1、实验十五 互感电路观测执笔人：zht实验成员：班级：自动化二班0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。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）交流法如图 15-2 所示，将两个线圈和 的任意两端（如 2，4 端）N12联在一起，在其中的一个线圈（如）两端加一个低压交流电压，另1一线圈开路，（如 ），用交流电2压表分别测出端电
2、压 、 和 。若 是两个绕组端压之差，U1323413则 1，3 是同名端；若 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 侧施加低压交流电压 ， 侧开路，测出N1 1N2图 15-1图 15-2i11及 。根据互感电势 ；可算得互感系数为I1U2 12MIUEO12IM3、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21/L如图 15-2，先在 侧加低压交流电压 ，测出 侧开路时的NU1N2电流 ；然后再在 侧加电压 ，测出 侧开路时的电流 ，I122 I2求出各自的自感 和 ，即可算得 k 值。1三、实验设备序号
3、名 称 型号规格 数量 备 注1 可调查直流稳压电源 030V 12 单相交流电源 0220V 13 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 交流电压表 18 交流电流表 19 万用电表或交流毫伏表 110 空心互感线圈 N1 为大线圈、N2 为小线圈1 对 DGJ-0411 可变电阻器 470/3W 1 DGJ-0512 发光二极管 红色 1 DGJ-0513 铁棒、铝棒 1 DGJ-0414 *滑线变阻器 200，2A 1四、实验内容及步骤21、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 、 同心式
4、套在一起，并放入N12铁芯。 侧串入 5A 量程直流数字电流表， 为可调直流稳压电源，N1 U1调至 6V，然后改变可变电阻器 R（由大到小地调节），使流过 侧N1的电流不超过 0.4A， 侧直接接入 2mA 量程的毫安表。将铁芯迅2速地拔出和插入，观察毫安表正、负读数的变化，来判定 和1两个线圈的同名端。N2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，将 、 同心式套在一起。N1 串接电流表N12（选 02.5A 的量程交流电流表）后接至自耦调压器的输出， 侧N2开路，并在两线圈中插入铁芯。接通电路源前，应首先
5、检查自耦调压器是否调至零位，确认后图 15-3图 15-33方可接通交流电源，令自耦调压器输出一个很低的电压（约 2 左右）V，使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 ， ， ，判定同名端。U13234拆去 2、4 联线，并将 2、3 相接，重复上述步骤，判定同名端。实验记录：连接 2、4 =3.7VU13 =2V12=5.5VU34连接 2、3 =7.3V4 =2V =5.5V当连接 2、4 端时， =3.7V， =2V， =5.5V，131234，故 1、3 为同名端。当连接 2、3 端时， =7.3V，131- 14=2V， =5.5V， ，故 1、3
6、为同名端。U24 U12342、互感系数 M 的测定拆除 2、3 连线，测出 ， ， ，利用 ，计算出1I212IUMM。实验记录：图 15-44/VU1/AI1 /VU2M/H2.15 0.788 5.6 0.02263、耦合系数 k 的测定将低压交流加在 侧，使流过 侧电流小于 1A， 侧开路，N22N1按步骤 2 测出 ， ， 值。用万用表的 R1 档分别测出 和U2I1线圈的电阻值 和 。计算 k 值。R12实验记录:通过 ， 计算出 、 的值，再|/ZI2)(L12通过 计算出 k 的值。21/kLM要计算 、 的值，还可以用功率表测出 侧的功率因数N1，并得到负载阻抗角 ，然后通过
7、 ，cos XZLsin|*便可以算出 、 的值。XL12/VU1/V2/AI2/R1/2/H1/H2k0.5 3.1 0.065 2.01 15.1 0.0059 0.144 0.7794、观察互感现象将低压交流加在 侧， 侧接入 LED 发光二极管与 510 的N12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。5（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， 侧的交流电压表读数下降、N1交流
8、电流表读数上升， 侧的交流电流表读数下降，LED 发光二2极管变暗。当铁芯插入线圈时，读数变化相反，LED 亮度增加。（2）把小线圈从和大线圈套在一起的状态逐渐分离时， 侧N1的交流电压表读数下降、交流电流表读数上升， 侧的交流电流表2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 的电流不超过 1.5A，流过线圈 的电流不得超过 1A。N1 N22、测定同名端及其
9、他测量数据的实验中，都应将小线圈 套2在大线圈 中，并插入铁芯。1*3、如实验室备有 200，2A 的滑线变阻器或大功率的负载，则可接在交流实验时的 侧，作为限流电阻用。14、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 档（交流电V6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
10、通过 的电流的变化，从而使 线圈产生变化的磁场，再通过互N1 N1感使 侧产生电流，通过毫安表指针的偏转方向来判断同名端；而2本实验用的直流法是通过插、拔铁芯来引起 线圈磁场的变化，再1通过互感使 侧产生电流，通过观察毫安表正、负读数的变化来判2断同名端。两者都是通过引起 线圈磁场的变化来引发互感，从而1使 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，N2区别只是引起 线圈磁场变化的方法不同，所以我认为两种方法本1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 线圈磁场的变化来引发互N1感，从而使 侧产生电流，再通过判断感应
11、电流的方向来判断两线N2圈的同名端。交流法：用导线连接两线圈的某两端，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，来判断两7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，此时若 =| - |，说明 1 端和 3 端为同名端。U13234互感系数：测定互感系数 M 的电路图如图 15-2，因为 侧开N2路，所以互感电势 。又因为2E，即dt)cos(I)(cos1maxmax2 IUt ，将其中的 U 和 I 换算成交流电表in1axI测得的有效值，便得到 ，代入实验数据，便可计算得到
12、M12M的值，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 侧电压、电流减小，LED 发光二极管N2变暗。反之，当铁芯插入线圈时，两线圈的互感系数 M 增大，造成侧电压、电流增大，LED 发光二极管亮度增加。（2）当小线圈N2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 侧电压、电流N2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 侧几乎没有电流，此时 LED 发光二极管便不发2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。
