互感电路的研究

2012-2013学年第二学期山东科技大学电工电子实验教学中心创新性实验研究报告实验项目名称互感电路的研究组长姓名学号联系电话E-mail成员姓名学号成员姓名学号专业班级指导教师及职称2013年6月28日一、实验摘要1.利用三电压表法测出所用电感参数L；2.分别用直流法和交流法测定互感线圈的同名端2；3.拆除2,3连线，测U1，I1，U2，计算出M；4.将低压交流加到N2上，使流过N2侧电流小于500mA，N1测开路，测出U2，I2，U1；5.观察实验现象并及时记录实验数据；6.根据测量出的M与L值，计算出K值；7.线圈中接入不同的导磁材料，观测互感现象；二、实验目的1.学会用交流电流表、交流电压表和功率表法（三表法）测量线圈电感的内阻r；2.学会测定互感线圈同名端、互感系数以及耦合系数的方法；3.理解两个线圈相对位置的改变，以及线圈用不同导磁材料时对互感系数的影响；三、实验场地及仪器、设备和材料：实验场地：实验仪器、设备：1．直流数字电压表、毫安表；2．交流数字电压表、电流表；3．互感线圈、铁、铝棒；四、实验内容1、实验原理1．三表法：利用交流电流表、交流电压表、相位表（或功率表）测量元件参数称为三表法、这种方法最直接，计算简便。实验电路如图1所示。元件阻抗为：对于电感由已知的电源角频率ω，可进一步确定元件参数L。2．判断互感线圈同名端的方法：一个线圈因另一个线圈中的电流变化而产生感应电动势的现象称为互感现象，这两个线圈称为互感线圈，用互感系数（简称互感）M来衡量互感线圈的这种性能。互感的大小除了与两线圈的几何尺寸、形状、匝数及导磁材料的导磁性能有关外，还与两线圈的相对位置有关。（图2）如图2所示，将两个绕组Ｎ１和Ｎ２的任意两端（如２、４端）联在一起，在其中的一个绕组（如Ｎ1）两端加一个低电压，用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是两绕组端压之和，则１、４是同名端。3．两线圈互感系数Ｍ的测定：在图2电路中，互感线圈的Ｎ1侧施加低压交流电压Ｕ1，测出Ｉ1及Ｕ2。根据互感电势Ｅ2M≈Ｕ20＝ωＭＩ1，可算得互感系数为：4．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来表示其中：Ｌ1为Ｎ1线圈的自感系数，Ｌ2为Ｎ2线圈的自感系数，它们的测定方法如下：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Ｎ2侧加电压Ｕ2，测出Ｎ1侧开路时的电流Ｉ2，根据自感电势ＥＬ≈Ｕ＝ωＬＩ，可分别求出自感Ｌ1和Ｌ2。当已知互感系数Ｍ，便可算得K值。2、实验内容与步骤1.测定线圈参数：（图3）按图3接线，图中被测元件为电感线圈（将互感线圈的2、3端连接，即顺串成一个线圈），调节调压器，记录各表读数。2.测定互感线圈的同名端：（图4）实验电路如图4所示，将两个绕组Ｎ１和Ｎ２的２、４端联在一起，在其中的一个绕组Ｎ1两端加一个低电压，用交流电压表分别测出端电压Ｕ13、Ｕ12和Ｕ34，判定同名端3.测定两线圈互感系数：实验电路如图30－4所示，拆去2、4连线，互感线圈的Ｎ1侧施加低压交流电压Ｕ，测出Ｉ1及Ｕ2，计算出M值。4.测定耦合系数k：根据1、3测出的L与M值，代入公式，计算出k值。5.观察互感现象：在图4电路中，线圈Ｎ１侧加交流电压，Ｎ2侧接入白炽灯泡（1）将铁芯慢慢地从两线圈中抽出和插入，观察白炽灯泡亮度的变化，记录变化现象。（2）改用铝棒替代铁棒，重复步骤（１），观察白炽灯泡亮度的变化，记录变化现象。五、实验结果与分析实验现象、数据记录与分析：1.测定线圈参数：L1与L2的有关测量数据（L1、L2取自相同的线圈）2.两线圈互感系数及耦合系数：M=U2/ωk=M/√(L1L2)3.互感现象：（1）开始时，白炽灯泡不亮，随着铁芯的逐渐插入，灯泡逐渐变亮，且铁芯在两线圈正中时，白炽灯泡最亮，随着铁芯的抽出，灯泡逐渐变暗，完全抽出时，灯泡再次熄灭；（2）将铁芯换成铝棒后，重复上述实验时，灯泡的明亮不发生改变；六、实验结论1.如果有两只线圈互相靠近，第一只线圈中电流所产生的磁通有一部分与第二只线圈环链。当第一只线圈的电流发生变化时，则其与第二只线圈环链的磁通也相应地发生化，那么在第二只线圈中就会产生感应电动势，这种现象就是互感现象。2.设K1、K2为各线圈产生的互感磁通与自感磁通的比值，即K1、K2表示每一个线圈所产生的磁通有多少与相邻线圈相交链。由于，所以同理得K1与K2的几何平均值叫做线圈的交链系数或耦合系数，用K表示，即耦合系数用来说明两线圈间的耦合程度，因为，所以K的值在0与1之间。3.当线圈中加入不同的电磁介质，就会产生不同的实验现象：放入铁棒是变化明显，而且当铁棒在两个平行的项圈中间时灯泡最亮，即此时电感现象最明显；而当放入铝棒时实验现象变化不明显。所以不同的电介质会对电感产生不同影响。七、指导老师评语及得分：签名：年月日附件：源程序等。