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1、实验十五互感电路观测执笔人：实验成员zht班级：自动化二班实验十五互感电路观测一、实验目的1、学会互感电路同名端、互感系数以及耦合系数的测定方法。2、观察两个线圈相对位置的改变，以及用不同材料作线圈芯时 对互感的影响。图 15-1二、原理说明1、判断互感线圈同名端的方法（1）直流法如图15-1所示，当开关S闭合 瞬间，若毫安表的指针正偏，则可 断定“1”，“3”为同名端；指针 反偏，则“1”，“4”为同名端。（2）交流法图 15-2如图15-2所示，将两个线圈N1 和N2的任意两端（如2, 4端）联在 一起，在其中的一个线圈（如N1）两 端加一个低压交流电压，另一线圈开 路，（如N2），用交流
2、电压表分别测 出端电压U13、U1/DU34。若U13是两个绕组端压之差，则1, 3是同名端；若U13是两个绕组端压之和，则1, 4是同名端2、两线圈互感系数M的测定。如图15-2,在N1侧施加低压交流电压U1, N2侧开路，测出I1及U2O根据互感电势E2M U20 MI1；可算得互感系数为U23、耦合系数k的测定两个互感线圈耦合松紧的程度可用耦合系数k来表示kM/L1L2如图15-2,先在N1侧加低压交流电压U1，测出N2侧开路时的 电流I1；然后再在N2侧加电压U2,测出N“开路时的电流I2，求 出各自的自感L/DL2，即可算得k值。三、实验设备序号名称型号规格数量备注1可调查直流稳压电
3、源030V12单相交流电源0220V13三相自耦调压器14直流数字电压表15直流数字毫安表16直流数字安培表17交流电压走18交流电流表19 1万用电表或交流量伏表110空心互感线圈N1为大线圈、N2为小线圈1对DGJ-0411 1可变电阻器470Q/3W1DGJ-0512发光二极管红色1DGJ-0513铁棒、铝棒1DGJ-0414*滑线变阻器200Q , 2A1四、实验内容及步骤1、分别用直流法和交流法测定互感线圈的同名端(1)直流法实验线路如图15-3所示，将N1、N2同心式套在一起，并放入 铁芯。N1侧串入5A量程直流数字电流表，U1为可调直流稳压电源， 调至6V,然后改变可变电阻器 R
4、 (由大到小地调节)，使流过 N1侧 的电流不超过0.4A, N2侧直接接入2mAs程的毫安表。将铁芯迅速 地拔出和插入，观察毫安表正、负读数的变化，来判定N1和N2两个 线圈的同名端。100 Q图 15-3实验记录：当铁芯插入时，毫安表读数为正；铁芯拔出时，毫安 表读数为负，说明1、3是同名端。(2)交流法按图15-4接线，>N1> N2同心式套在一起。N1串接电流表(选 02.5A的量程交流电流表)后接至自耦调压器的输出，2侧开路，并在两线圈中插入铁芯。接通电路源前，应首先检查自耦调压器是否调至零位， 确认后方可接通交流电源，令自耦调压器输出一个很低的电压 （约2V左右）， 使
5、流过电流表的电流小于1.5A,然后用030V量程的交流电压表测 量Ui3，U12，U34,判定同名端。拆去2、4联线，并将2、3相接，重复上述步骤，判定同名端。图 15-4实验记录:连接2、4U13=3.7VU 12 =2VU34=5.5V连接2、3U14=7.3VU 12 =2VU34=5.5V当连接 2、4端时，53=3.7丫，52=2丫，54,5.5丫，53 U34U12, 故 1、3 为同名端。当连接 2、3端时，U14=7.3V, U12=2V, U34=5.5V, U14 U34 U12,故1、3为同名端。2、互感系数M的测定拆除2、3连线，测出U1, I1, U2,利用M q，计
6、算出M。11实验记录:U1/VI1/AU2/VM/H2.150.7885.60.02263、耦合系数k的测定将低压交流加在N2侧，使流过N2侧电流小于1A，N1侧开路， 按步骤2测出U2, I2,U1值。用万用表的RX1档分别测出N/DN2 线圈的电阻值RDR2。计算k值。实验记录：通过U /I |Z| , |Z| JR2 ( L)2计算出Li、L2的值，再 通过k m/、.匚匚计算出k的值。要计算Li、L2的值，还可以用功率表测出Ni侧的功率因数cos , 并得到负载阻抗角小，然后通过|Z|*sin x-Xl L便可以 算出Li、L2的值。Ui/VU2/VI2/AR/QR2/QL1/HL2/
7、Hk0.53.10.0652.0115.10.00590.1440.7794、观察互感现象将低压交流加在N1侧，N2侧接入LED发光二极管与510 Q的 电阻串联的支路。(1)将铁芯从两线圈中抽出和插入，观察LED亮度的变化及各 电表读数的变化，记录现象。(2)改变两线圈的相对位置，观察 LED亮度的变化及仪表读 数。(3)改用铝棒代替铁棒，重复(1)、(2)的步骤，观察LED的亮度变化，记录现象。实验记录：（ 1）当铁芯从线圈中抽出时， N1 侧的交流电压表读数下降、 交流电流表读数上升， N 2 侧的交流电流表读数下降， LED 发光二极管变暗。当铁芯插入线圈时，读数变化相反， LED 亮
8、度增加。（ 2）把小线圈从和大线圈套在一起的状态逐渐分离时，N1 侧的交流电压表读数下降、交流电流表读数上升， N 2 侧的交流电流表读数下降， LED 发光二极管变暗直至不发光。两线圈在其它相对位置情况下 LED 均不发光。（ 3）把铁棒换成铝棒后，LED 不再发光，重复（ 1）、（2）步骤， LED 亮度不变（没有），各电表读数不变。五、实验注意事项1 、为避免互感线圈因电流过大而烧毁，整个实验过程中，注意流过线圈N1的电流不超过1.5A,流过线圈N2的电流不得超过1A。2 、测定同名端及其他测量数据的实验中，都应将小线圈N2套在大线圈 N 1 中，并插入铁芯。*3 、如实验室备有200Q
9、 , 2A的滑线变阻器或大功率的负载，则 可接在交流实验时的 N 1侧，作为限流电阻用。4 、作交流实验前，首先要检查自耦调压器，要保证手柄置在零 位，因实验时所加的电压只有 23V 左右，此值可先用 V 档（交流电压表、万用电表或交流毫伏表）测出无误后，才接入电路中。因此调节时要特别仔细、 小心， 要随时观察电流表的读数， 不得超过规定值。六、预习思考题本实验用直流法判断同名端是用插、拔铁芯时观察电流表的正、 负读书变化来确定的，这与实验原理中叙述的方法是否一致？答案：一致。实验原理中叙述的方法是通过闭合开关 S来引起通 过 冲的电流的变化，从而使 2线圈产生变化的磁场，再通过互感使 N2侧
10、产生电流，通过毫安表指针的偏转方向来判断同名端；而本实 验用的直流法是通过插、拔铁芯来引起 N1线圈磁场的变化，再通过 互感使N2侧产生电流，通过观察毫安表正、负读数的变化来判断同 名端。两者都是通过引起N1线圈磁场的变化来引发互感，从而使N2 侧产生电流，再通过判断电流的方向来判断两线圈的同名端，区别只是引起N1线圈磁场变化的方法不同，所以我认为两种方法本质上是 一致的。七、实验报告1 .总结对互感线圈同名端、互感系数的实验测试方法。答案：同名端：直流法：通过引起 N1线圈磁场的变化来引发互 感，从而使N2侧产生电流，再通过判断感应电流的方向来判断两线 圈的同名端。交流法：用导线连接两线圈的
11、某两端，再分别测线圈自 身两端的电压，以及两线圈未连导线的两端的电压， 通过判断未连导 线的两端的电压是两线圈自身两端的电压的和或差， 来判断两线圈的 同名端。比如图15-3,连接2、4端时，2端和4端的电压相同，止匕 时若U13=U 12-U 341，说明1端和3端为同名端。互感系数：测定互感系数M的电路图如图15-2,因为N2侧开路, 所以互感电势E2M U2。又因为U2maxC0S（ t u） MdXostXl dt即U2maxC0S（ t u） M IimaxSin（ t i）,将其中的U和I换算成交流电表测得的有效值， 便得到 U2 M I1 ， 代入实验数据， 便可计算得到 M 的
12、值，如此便能测得两线圈的互感系数。2 .自拟测试数据表格，完成计算任务。答案：见上几页的表格和数据。3 .解释实验中观察到的互感现象。答案：（ 1）因为铁芯导磁率比较大，所以当铁芯抽出时，两线圈的互感系数减少，造成N 2 侧电压、电流减小， LED 发光二极管变暗。反之，当铁芯插入线圈时，两线圈的互感系数M 增大，造成N 2侧电压、电流增大， LED 发光二极管亮度增加。（ 2）当小线圈从和大线圈套在一起的状态逐渐分离时， 两线圈的相对位置变化使得两线圈距离增加， 从而互感系数M 减小， 造成 N 2 侧电压、 电流减小， LED发光二极管变暗。当两线圈距离足够远的时候，互感系数足够小，使得 N 2侧几乎没有电流，此时LED 发光二极管便不发光了。（ 3）用铝棒代替铁棒后，因为铝的导磁率更小，使得两线圈的互感系数M很小， 从而不管抽出还是插入铝棒或者是改变线圈的相对位置， LED 发光二极管都不发光，各电表的读数也没有变化。