單相變壓器實驗式教學方法研究

方潔 歐陽艷蓉 李本雄

【摘 要】單相變壓器是《電工技術》理論知識的實際應用，但是其知識較為抽象，若從純理論的角度講授，學員很難透徹理解相關知識。本文改變傳統的“滿堂灌”的授課方式，以理論與實踐相結合的方式進行講授，對單相變壓器實驗式教學方式進行了研究。

【關鍵詞】單相變壓器 變電壓 變電流 變阻抗

變壓器的種類有很多，常見的有電力變壓器、電壓互感器、整流變壓器、調壓變壓器等等，雖然它們的外部結構各不相同，但它們的內部結構和基本原理卻大致相同。下面讓我們以最基礎的單相變壓器為例，一起來分析變壓器內部的主要組成部分。

一、內部結構

如圖1所示，這是一臺單相芯式變壓器，將其拆分，可以發現它主要由鐵芯和繞組兩大部分組成。常用的鐵芯在工頻條件下一般采用具有絕緣層的0.35—0.5mm厚的硅鋼片疊成，采用硅鋼是因為它的導磁性能較好。那為什么不直接用一整塊硅鋼而要用硅鋼片疊加而成呢？在學習了鐵磁性材料的相關知識后，我們知道經過這樣的處理能夠減小鐵芯中的渦流損耗。繞組為變壓器的電路部分，通常用絕緣的銅線或鋁線繞制而成，與電源相連的繞組為原邊繞組，也叫作初級繞組;與負載相連的繞組為副邊繞組，也叫作次級繞組。

如果在變壓器的原邊側接入交流電源，用開關控制原邊電路的通斷，副邊接入額定值適當的燈泡，請大家想一想，如果閉合開關，燈泡會出現怎樣的現象？有學員認為燈會一直熄滅，因為原副繞組之間并沒有直接的電路連接，能量無法從原邊傳至副邊，事實真是如此嗎？我們通過實驗來觀察現象。根據原理圖連接電路，閉合開關，燈會發光，說明副邊側有電流流過，事實上雙繞組變壓器繞組與繞組之間、繞組與鐵芯之間相互絕緣，能量如何從原邊傳至副邊呢？變壓器的工作原理又是什么呢？

二、工作原理

在一個變壓器的原邊側接入交流電源，閉合開關，有電壓、有閉合的回路，原邊出現交流電流，電會生磁，原邊電流所產生的磁通經過鐵芯來到副邊繞組構成一個閉合的磁路。電流是變化的，所以磁通量也會發生變化，而變化磁又能夠生電，副邊繞組兩端將產生感應電動勢，這樣負載兩端也會有電壓，副邊構成閉合回路后，副邊也會有電流出現，原邊電流對副邊有影響，副邊同樣對原邊也有影響，在互感和自感的共同作用下，原邊也會出現感應電動勢。根據以上的分析過程，大家再思考一下，變壓器是通過什么在進行傳遞能量？是鐵芯嗎？其實更確切地說，它是借助鐵芯通過磁場在傳遞能量，所以變壓器的工作原理是電磁感應。

三、主要功能

（一）變電壓

圖2為空載電壓原理圖，通過實驗數據來說明。已知原邊繞組匝數N1為2510匝，副邊繞組匝數N2為108匝，所以N1/N2等于23.2。現在讓副邊處于空載狀態，不接入負載，原邊接入市電，檢查無誤后閉合開關K1，用萬用表測量此時原副兩邊的電壓值。請大家比較這組數據，看一下有什么規律？規律即是：繞組匝數多的這一側電壓高，繞組匝數少的這一側電壓低，并且在忽略損耗和誤差的情況下，N1除以N2值與U1除以U2的值大致相等。那這個結論僅僅只是偶然現象嗎？

圖3為變壓器有載工作原理示意圖分析。變壓器在有載工作時，原邊繞組中有電流i1通過，副繞組和負載中有電流i2通過，忽略繞組電阻和漏磁通等產生損耗，則可認為變壓器的輸入功率等于輸出功率，因此或

同樣可以通過實驗驗證該結論。

（三）變阻抗

電路中的電壓和電流都能發生改變，那阻抗值又會發生怎樣的變化呢？定性分析：原邊電壓等于副邊電壓的K倍，原邊電流等于副邊的1/K，所以原邊的阻抗值等于副邊阻抗值的K2，在電子線路中經常利用變壓器阻抗變換的功能達到阻抗匹配，實現最大功率傳輸。

【參考文獻】

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