实验十五互感电路观测全解

1、实验十五互感电路观测执笔人：zht实验成员：班级：自动化二班实验十五互感电路观测、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nJ两 端加一个低压交流电压，另一线圈开 路，（如n2），用

2、交流电压表分别测 出端电压u13、U12和u34。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2侧施加低压交流电压 J，N2侧开路，测出11及U2。根据互感电势E2M、U2O=Ml1 ；可算得互感系数为U2113、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 二 M / . L丄2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Il ；然后再在n2侧加电压U2，测出N/则开路时的电流|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

3、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 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200 Q , 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nN2同心式套在一起，并放入 铁芯。“勺侧串入5A量程直流数字电流表，为可调直流稳压电源， 调至6V,然后改

4、变可变电阻器 R （由大到小地调节），使流过 N/则 的电流不超过0.4A，n2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.

5、5A，然后用030V量程的交流电压表测量U13，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。220VN1N25100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，Ui3=3.7V, U 12=2V , U 34 =5.5V , “3 二 U 34-U 12， 故 1、3 为同名端。当连接 2、3 端时，U14=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

6、，I1 , U2，利用m =出，计算出M。I1实验记录:U1/V1"U2/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, 2侧开路， 按步骤2测出u2，|2> U1值。用万用表的RX 1档分别测出N1和N2 线圈的电阻值r和r2。计算k值。实验记录：通过U /|=|Z|，|Z| =R2(L)2计算出Li、L2的值，再通过k=M/. Ll2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©，然后通过|Z|*sin二xL，L便可以 算出Li、L2的值。U1/

7、VU2/VI2/AR/QR2/QL1/HL2/Hk0.53.10.0652.0115.10.00590.1440.7794、观察互感现象将低压交流加在N"侧，N2侧接入LED发光二极管与510Q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)、 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

8、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

9、圈N2套在 大线圈 N1 中，并插入铁芯。*3 、如实验室备有200Q, 2A的滑线变阻器或大功率的负载，则 可接在交流实验时的“丿则，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n/勺电流

10、的变化，从而使N1线圈产生变化的磁场，再通过互感使 N2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 Nl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Nl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

11、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u13=iu 12-u 341，说明1端和3端为同名端。dt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可"M C0S（ t 3 ）, 即U2maxC0S（ .t九）=-MimaxSin（t V|），将其中的U和I换算成交流电 表测得的有效值，便得到UM Ii，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 n2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