掌握變壓器原理與技術(shù)的理想實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)研究與應(yīng)用

袁德生 鹿 瀟 楊宇晨

（新疆伊犁技師培訓(xùn)學(xué)院，新疆 伊寧 835000）

1 器材

（1）J2423（11223）型可拆變壓器一臺(tái)，它的初級(jí)線圈N0＝1400匝，對(duì)應(yīng)的電壓為220V，額定容量為30VA；（2）帶導(dǎo)線的電源插頭一個(gè)；（3）電燈花線長(zhǎng)7m和2.6m各一段；（4）外徑為1mm左右的內(nèi)心為多股細(xì)銅絲的軟導(dǎo)線長(zhǎng)300m，用三卷新線即可，因每卷長(zhǎng)為100m，也可用電信電纜線中的單根銅芯絕緣線，外經(jīng)為0.8mm左右（5）帶燈座的小燈泡一個(gè)，額定電壓為6V或6.3V；（6）多用電表一塊.

2 操作

2.1 制作、測(cè)量與實(shí)用

把可拆變壓器的副線圈拿掉，然后在副線圈的位置上按圖1自行繞制線圈，具體繞制的匝數(shù)在圖2中均標(biāo)出（N1＝10匝，N2＝20匝，N3＝30匝）.具體的操作與測(cè)量方法是：先用長(zhǎng)7m的導(dǎo)線，繞N1＝10匝（兩端頭為0和1），變壓器原邊接220V交流電源，用多用電表交流電壓10V量程擋，測(cè)得0～1端的的電壓U1＝1.55V，接小燈泡時(shí)，可看到小燈泡發(fā)出微弱的光；用同樣的方法，接著繼續(xù)再繞10匝，使0～2端內(nèi)的N2＝20匝，用多用電表測(cè)得0～2端的電壓U2＝3.1V，接小燈泡時(shí)可看到發(fā)光較強(qiáng)；接著繼續(xù)再繞10匝，使0～3端內(nèi)的N3＝30匝，用多用電表測(cè)得0～3端電壓U3＝4.65V，接小燈泡時(shí)，發(fā)光更強(qiáng)，如圖3所示.

說(shuō)明：接小燈泡的目的，是讓實(shí)操者掌握變壓器的實(shí)用技術(shù)，是一種最簡(jiǎn)單的又可用一根線反復(fù)繞線方法，即可讓低壓的小燈泡工作又可讓其他低壓電器工作，這是變壓器最理想的一種實(shí)操方法（圖3中燈泡可長(zhǎng)期工作）.

圖1

圖2

圖3

2.2 數(shù)據(jù)處理

對(duì)于上述測(cè)量數(shù)據(jù)：

N1＝10匝時(shí)，U1＝1.55V，N2＝20匝時(shí)，U2＝3.1V，N3＝30匝時(shí)，U3＝4.65V.

數(shù)據(jù)處理方法：

變壓器的原理：兩匝數(shù)之比等于兩電壓之比，匝數(shù)成倍增加，電壓也成倍增加，電壓與匝數(shù)成正比.

說(shuō)明：（1）用數(shù)字表和模擬表測(cè)量電壓時(shí)，有較小的差異，在數(shù)據(jù)處理時(shí)可忽略.（2）自行繞線的匝數(shù)越多時(shí)，所測(cè)電壓的誤差稍有增加在據(jù)處理時(shí)也可忽略.

（1）用數(shù)字表測(cè)得N1＝10匝時(shí)電壓U1＝1.55V.

（2）用模擬表測(cè)得N1＝10匝時(shí)電壓U1＝1.6V.

利用該變壓器的真實(shí)值N0＝1400匝和上述測(cè)量計(jì)算值N0分別為1419匝和1375匝，計(jì)算出該實(shí)驗(yàn)測(cè)量的絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差.

① 數(shù)字表測(cè)量的絕對(duì)誤差Δ1＝1400－1419＝－19.相對(duì)誤差γ1＝－19/1400＝0.014，γ1＝－1.4%.

② 模擬表測(cè)量的絕對(duì)誤差Δ2＝1400－1375＝25，相對(duì)誤差γ2＝25/1400＝0.018，γ2＝1.8%.

說(shuō)明：通過(guò)上述誤差的計(jì)算，充分說(shuō)明了數(shù)字表測(cè)量結(jié)果比模擬表要準(zhǔn)確些.

3 初學(xué)者最理想的繞制和掌握變壓器技術(shù)的方法

根據(jù)J2423型可拆變壓器的測(cè)量值或筆者的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用細(xì)的軟導(dǎo)線重新繞制變壓器從而使讀者可達(dá)到掌握設(shè)計(jì)和制作變壓器技術(shù)的目的.

在筆者的實(shí)際操作中上述測(cè)量與計(jì)算數(shù)據(jù)，用每伏匝數(shù)N＝6.45匝/伏或是N＝6.25匝/伏繞制原、副線圈都沒(méi)有任問(wèn)題，根據(jù)筆者38年的教學(xué)實(shí)操經(jīng)驗(yàn)與實(shí)操經(jīng)驗(yàn)公式（該公式以后在續(xù)說(shuō)）所知，對(duì)于30VA以上的變壓器，可用每伏匝數(shù)N＝4匝/伏進(jìn)行繞制，在實(shí)驗(yàn)中一般不會(huì)有問(wèn)題，對(duì)J2423型可拆變壓器更是如此.它的容量在設(shè)計(jì)時(shí)有一定的余量，大約是50VA.

圖4

用細(xì)而軟的多股銅導(dǎo)線，按N0＝220伏×4匝/伏＝880匝，N1＝4伏×4匝/伏＝16匝，進(jìn)行繞制（繞繞制時(shí)間大約30min），繞完后經(jīng)檢查無(wú)誤，原邊（N0＝880匝）接220V交流電源，副邊（N1＝16匝）接小燈泡，即可在4V電壓下發(fā)光，如圖4所示.

說(shuō)明：用細(xì)而軟的多股銅芯導(dǎo)線繞制變壓器的特點(diǎn)是：（1）可隨心所欲的快速繞制.（2）由于是軟質(zhì)細(xì)導(dǎo)線，可反復(fù)繞制，使授課者、初學(xué)者包括學(xué)生、從事電工的員工隨時(shí)隨地，都可使每人有上手繞制的機(jī)會(huì).（3）對(duì)于漆包線繞制時(shí)：一需要繞線機(jī)，二需要骨架，三在繞制中一不小心，線若打折線就無(wú)法再用，而細(xì)而軟的導(dǎo)線就不存在這些問(wèn)題.

4 變壓器的繞制、同名端的連接、實(shí)驗(yàn)、測(cè)量與研究

4.1 變壓器的繞制

按圖5所標(biāo)的數(shù)據(jù)，繞制變壓器的具體數(shù)據(jù)：每伏匝數(shù)N＝4T/V；N1＝880T，U1＝220V；N2＝16T，U2＝4V；N3＝6T，U3＝1.5V.

圖5

4.2 變壓器的同名端——在任何瞬間，兩繞組中電動(dòng)勢(shì)極性相同的兩個(gè)端鈕稱同名端

說(shuō)明：同名端是按電磁感應(yīng)原理來(lái)確定的，為了簡(jiǎn)單方便讓讀者理解和掌握同名端的應(yīng)用技術(shù)，筆者將同名端理解簡(jiǎn)述規(guī)定如下：

（1）變壓器的同名端相當(dāng)于干電池的“正極”稱之為“正極同名端”或干電池“負(fù)極”稱之為“負(fù)極同名端”.

（2）在每個(gè)線圈通電后產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向相同的前提下，繞行方向相同的線圈，首端可稱為“正極同名端”，尾端可稱為“負(fù)極同名端”；繞行方向相反的線圈，尾端稱為“正極同名端”，首端稱為“負(fù)極同名端”；如圖5中的1、3、5端，可稱為“正極同名端”，2、4、6可稱為“負(fù)極同名端”.

4.3 同名端的連接、實(shí)驗(yàn)、測(cè)量與研究

變壓器同名端的聯(lián)接方式有4種：（1）順并；（2）反并；（3）順串；（4）反串.

變壓器同名端的具體的聯(lián)接、實(shí)驗(yàn)、測(cè)量、研究與說(shuō)明如下.

（1）順并：“正、正”相接，“負(fù)、負(fù)”相接后，兩個(gè)點(diǎn)對(duì)外供電，也就是圖5中，3和5相接，相當(dāng)于“正極”點(diǎn)，4和6相接，相當(dāng)于“負(fù)極”點(diǎn)，這兩個(gè)接點(diǎn)對(duì)外供電.

重要說(shuō)明：同名端正并的條件是：若兩線圈的匝數(shù)相同或輸出電壓相同，即可進(jìn)行正并.若兩線圈的匝數(shù)不同或輸出電壓不同，二者絕對(duì)不能正并.圖像5中的N2和N3是絕對(duì)不能正并的，若正并，其結(jié)果是：N2線圈電壓是4V，N3線圈電壓是1.5V，N2線圈對(duì)N3線圈處于自然充電狀態(tài)，而且充電電壓為2.5V（4V－1.5V＝2.5V）.這一電壓是通過(guò)實(shí)驗(yàn)，用多用電表測(cè)量得來(lái)的，該電壓在該電路中相當(dāng)于短路電壓（也就是相當(dāng)于2.5V電壓的電源短路），形成的短路電流特別大，只能是瞬間測(cè)一下.

若把圖5中，3和5相接，4和6相接，但不要接的太緊，N1接通電源后，過(guò)一會(huì)兒，用手分別摸一下兩個(gè)接頭處，即可感受到很熱，原因是：（Q＝I2Rt）接頭較松時(shí)，接頭處的電阻R較大，所以產(chǎn)生的熱量較多，而有燙手的感覺(jué).

若將上述3和5或者是4和6的任意一個(gè)接頭解開(kāi)，N1接通電源后，再將兩個(gè)端頭碰一下，再碰一下，就可看到短路電流產(chǎn)生的電火花.

（2）反并：“正、負(fù)”相接，“正、負(fù)”相接后，兩個(gè)點(diǎn)對(duì)外供電.（圖5中4和5相接；3和6相接）

說(shuō)明：這種連接是絕對(duì)不充許的，是一種災(zāi)難性的電源短路聯(lián)接.

（3）順串：一的“負(fù)”接二的“正”，一的“正”和二的“負(fù)”對(duì)外供電.

如圖5中4和5相接；3和6對(duì)外供電，所供電壓為5.5V（4V＋1.5V＝5.5V），圖6是同名端順串后讓燈泡工作的實(shí)況圖，燈泡較亮.

變壓器同名端順串是一種常用的方法，特別是有線廣播網(wǎng)絡(luò)中常用，順串的特點(diǎn)是可以提升供電電壓.

圖6

圖7

（4）反串：一和二的“正”相接.

一和二的“負(fù)”對(duì)外供電，或一和二的“負(fù)”相接，一和二的“正”對(duì)外供電如圖5中3和5相接，4和6對(duì)外供電；4和6相接，3和5對(duì)外供電；所供電壓為2.5V（4V－1.5V＝2.5V）.圖7是同名端反串后讓燈泡工作的實(shí)況圖，燈泡較暗.

變壓器同名端反串是一種常用的方法，特別是需要降低電壓的用電場(chǎng)所，反串的特點(diǎn)是可以降低供電電壓.