实验十 互感电路参数的测量

实验十互感电路参数的测量

一、实验目的

1. 掌握互感电路同名端、互感系数以及耦合系数的测定方法。

2. 观察用不同材料作线圈芯以及两个线圈相对位置改变时，对互感的影响。

二、原理说明

1. 判断互感线圈同名端

判断两个耦合线圈的同名端在理论分析和实际工程中都具有重要的意义。如电话机或变压器各绕组的首、末端等，都是根据同名端进行联接的。

⑴直流判别法

如图10-1所示，当开关K闭合或断开瞬间，在L2中产生互感电势电压表指针会偏转。若K闭合瞬间指针正偏，说明b端为高电位端，则L1的a端与L2的b端为同名端；若指针反偏，则a、b为异名端。

⑵等效阻抗判别法

将两个耦合线圈L1和L2分别做两种不同的串联(a′与b和a′与b′相联)，用交流电桥重新测量不同串联方式的等效电感，阻抗较大的一种是顺向串联，相连的两个端点为异名端；反之，是反向串联，相连的两端点为同名端。

⑶交流判别法

如图10-2所示，将两个绕组L1和L2的任意两端（如a′、b′端）联在一起，在其中的一个绕组（如L1）两端加一个低电压，另一绕组（如L2）开路，用交流电压表分别测出三个端电压U1、U2和U，若U=U1+U2，表明L1和L2为顺向串联，则a与b为异名端；若U=｜U1－U2｜，表明L1和L2为反向串联，a与b为同名端。

2. 两线圈互感系数M的测定

(1)互感电势法

在图10-2所示的L1侧施加低压交流电压U1，线圈L2开路，测出I1及U2。根据互感电势E2M≈U20＝ωMI1，可求得互感系数为

M＝U2 / ωI1

(2)等效电感法

将两个线圈分别做顺向和反向串联，并通以正弦电流，如图10-3所示，则

()()[]()()[]

⎩⎨⎧-+++'='++++=2M L L j ωr r I U 2M L L j ωr r I U 21212121

令等效电感L=L 1+L 2+2M,L ’=L 1+L 2-2M 则互感系数M=(L-L ’)/4ω

其中r 1和r 2可用欧姆表测得，再求出等效阻抗Z=

I U 和z ’='

'I U 从而求得等效电感L 和L ′，即可求出互感系数M 。

3. 耦合系数k 的测定

两个互感线圈相耦合的程度可用耦合系数k 来表示 K=M/21L L

如图10-2，先在L 1侧加低压交流电压U 1，测出L 2侧开路时的电流I 1；然后再在L 2侧加电压U 2，测出L 1侧开路时的电流I 2，如图10-4所示，同样先求出等效阻抗Z 1和Z 2，再求出各自的自感L 1和L 2，即可算得k 值。

三、实验设备 序号 名 称 型号与规格 数量 备注 1

直流稳压电源

0-30V

1

RTDG01

2 单相可调交流电源 0-220V 1 RTDG01

3 直流数字电压表 1 RTT01

4 直流数字毫安表 1 RTT01

5 直流数字安培表 1 RTT01

6 交流电压表 1 RTT03-1

7 交流电流表 1 RTT03-1

8 空心互感线圈 L1为大线圈 L2为小线圈 1对 RTDG07

9 可变电阻器 100Ω/3W 1 RTDG08 10 电阻器 510Ω/2W 1 RTDG08 11 发光二极管 红或绿 1 RTDG08 12 铁棒、铝棒 各1 RTDG07 13

滑线变阻器

200Ω/2A

1

另备

四、实验内容与步骤

1.测定互感线圈的同名端 (1) 直流法

按图10-1接线，将L 2套入L 1中，并插入铁芯，调直流稳压电源E=1.2V ，为使流过L 1侧的电流不超过0.4A ，在L 1侧串入直接数字电流表，L 2侧电压表。将铁芯迅速拔出和插入，观察电压表正负读数的变化，判定L 1和L 2的同名端。

(2) 交流法

按图10-2接线，将L 2套入L 1中，插入铁芯，将两线圈一端相连(如a ′b ′)。由于线圈内阻很小，接通电源前应首先查看自耦调压器的输出是否在零位，限流变阻器及应调到阻值最大的位置，电压表接至L 1两侧。确认后方可接通电源，使调压器输出一个很低的电压(U 1=2V)，流过电流表的电流应小于1.5A ，然后测量U 2和U ，判定同名端，记入表10-1中。

直流法

结论 交流法 结论 U2变化

插入铁芯

拔出铁芯

a 与

b U(v) U1(v) U2(v) a 与b

①互感电势法

拆去a ′b ′之间的连线，测量U 1、I 1和U 2，计算出互感系数M=

2

1

12I U I U ωω或

②等效电感法

断开电源，拆去连线，先用数字万用表欧姆档测出两线圈内阻r 1和r 2；再按图10-3接线，测出两个线圈顺向和反向串联时的电压电流。所加电压很低，应使电流小于1A ，计算电感L 和互感M ，数据和计算结果一并记入表10-2中。

表10-2 测互感系数

互感电势法

等效电感法 U 1 I 1 U 2 M 串联方式 U I R Z L M 顺向

反向

将L 1侧开路，在L 2加交流低电压，使流过L 2侧电流I 2=0.5A ，测出此时的U 2、I 2和U 1之值。利用上述步骤测出的U 1、I 1值和测出的r 1、r 2之值，分别计算Z 1、Z 2和L 1、L 2及耦合系数K ，数据记入表10-3中。

表10-3 测耦合系数

4. 观察互感现象

在图10-4的L2侧接入LED发光二极管与510Ω串联的支路。

(1) 将铁芯慢慢地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) 改用铝棒替代铁棒，重复(1)、(2)的步骤，观察LED的亮度变化，记录现象。

五、实验注意事项

1．整个实验过程中，注意流过线圈L1的电流不得超过1.5A，流过线圈L2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L2套在大线圈L1中，并插入铁芯。

3．如实验室备有200Ω/2A的滑线变阻器或大功率的负载，则可接在交流实验时的L1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2～3V 左右。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

1．复习互感电路的有关理论，认真预习实验内容。

2．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、负读数变化来确定的，这与实验原理中所叙述的方法是否一致？

3．用相量图说明“交流判别法”判断同外端的原理。

七、实验报告

1. 总结对互感线圈同名端、互感系数和耦合系数的实验测试方法。

2. 完成测试数据表格及计算任务。

3. 解释实验中观察到的互感现象。