变压器匝数比

课程标准： GCSE, Sek I/II

实验目的¶

研究变压器次级线圈上的电压与线圈匝数的关系。

实验装置¶

6 V、50 Hz 的交流电压源（正弦波）接在变压器的初级线圈上（500 匝，左边一对插孔）。次级线圈（250 匝，右边一对插孔）不接任何东西。变压器上方是AC模式的电压表：左边的接初级线圈，右边的接次级线圈。线圈上印有匝数；每对插孔中上面的一个是线圈的始端。

实验步骤¶

记录两只电压表的示数和两个线圈的匝数。
计算电压比 \(U_2 / U_1\) 和匝数比 \(N_2 / N_1\)。
在变压器的参数面板中，把次级匝数设为 1000。记录示数，再次比较两个比值。
把次级匝数设为 500，然后把初级匝数设为 250，再设为 1000。\(U_2\) 怎样变化？

预期结果

AC模式的电压表显示有效值：幅度为 6 V 时，初级线圈上显示 4.24 V。次级线圈为 250 匝时得到 2.08 V，为 1000 匝时约为 8.3 V：变压器是降压还是升压，取决于匝数之比。次级 500 匝、初级 250 匝时同样约为 8.3 V，初级 1000 匝时约为 2.1 V：起作用的是匝数之比，而不是匝数本身。电压比近似等于匝数比，\(U_2 / U_1 \approx N_2 / N_1\)。电压比低 2%，是因为初级线圈的磁通量有一部分没有穿过次级线圈。

问题¶

要从 4.24 V 得到 12 V，次级线圈需要多少匝？
第 3 步中的匝数比是多少？这时变压器是升压的还是降压的？
次级线圈与初级线圈之间没有一根导线相连，为什么次级线圈上会有电压？

答案

\(N_2 = N_1 \cdot U_2 / U_1\) = 500 · 12 / 4.24 ≈ 1415 匝。实验装置中的变压器给出的电压比按匝数比算出的低 2%，所以在实验装置上大约需要 1415 / 0.98 ≈ 1440 匝。
\(N_2 / N_1\) = 1000 / 500 = 2。次级线圈的匝数比初级线圈多，所以变压器是升压的：电压从 4.24 V 升高到约 8.3 V。
初级线圈中的交变电流产生交变的磁通量，铁芯把这个磁通量引导穿过次级线圈。变化的磁通量在次级线圈的每一匝中感应出电压（电磁感应），所以能量通过磁场传递，不需要任何电接触。