小值电感器的绕制

1、楚楚 雄雄 师师 范范 学学 院院 本本 科科 生生 毕毕 业业 论论 文文 题题 目：目： 小值电感器的绕制小值电感器的绕制 系系 （院）：（院）： 物理与电子科学学院物理与电子科学学院 专专 业：业： 物物 理理 学学 学学 号：号： 20120921229 学生姓名：学生姓名： 杨秉超杨秉超 指导教师：指导教师： 岳开华岳开华 职称：职称： 副教授副教授 论文字数：论文字数： 4653 完成日期：完成日期： 2016 年年 5 月月 教教 务务 处处 印印 制制 楚雄师范学院物电学院毕业论文原创性声明 本人郑重声明：呈交的毕业论文“小值电感器的绕制” ，是本人 在指导教师的指导下进行研究

2、工作所取得的成果。除文中已经引用 的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已发表或撰写过的研究 成果。对本论文的研究所做出帮助的个人和集体，均已在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。 本声明的法律责任由本人承担。 毕业论文作者签名：杨秉超 日期：2016 年 5 月 26 日 目目 录录 摘要.I 关键词.I ABSTRACT.II KEYWORDS.II 1.引言.1 2.电感.1 3.自感.2 3.1 自感现象 .2 3.2 自感系数 .2 3.2.1 锰锌氧化体 .3 3.2.2 高频磁粉软磁环 .6 4.互感.8 4.1 互感现象 8 4.2 互感系 数 8 4.2.1 在同一个磁环中绕

3、上不同的线圈匝 数 9 4.2.2 在相同的两个磁环中绕上不同的线圈匝 数 10 5.结束语.12 参考文献.13 致谢.14 楚雄师范学院本科毕业论文（设计） 4 楚雄师范学院本科毕业论文（设计） I 小值电感器的绕制小值电感器的绕制 摘要摘要 ： 电感线圈是用绝缘电线绕制而成的电感元件，是电子电路中最普遍使用的元件 之一。本论文主要是绕制电感线圈，并测量其自感系数的大小，找出自感系数与线圈匝数 的关系；再次是绕制互感线圈，并通过测量一些物理量进而测出所绕制的互感线圈的互感 系数。所得出的结论、实验数据及方法为以后绕制自感、互感线圈有一定的参考价值。 关键词关键词 ： 自感 互感 线圈匝数

4、楚雄师范学院本科毕业论文（设计） II Small value inductor winding Abstract:Inductance coil, which is made by winding the insulated wire, is one of the most widel y used components in the electronic circuit. This paper mainly discusses how to wind inductance c oil and measures the size of self- inductance coefficient

5、 then finds out the relationship between the self- inductance coefficient and the number of coil. Finally is winding mutual inductance coil and then measure out the coefficient of mutual inductance through some physical quantity. The conclusions, experimental datum and methods provide a certain valu

6、e reference for winding self inductance an d mutual inductance coil. Key words: self-induction Mutual inductance The coil number of turns 楚雄师范学院本科毕业论文（设计） 1 1.1. 引言引言 自感、互感是中学课程中的重点、难点，在大学物理电磁学一样也是重难点，学 习起来有一定的难度，同样教学也具有挑战性。通过自己亲自绕制自感线圈、互感线 圈，了解自感线圈、互感线圈的绕制过程，知道其原理，对中学教学有一定的帮助。 自己绕制的自感线圈、互感线圈还可以为以后人

7、们绕制自感线圈和互感线圈时提供一 定帮助，有一定的参考价值，提供部分实验数据和一些简单的实验方法。在电力工程 中和电子电路中，互感现象有时会影响电路的正常工作，这时要减小电路间 的互感。因此，研究自感和互感对我们的生产生活有一定的意义。 2.2.电感电感 电感是反映磁场储能性质的电路参数1。电感线圈的主要参数就是电感。然而电感却 不仅仅是电感线圈的参数，在实际电路中到处都有分布电感。这些分布电感的作用，在低 频或电线条件下并不明显，但在高频或长线条件下，将成为影响电路性能的重要条件。为 了研究电感原件的电压电流关系，让我们回顾一下电磁感应定律，重点阐述感应电压的数 学表达式及参考方向。 根据电

8、磁感应定律，当穿过一个线圈的磁通随时间而变化时，就会在这个线圈中产生 感应电压，其大小为 u() = (1) 如果线圈构成了电流的通过路，那么感应电压就要在该电路中引起 感应电流。 为了将感应电压的大小和方向用一个公式来统一表达，规定磁通的 参与方向与感应电压的参考方向之间的关系，就像磁通的方向和产生磁 通的电流的方向之间的关系一样，符合右手定则2，如图 1。于是便可以 写出感应电压的表达式 （2） () = 图 图 1 当时，就是说，当沿参考方向的磁通增加时，感应电压在规定的参考方向 0 u 0 上是一个正值，实际方向和参考方向相同；当时，,就是说参考方向的磁通减 0 u 0 少时，感应电压

9、在规定的参考方向上是一个负值，即其实际方向与参考方向相反。 在电路理论中，为了模拟电感线圈和其它实际部件的电感特性，引入了电感原件 （inductor） 。电感原件中有电流通过时将产生磁通。电感原件按磁通链与电流关系的直线 性和非直线性分为线性电感原件（linear inductor）和非线性电感原件（nonlinear inductor） 。 楚雄师范学院本科毕业论文（设计） 2 当电感较小时，常用毫亨（符号为）或微亨（符号为）作单位。 mHH 3.3.自感自感 3.1 自感现象 如果流过一个线圈的电流发生改变时，电流所激发的磁场就随着改变，从而使通过线 圈本身的磁通量也发生变化，使线圈本身

10、产生感生电动势。这种由线圈中电流变化而在线 圈本身引起的电磁感应现象称自感现象，集成自感3。 3.2 自感系数 自感现象是一种电磁感应现象，同样遵从电磁感应定律。不同形状、不同匝数和周围 有不一样介质的线圈，它们所产生的自感现象的程度就不同，说明自感现象也有自己的特 点。我们磁通量的角度看，引入反映线圈性质的自感系数，并讨论自感电动势所遵从的规 律。因为线圈中电流所激发的磁感应强度的大小与电流成正比。所以，流过线圈的磁链 就和线圈中的电流成正比，即 ，写成等式，即 I （3 = ） 在同一个圆形化铁上绕上不同的线圈匝数，线圈的自感系数不同；在不同内、外半径 的圆形氧化铁上绕上相同的线圈匝数，线

11、圈的自感系数也不一样；在不同材料、不同的内 外半径圆形氧化铁上绕上相同的线圈后，自感系数也有所不同。线圈的绕制方法有密绕法、 间绕法、脱胎法、蜂窝法、多成分段绕发等其它的方法。此次线圈的绕制使用的是密绕法。 如图 2 。 图 2 线圈绕法示意图 线圈的电阻用直流电阻电桥测量，测量线圈自感系数的方法有：通过LRC谐振电路来 测量计算L的大小、L用电感电容表测出。此次测量采用的是用电感电容表直接测量所绕 制的线圈的自感系数，先用电感电容表测量实验室里面已经绕制好的电感线圈的值与上面 所标的值进行比较。 楚雄师范学院本科毕业论文（设计） 3 表 1 用电感电容表测量定值电感线圈 定值的电感线圈的值/

12、H电感电容表测量的值/H定制与测量值之间的误差 1.0000.89011% 0.1000.11010% 0.0100.00955% 0.0010.000973% 1x10 6 1.002x10 6 2% 由表 1 中的数据，我们可以得到的信息是：用电感电容表测量电感线圈的自感系数时， 线圈的自感系数越小，电感电容表测量的误差就越小，所以用电感电容表测量自制的电感 线圈的自感系数正确性比较高。 3.2.1 锰锌氧化体 （1）在外径为 2.35cm，内径为 1.35cm，高度为 1.52cm 同一个磁环上绕上不同的线圈匝数。 表 2 线圈匝数与自感系数的关系 线圈匝数N电阻R/自感系数L/mH 1

13、00.2701.18 150.3802.51 200.5024.29 250.6406.37 300.4179.33 350.49012.67 400.55816.29 450.63021.00 500.70525.50 楚雄师范学院本科毕业论文（设计） 4 由表 2 中的数据可得到图 3 图 3 线圈匝数与自感系数的关系 （2）在外径为 1.80cm，内径为 1.15cm 高度为 1.53cm 同一个磁环上绕上不同的线圈匝数。 表 3 线圈匝数与自感系数的关系 线圈匝数N电阻R/自感系数L/mH 100.1400.718 150.1981.53 200.2572.63 250.3124.04

14、 300.3505.73 350.4027.75 400.45910.00 450.51212.80 500.59016.10 楚雄师范学院本科毕业论文（设计） 5 由表 4 中的数据可得到图 5 图 5 线圈匝数与自感系数的关系 （4）在不同内外半径的圆形氧化体上绕上相同的线圈匝数 设内径为 1.35cm，外径为 2.35cm，高度为 1.52cm 为磁环 I；内径为 1.15cm，外径为 1.80cm，高度为 1.53cm 为磁环 II；内径为 0.95cm，外径为 1.55cm，高度为 1.55cm 为磁 环 III。 表 5 线圈匝数与自感系数的关系 磁环 I磁环 II磁环 III 线

15、圈匝数 N 电阻 R/ 自感系数 L/mH 电阻 R/ 自感系 L/mH 电阻 R/ 自感系数 L/mH 100.2701.180.1400.7180.2200.54 150.3802.510.1981.530.3271.15 200.5024.290.2572.630.4331.96 250.6406.370.3124.040.5143.00 300.4179.330.3505.730.6204.34 350.49012.670.4027.750.7215.90 400.55816.290.45910.000.8307.51 450.63021.000.51212.800.9289.60 楚

16、雄师范学院本科毕业论文（设计） 6 500.70525.500.59016.101.02012.80 由表 5 中的数据可得到图 6 图 6 线圈匝数与自感系数的关系 【结论结论 1 1】 （1）由图 3、图 4、图 5 可以得出：在同一个磁环上绕上不同的线圈匝数， 线圈的自感系数就不一样，线圈的匝数越多自感系数L越大，是凹像自感 系数的类直线。 （2）由图 6 可以得出：在不同内外半径的磁环上绕上相同的线圈匝数，磁环 的自感系数不同。 （3）为以后自感线圈的绕制提供一定的参考价值、使用价值。 3.2.2 高频磁粉芯软磁环 在不同内外半径的软磁环上绕上相同的线圈匝数 楚雄师范学院本科毕业论文（

17、设计） 7 设内径是 1.20cm，外径是 2.00cm，高度为 1.49cm 为磁环 i；内径是 1.10cm，外径是 1.80cm，高度为 1.08cm 为磁环 ii；内径是 0.70cm，外径是 1.35cm，高度为 1.14cm 为磁 环 iii。 表 6 线圈匝数与自感系数的关系 磁环 i磁环 ii磁环 iii 线圈匝数 N 电阻 R/ 自感系数 L/mH 电阻 R/ 自感系数 L/mH 电阻 R/ 自感系数 L/mH 100.1300.0190.2000.0170.1100.018 150.1990.0340.3000.0290.1580.031 200.2210.0480.380

18、0.0430.2550.051 250.3310.0740.4630.0610.3040.069 300.4720.1120.5500.0830.4030.099 由表中的数据可得到图 7 图 7 线圈匝数与自感系数的关系 楚雄师范学院本科毕业论文（设计） 8 【结论 2】 （1）由图 6、图 7 可以得出：不同材料的磁环，绕上相同线圈匝数或是不 同的线圈匝数，磁环的自感系数也不同。 （2）其余的和结论 1 一样。 4.4.互感互感 4.1 互感现象 两个相邻的线圈 1 和 2 中分别通有电流 I1及 I2，I1所产生的磁通量有一部分通过线圈 2，如图 8。线圈 1 中的电流发生变化时，将引起

19、线圈 2 中的磁通量的改 变，就会引起线圈 2 中产生感应电动势；一样的道理，线 圈 2 中的电 流发生改变的时候，也会在线圈 1 中产生电动势。这种由其中一个回路 中产生感应电动势的现象称为互感现象4。 图 8 4.2 互感系数 设线圈 1 中的电流在线圈 2 中产生的磁通匝链数为，线圈 2 中的电流 在线圈 112 2 1 中产生的磁通匝链数为，在没有铁磁质时，根据毕萨定律，12与线圈 1 中的电流 21 I1成正比5，即 12 1 同理 21 2 若写成等式，则 12 = 12 1 （4） 12= 21 2 （5） 其中：和 1是比例系数，由每个线圈的匝数、大小、周围介质、几何形状和两个

20、线 1221 圈的相对位置，称为互感系数6。 当自磁通与互磁通方向一致时，称为磁通相助；当自磁通与互磁通方向相反时，称为 磁通相消。磁通相助和磁通相消都是两边相互影响，现在所做的是由左边的信号源影响右 边线圈，如图 9 所示,所用的实验仪器有 YB1602 信号发生器一台、电感 电容表一只、YB2172A 晶体管毫伏表两只、直流电阻电桥电阻箱一个、 导线若干根、锰锌氧化体磁环两个等其它的材料。 图 9 楚雄师范学院本科毕业论文（设计） 9 4.2.1 在同一个磁环中绕上不同的线圈匝数 如图 9 所示，电路 图如下。 （6） = 0cos （7） 2 = 1 信号发生器的频率 ,，设左边的线圈

21、1，右边的线圈为线圈 = 1000 1 = 0.6 2， = 50 ， 总 = + 1 表 7 互感系数和线圈匝数的关系 线圈匝N 510152025 / 1 0.1460.2500.3550.4690.570 / 2 0.1540.2580.3640.4820.590 电阻 / 总 50.14650.25050.35550.46950.570 / 1 mH 0.3771.272.674.626.89 自感系数 / 2 mH0.3771.272.684.636.90 电压 /V 2 0.0280.0950.1950.2850.395 电流 /A 1 0.011960.011940.011910

22、.011880.01186 互感系数 / mH2.347.95 16.3723.9933.30 楚雄师范学院本科毕业论文（设计） 10 由表 7 得到图 10 图 10 互感系数和线圈匝数的关系 【结论 3】 在同一个磁环中绕上不同的线圈匝数，随着线圈匝数的增加，线圈之间的互 感系数越来越大。 4.2.2 在相同的两个磁环中绕上不同的线圈匝数 两线圈的位置不同，位置如图 11 所示，设绕有红色线导线线圈为磁环甲，下面的为乙 磁环，信号发生器的频率 ,， 。 = 1000 1 = 0.6 = 50 ， 总= + 乙 图 图 11 楚雄师范学院本科毕业论文（设计） 11 表 9 线圈匝数 N 15

23、2025 甲 / 0.2270.2860.348 乙 / 0.2220.2910.359 电阻 总 / 50.22250.29150.359 / 甲 mH 2.975.007.02 自感系数 / 乙 mH 2.564.466.76 表 10 互感系数和两线圈相距d的关系 两线圈相距 d/ cm 线圈匝数N 电压 /A 电流1 互感系M/ mH 151.150.011950.604 201.620.011930.8530 252.200.011911.160 150.640.011950.336 200.960.011930.5055 251.050.011910.553 150.230.011950.121 200.450.011930.23710 250.620.011910.327 150.0950.011950.050 200.130.011930.06815 250.350.011910.184 楚