張立新 沙書(shū)俊

（如皋高等師范學(xué)校數(shù)理系 江蘇南通 226500）

變壓器同名端的5種實(shí)驗(yàn)判定方法

張立新 沙書(shū)俊

（如皋高等師范學(xué)校數(shù)理系 江蘇南通 226500）

同名端是變壓器理論與實(shí)踐中常用的基本概念．若已知原線圈輸入電壓的交流瞬時(shí)極性，通過(guò)同名端標(biāo)記能夠推斷出副線圈輸出電壓的交流瞬時(shí)極性．同名端的判斷在電工和電子技術(shù)中特別重要．筆者探索研究了5種實(shí)驗(yàn)判定方法，既可以作為課堂演示實(shí)驗(yàn)或?qū)W生分組實(shí)驗(yàn)，也可作為電工技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用．實(shí)驗(yàn)需要的儀器比如可拆變壓器、交直流低壓電源、多用電表、雙蹤示波器等都是基本教學(xué)儀器，各學(xué)校實(shí)驗(yàn)室均有配置．

1 從線圈繞向結(jié)構(gòu)來(lái)判定

電工實(shí)踐表明，變壓器的線圈繞向確定之后同名端也就隨之確定．如果兩個(gè)線圈的繞向結(jié)構(gòu)完全相同，則處于空間對(duì)稱位置的兩個(gè)端線就是同名端，在能觀察到原線圈與副線圈繞向結(jié)構(gòu)的情況下，可直接判定它們的同名端．如圖1（a）所示，從原副線圈的繞向看，兩個(gè)線圈對(duì)稱端頭是1與3，它們分別是兩線圈的“頭”，即1和3為同名端，一般用黑圓點(diǎn)表示．因此，若原線圈端頭1的交流極性是“＋”，那么副線圈端頭3的極性也是“＋”．當(dāng)然另外兩個(gè)端頭，即兩線圈的“尾”——2和4也是同名端．如果將副線圈轉(zhuǎn)移到鐵芯的另一側(cè)，那么兩線圈的同名端應(yīng)該如圖1（b）所示．

圖1 從線圈繞向結(jié)構(gòu)判定同名端

2 用直流穩(wěn)態(tài)過(guò)程判定

一般情況下變壓器線圈處于包封狀態(tài)，看不到線圈結(jié)構(gòu)，此時(shí)可用直流電源來(lái)判定同名端．現(xiàn)采用J2426型可拆變壓器來(lái)做該實(shí)驗(yàn)，電路如圖2所示．首先閉合開(kāi)關(guān)S1，原線圈產(chǎn)生磁通量Φ1，在變壓器硅鋼片的端頭產(chǎn)生了較強(qiáng)磁場(chǎng)，可以吸住一串回形針；然后閉合副線圈開(kāi)關(guān)S2，在S2閉合的瞬刻，如果懸掛的回形針“嘩啦”一下全部脫落至桌面，表明合磁場(chǎng)變?nèi)?，即?與Φ2的方向相反，此時(shí)兩組電池正極接觸的是異名端，即1與3是異名端．若合上S2后，不但原來(lái)的回旋針不脫落，而且還能加掛更多回形針，表明Φ1與Φ2的方向相同，那么兩組電池正極所接觸的是同名端．上述判定方法概括為，“合磁場(chǎng)加強(qiáng)，兩電池正極接觸的是同名端；合磁場(chǎng)減弱，兩電池正極接觸的是異名端．”

圖2 直流穩(wěn)態(tài)過(guò)程判定電路圖

3 用直流暫態(tài)過(guò)程判定

所需實(shí)驗(yàn)儀器為J2426型可拆變壓器、MF47型多用電表、一號(hào)電池（1．5 V）．變壓器有3個(gè)線圈可供選擇，分別是60匝、120匝、240匝，我們選用240匝與120匝的組合進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．

按圖3連接好電路，將多用表的量程置于直流1 V擋．在原線圈電路中，當(dāng)閉合開(kāi)關(guān)S時(shí)，如果多用表指針向正方向偏轉(zhuǎn)（右偏），那么電池正極接觸的端頭與紅表棒接觸的端頭是同名端．若指針左偏，則電池正極接觸的端頭與紅表棒接觸的端頭是異名端這是一個(gè)暫態(tài)過(guò)程實(shí)驗(yàn)中注意，如果匝數(shù)較多的繞組接電池，匝數(shù)較少的繞組接多用表，則多用表的電壓量程要選小一些，使指針偏轉(zhuǎn)較大便于觀察；若匝數(shù)較少繞組接電池，匝數(shù)較多的繞組接多用表，則量程要選大一些，防止損壞電表．實(shí)驗(yàn)時(shí)還要注意，若接通電池時(shí)指針向右偏，那么斷開(kāi)時(shí)指針會(huì)向左偏．當(dāng)接通和斷開(kāi)電池的時(shí)間間隔太短時(shí)，有可能只看到斷開(kāi)時(shí)的指針左偏現(xiàn)象，容易導(dǎo)致判定錯(cuò)誤．因此接通電池后指針偏轉(zhuǎn)，要等待指針?lè)盗愫笤贁嚅_(kāi)電池以保證判定的準(zhǔn)確性．

圖3 直流暫態(tài)過(guò)程判定電路圖

4 用交流電判定

在變壓器原線圈兩端輸入交流電壓，則副線圈就有交流電壓輸出．由于同名端與異名端的存在，原線圈的“輸入電壓”與副線圈的“輸出電壓”二者串聯(lián)后，總電壓會(huì)出現(xiàn)“相長(zhǎng)”或“相消”的結(jié)果．這是因?yàn)閮呻妷和辔粫r(shí)，它們的電壓相量是同方向的，總電壓等于兩者之和；兩電壓反相位時(shí)，兩電壓相量也是反方向的，總電壓等于兩者之差．利用這個(gè)規(guī)律可以判定變壓器的同名端．

圖4 交流電判定電路圖

實(shí)驗(yàn)仍用J2426變壓器．參見(jiàn)圖4，用導(dǎo)線把端頭1和4連接起來(lái)，原線圈（240匝）接低壓電源10 V交流電壓，副線圈（120匝）輸出交流電壓5 V．如果多用表交流電壓擋測(cè)得端頭2與3之間的總電壓是10 V＋5 V＝15 V，則端頭2與3是異名端；如果測(cè)得總電壓是10 V-5 V＝5 V，則端頭2與3是同名端．以上判定方法概括為，“總電壓兩者之和，兩表棒接觸異名端；總電壓兩者之差，兩表棒接觸同名端”．

5 用雙蹤示波器判定

用雙蹤示波器判定變壓器的同名端可作為課堂演示實(shí)驗(yàn)．我們采用上海某電子教學(xué)儀器廠的J2472雙蹤示波器、杭州某無(wú)線電廠的J2465信號(hào)源、J2426變壓器來(lái)完成這個(gè)演示實(shí)驗(yàn)．按照?qǐng)D5的電路，將信號(hào)源發(fā)出的正弦電壓輸入變壓器原線圈，同時(shí)把原線圈連接到示波器的輸入端Y1與地之間；并且將副線圈連接到Y(jié)2與地之間．調(diào)節(jié)示波器的相關(guān)旋鈕，使熒光屏出現(xiàn)兩個(gè)穩(wěn)定的正弦波．如果熒光屏顯示輸入電壓u1和輸出電壓u2是同相位，參見(jiàn)圖6（a），那么示波器的Y1與Y2接觸變壓器的兩端頭是同名端．如果兩個(gè)交流電壓波形是反相位，參見(jiàn)圖6（b），那么Y1與Y2接觸的兩端頭是異名端．

圖5 雙蹤示波器判定電路圖

圖6 顯示波形

2014- 04- 08）