实验十五-互感电路观测

1、实验十五 - 互感电路观测作者： 日期：实验十五 互感电路观测执笔人： zht实验成员：班级：自动化二班实验十五 互感电路观测二、原理说明1、判断互感线圈同名端的方法1）直流法断定“ 1”，偏，则 “3”为同名端；指针反1”，“4”为同名端。图 15-12）交流法15-2 所示，将两个线圈 N1 和 N 2 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，另一线圈开如图路，（如 N2 ），用交流电压表分别测出 端电压U 13 、U 12和U 34。i1图若U 13是两个绕组端压之差，则 1，3 是同名端；若U 13是两个绕组端压之和，则 1，

2、4 是同名端。2、两线圈互感系数 M 的测定。如图 15-2，在N 1侧施加低压交流电压 U 1 ，N 2侧开路，测出 I1 及 U 2 。根据互感电势 E2M U2O MI 1；可算得互感系数为、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。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MUI213、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k M / 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

3、 N 2侧加电压 U 2，测出 N1侧开路时的电流 I 2，求 出各自的自感 L1和 L2 ，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470/3W1DGJ-0512发光二极管红色1DGJ-0513铁棒、铝棒1DGJ-0414*滑线变阻器200， 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

4、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， U 1为可调直流稳压电源， 调至 6V，然后改变可变电阻器 R（由大到小地调节），使流过 N1 侧的 电流不超过 0.4A， N 2侧直接接入 2mA量程的毫安表。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。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 N1 、N 2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

5、至自耦调压器的输出， N2 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U13，U12，U 34，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、 4U 13=3.7VU 12 =2VU 34 =5.5V连接 2、 3U 14 =7.3VU 12 =2VU 34 =5.5V当连接 2、4 端时，U 13 =3.7V，U 12 =2V ，U 3

6、4 =5.5V ，U 13 U 34 -U 12 ， 故 1、3 为同名端。当连接 2、3端时，U 14 =7.3V，U 12 =2V，U 34 =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 U2 ，计算出 M。I1实验记录：U1/VI1/AU 2/VM/H2.150.7885.60.02263、耦合系数 k 的测定将低压交流加在 N 2侧，使流过 N 2侧电流小于 1A， N 1侧开路， 按步骤 2测出U2，I 2 ，U 1值。用万用表的 R1档分别测出 N1和N2 线圈的电阻值 R1和R2。计算 k

7、 值。实验记录 :通过U /I |Z| ，|Z| R2 ( L)2 计算出 L1 、 L2的值，再 通过 k M / L1L2 计算出 k 的值。要计算 L1 、L2的值，还可以用功率表测出 N1 侧的功率因数 cos ， 并得到负载阻抗角，然后通过 |Z| * sinXL， XL L 便可以算出 L1、 L2的值。U1/VU2/VI 2 /AR1/R2/L1/HL2/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

8、 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

9、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 N 2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 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 N1 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

10、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 N1 的电流的变化， 从而使 N1 线圈产生变化的磁场， 再通过互感使 N 2侧产生电流，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

11、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 N 1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 N 2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

12、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，此 时若U 13 =|U 12 -U 34 |，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 N 2侧开路， 所以互感电势 E2M U 2 。又因为 U2maxcos( t U) M dI1max cos( t I)， dt即U 2max cos（ t U） M I1maxsin（ 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 N2 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