变压器

高中物理理想正弦交流变压器,耦合完美、无损耗,且次级接有电阻负载

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关于此实验

变压器通过在两个绕组之间共享变化的磁通来改变交流电压。调整匝数比和负载,观察电压与电流如何此消彼长,同时功率保持不变。所有读数均为正弦交流的有效值;绕组示意图表示匝数,并未逐一画出每一匝。

学习目标

  • 在控制其他变量的同时,探究次级绕组匝数如何影响次级有效值电压。
  • 使用图表和数值读数来检验预测。
  • 说明物理假设,以及该模型不再适用的情况。

使用方法

  1. 1设置初级绕组匝数为 400,次级绕组匝数为 200,电压为 24 V,电阻为 100 Ω。检查次级侧是否为 12 V 和 0.12 A。
  2. 2保持曲线不变,将初级匝数加倍。比较斜率。
  3. 3保持匝数不变,将负载电阻减半。哪些电压保持不变,哪些电流会加倍?
  4. 4将匝数设为相等。检查初级电流和次级电流是否相同。

模型

电压遵循匝数比
负载下的理想功率守恒

假设

  • 输入为正弦交流电,所有电压和电流读数均为有效值。耦合完全,忽略励磁电流。
  • 不存在绕组损耗、铁芯损耗、饱和或电源限制。预测出的较大功率是理想外推值,并非设备额定值。

在课堂上试试这个实验

  1. Q1降压变压器的次级电流为什么比初级电流大?
  2. Q2在这个理想模型中,要将 24 V 变为 6 V,匝数比应是多少?

常见问题

这台变压器能在稳定直流下工作吗?

不能。稳定直流无法维持变化的铁芯磁通。这里的电压比模型假设采用交流励磁。

提高电压会产生能量吗?

不。理想变压器保持功率不变。输出电流和输入电流会随匝数比和所连接的负载而调整。