会有问题，对J2423型可拆变压器更是如此.它的容量在设计时有一定的余量，大约是50VA.

图4

用细而软的多股铜导线，按N0＝220伏×4匝/伏＝880匝，N1＝4伏×4匝/伏＝16匝，进行绕制（绕绕制时间大约30min），绕完后经检查无误，原边（N0＝880匝）接220V交流电源，副边（N1＝16匝）接小灯泡，即可在4V电压下发光，如图4所示.

说明：用细而软的多股铜芯导线绕制变压器的特点是：（1）可随心所欲的快速绕制.（2）由于是软质细导线，可反复绕制，使授课者、初学者包括学生、从事电工的员工随时随地，都可使每人有上手绕制的机会.（3）对于漆包线绕制时：一需要绕线机，二需要骨架，三在绕制中一不小心，线若打折线就无法再用，而细而软的导线就不存在这些问题.

4 变压器的绕制、同名端的连接、实验、测量与研究

4.1 变压器的绕制

按图5所标的数据，绕制变压器的具体数据：每伏匝数N＝4T/V；N1＝880T，U1＝220V；N2＝16T，U2＝4V；N3＝6T，U3＝1.5V.

图5

4.2 变压器的同名端——在任何瞬间，两绕组中电动势极性相同的两个端钮称同名端

说明：同名端是按电磁感应原理来确定的，为了简单方便让读者理解和掌握同名端的应用技术，笔者将同名端理解简述规定如下：

（1）变压器的同名端相当于干电池的“正极”称之为“正极同名端”或干电池“负极”称之为“负极同名端”.

（2）在每个线圈通电后产生的磁场方向相同的前提下，绕行方向相同的线圈，首端可称为“正极同名端”，尾端可称为“负极同名端”；绕行方向相反的线圈，尾端称为“正极同名端”，首端称为“负极同名端”；如图5中的1、3、5端，可称为“正极同名端”，2、4、6可称为“负极同名端”.

4.3 同名端的连接、实验、测量与研究

变压器同名端的联接方式有4种：（1）顺并；（2）反并；（3）顺串；（4）反串.

变压器同名端的具体的联接、实验、测量、研究与说明如下.

（1）顺并：“正、正”相接，“负、负”相接后，两个点对外供电，也就是图5中，3和5相接，相当于“正极”点，4和6相接，相当于“负极”点，这两个接点对外供电.

重要说明：同名端正并的条件是：若两线圈的匝数相同或输出电压相同，即可进行正并.若两线圈的匝数不同或输出电压不同，二者绝对不能正并.图像5中的N2和N3是绝对不能正并的，若正并，其结果是：N2线圈电压是4V，N3线圈电压是1.5V，N2线圈对N3线圈处于自然充电状态，而且充电电压为2.5V（4V－1.5V＝2.5V）.这一电压是通过实验，用多用电表测量得来的，该电压在该电路中相当于短路电压（也就是相当于2.5V电压的电源短路），形成的短路电流特别大，只能是瞬间测一下.

若把图5中，3和5相接，4和6相接，但不要接的太紧，N1接通电源后，过一会儿，用手分别摸一下两个接头处，即可感受到很热，原因是：（Q＝I2Rt）接头较松时，接头处的电阻R较大，所以产生的热量较多，而有烫手的感觉.

若将上述3和5或者是4和6的任意一个接头解开，N1接通电源后，再将两个端头碰一下，再碰一下，就可看到短路电流产生的电火花.

（2）反并：“正、负”相接，“正、负”相接后，两个点对外供电.（图5中4和5相接；3和6相接）

说明：这种连接是绝对不充许的，是一种灾难性的电源短路联接.

（3）顺串：一的“负”接二的“正”，一的“正”和二的“负”对外供电.

如图5中4和5相接；3和6对外供电，所供电压为5.5V（4V＋1.5V＝5.5V），图6是同名端顺串后让灯泡工作的实况图，灯泡较亮.

变压器同名端顺串是一种常用的方法，特别是有线广播网络中常用，顺串的特点是可以提升供电电压.

图6

图7

（4）反串：一和二的“正”相接.

一和二的“负”对外供电，或一和二的“负”相接，一和二的“正”对外供电如图5中3和5相接，4和6对外供电；4和6相接，3和5对外供电；所供电压为2.5V（4V－1.5V＝2.5V）.图7是同名端反串后让灯泡工作的实况图，灯泡较暗.

变压器同名端反串是一种常用的方法，特别是需要降低电压的用电场所，反串的特点是可以降低供电电压.