单相变压器实验式教学方法研究

方洁 欧阳艳蓉 李本雄

【摘 要】单相变压器是《电工技术》理论知识的实际应用，但是其知识较为抽象，若从纯理论的角度讲授，学员很难透彻理解相关知识。本文改变传统的“满堂灌”的授课方式，以理论与实践相结合的方式进行讲授，对单相变压器实验式教学方式进行了研究。

【关键词】单相变压器 变电压 变电流 变阻抗

变压器的种类有很多，常见的有电力变压器、电压互感器、整流变压器、调压变压器等等，虽然它们的外部结构各不相同，但它们的内部结构和基本原理却大致相同。下面让我们以最基础的单相变压器为例，一起来分析变压器内部的主要组成部分。

一、内部结构

如图1所示，这是一台单相芯式变压器，将其拆分，可以发现它主要由铁芯和绕组两大部分组成。常用的铁芯在工频条件下一般采用具有绝缘层的0.35—0.5mm厚的硅钢片叠成，采用硅钢是因为它的导磁性能较好。那为什么不直接用一整块硅钢而要用硅钢片叠加而成呢？在学习了铁磁性材料的相关知识后，我们知道经过这样的处理能够减小铁芯中的涡流损耗。绕组为变压器的电路部分，通常用绝缘的铜线或铝线绕制而成，与电源相连的绕组为原边绕组，也叫作初级绕组;与负载相连的绕组为副边绕组，也叫作次级绕组。

如果在变压器的原边侧接入交流电源，用开关控制原边电路的通断，副边接入额定值适当的灯泡，请大家想一想，如果闭合开关，灯泡会出现怎样的现象？有学员认为灯会一直熄灭，因为原副绕组之间并没有直接的电路连接，能量无法从原边传至副边，事实真是如此吗？我们通过实验来观察现象。根据原理图连接电路，闭合开关，灯会发光，说明副边侧有电流流过，事实上双绕组变压器绕组与绕组之间、绕组与铁芯之间相互绝缘，能量如何从原边传至副边呢？变压器的工作原理又是什么呢？

二、工作原理

在一个变压器的原边侧接入交流电源，闭合开关，有电压、有闭合的回路，原边出现交流电流，电会生磁，原边电流所产生的磁通经过铁芯来到副边绕组构成一个闭合的磁路。电流是变化的，所以磁通量也会发生变化，而变化磁又能够生电，副边绕组两端将产生感应电动势，这样负载两端也会有电压，副边构成闭合回路后，副边也会有电流出现，原边电流对副边有影响，副边同样对原边也有影响，在互感和自感的共同作用下，原边也会出现感应电动势。根据以上的分析过程，大家再思考一下，变压器是通过什么在进行传递能量？是铁芯吗？其实更确切地说，它是借助铁芯通过磁场在传递能量，所以变压器的工作原理是电磁感应。

三、主要功能

（一）变电压

图2为空载电压原理图，通过实验数据来说明。已知原边绕组匝数N1为2510匝，副边绕组匝数N2为108匝，所以N1/N2等于23.2。现在让副边处于空载状态，不接入负载，原边接入市电，检查无误后闭合开关K1，用万用表测量此时原副两边的电压值。请大家比较这组数据，看一下有什么规律？规律即是：绕组匝数多的这一侧电压高，绕组匝数少的这一侧电压低，并且在忽略损耗和误差的情况下，N1除以N2值与U1除以U2的值大致相等。那这个结论仅仅只是偶然现象吗？

图3为变压器有载工作原理示意图分析。变压器在有载工作时，原边绕组中有电流i1通过，副绕组和负载中有电流i2通过，忽略绕组电阻和漏磁通等产生损耗，则可认为变压器的输入功率等于输出功率，因此或

同样可以通过实验验证该结论。

（三）变阻抗

电路中的电压和电流都能发生改变，那阻抗值又会发生怎样的变化呢？定性分析：原边电压等于副边电压的K倍，原边电流等于副边的1/K，所以原边的阻抗值等于副边阻抗值的K2，在电子线路中经常利用变压器阻抗变换的功能达到阻抗匹配，实现最大功率传输。

【参考文献】

[1]沈裕钟.电工学[M].北京：高等教育出版社，2007：179-182.

[2]窦光友.电工电子技术基础[M].上海：上海交通大学出版社，2008：118-126.