互感电路的研究模板

资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。实验9、互感电路

(研究性实验)一、学时分配

3学时。二、实验目的

1.掌握互感线圈同名端的测量方法。

2.掌握互感线圈互感系数和耦合系数的测量方法。三、实验原理

1、互感线圈同名端的测定

两个或两个以上具有互感的线圈中,感应电压极性相同的端钮定义为同名端。在电路中,常见””或”*”等符号标明互感耦合线圈的同名端。同名端能够用实验方法来测定,常见的有直流法和交流法。

(1)直流通断法

图9-1所示电路中,线圈L1经过开关K接到直流电压源,直流电压表接到线圈L2的两端。在开关K闭合瞬间,线圈L2的两端会产生一个互感电压,电压表上就会有电压显示。若电压表显示为正值,则与直流电压源正极相连的端钮a和与电压表正极相连的端钮c为同名端;反之,则a、c为异名端。实际上,当开关K断开或闭合瞬间,电位同时升高或降低的端钮即为同名端。图9-1直流通断法图9-2交流电压法

(2)交流电压法

图9-2所示电路中,将两线圈的b端和d端短接,在a、b端加交流电源,用交流电压表分别测量有效值、、。若,则a端和c端为同名端;若,则a端与d端为同名端。

(3)交流电流法

设两个耦合线圈的自感系数分别为、,它们之间的互感系数为。若将两个线圈的异名端相联,称为顺接串联,顺接串联后的等效电感为;若将两个线圈的同名端相联,则称反接串联,其等效电感是。显然,在串联线圈两端加上正弦交流电压时,其等效电抗的关系为,这时测出各自的电流。如果测得的电流小,则是顺接串联,两线圈相连接的端子是异名端;如果测得的电流大,则是反接串联,两线圈相连接的端子是同名端。2互感系数的测定

(1)利用感应电压测量互感系数

图9-3所示的两个互感耦合线圈的电路,耦合线圈的互感系数为。当线圈a、b端接角频率为的正弦交流电压源,线圈c、d端开路时,则c、d两端的开路电压有效值为,其中是线圈ab的电流有效值。这样,可得耦合线圈的互感系数为

(9-1)

需要指出的是,为了减少测量误差,应尽量选用内阻较大的电压表和内阻较小的电流表。图9-3互感系数的测定

(2)利用两个互感耦合线圈串联测量互感系数

两线圈顺接串联后,两端接角频率为的正弦电压源,用电流表测量电流为,则顺接串联后的等效电感为;两线圈反接串联后,两端也接角频率为的正弦电压源,用电流表测量电流为,则反接串联后的等效电感为。设两线圈的自感系数分别为、,根据两线圈顺接串联、反接串联的等效电感的关系,有

解上述方程组,得耦合线圈的互感系数为

(9-2)

3耦合系数的测定

耦合系数是定量描述两个线圈耦合的松紧程度。利用电感组件阻抗特性的测定方法,可测出感抗和;再用公式和求出各自的自感系数和;最后,结合互感系数,计算出耦合系数。四、实验仪器和器材

1.交流电压源1台交流0～24V可调

2.直流稳压电源1台

3.数字万用表1台

4.互感耦合线圈U型铁芯1副

5.电阻1只1Ω×1

6.电容1只220μF×1

7.短接桥和连接导线若干P8-1和50148

8.实验用9孔插件方板1块297mm×300mm五、实验内容

1、测定两互感耦合线圈的同名端

在两线圈内插入一个公共U型铁芯以增强耦合的程度,分别用图9-1、图9-2所示的直流通断法(直流电源=5V)和交流电压法(交流电源幅值7.5V、f=50Hz),测定耦合线圈的同名端,并记下两线圈的同名端标号。注意两种方法测定的同名端是否相同。

表9-1判断同名端的实验数据方法(V)(V)(V)同名端仿真数据直流法交流法实测数据直流法交流法2、测定耦合线圈的互感系数

按图9-4(a)所示接线,电压源是幅值为、频率为的正弦电压,测量线圈与顺接串联时的电流,记入表9-2中;按图9-4(b)所示接线,测量与反接串联时的电流,记入表9-2中,并由式9-2出互感。(a)与顺接串联(b)与反接串联

图9-4互感系数测定的实验电路表9-2测定互感系数的实验数据

仿真数据顺接串联(μA)(mH)(mH)反接串联(μA)(mH)实测数据顺接串联(μA)(mH)反接串联(μA)(mH)3、测定互感耦合线圈的耦合系数

(1)测两个线圈的自感系数

按图9-5(a)所示接线,电压源是幅值为、频率为的正弦电压,将交流电流表串入电路测出电流,将测量数据记入表14.9-3中,并利用公式求出自感系数;按图9-5(b)所示接线,测出电流,将测量数据记入表9-3中,并利用公式求出自感系数。

(2)根据公式计算出耦合系数。图9-5测量自感系数的实验电路表9-3测定自感系数的实验数据

仿真数据端开路(V)(μA)(mH)端开路(V)(μA)(mH)实测数据端开路(V)(μA)(mH)端开路(V)(μA)(mH)六、实验注意事项

1、整个实验过程中,注意流过两个线圈的电流不得超过规定值;所加电压不要超过耦合线圈的额定电压。

2、测定同名端及其它实验中,都应将小线圈套在大线圈中,并行插入铁芯。七、思考题

1、为什么要标注同名端

2、互感电压的参考方向如何确定

3、实际中使用的线圈和耦合电感之间的关系是什么?

4、除了在实验原理与说明中介绍的测定同名端的方法外,还有没有其它方法?

5、根据实验步骤3的实验结果,讨论互感