互感线圈电路的研究

实验十三互感线圈电路的研究一、实验目的1．学会测定互感线圈同名端、互感系数以及耦合系数的方法2．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。二、原理说明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。1．判断互感线圈同名端的方法（1）直流法如图13-1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）交流法如图13-2所示，将两个绕组1N和2N的任意两端（如2、4端）连在一起，在其中的一个绕组（如1N）两端加一个低电压，用交流电压表分别测出端电压13U、12U和34U，若13U是两个绕组端压之差，则1、3是同名端；若13U是两绕组端压之和，则1、4是同名端。2．两线圈互感系数M的测定在图13-2电路中，互感线圈的1N侧施加低压交流电压1U，测出1I及2U。根据互感电势2201MEUMI，可算得互感系数为21UMI1．耦合系数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12KMLL其中：1L为1N线圈的自感系数，2L为2N线圈的自感系数，它们的测定方法如下：先在1N侧加低压交流电压1U，测出2N侧开路时的电流1I；然后再在2N侧加电压2U，测出1N侧开路时的电流2I；根据自感电势LEULI，可分别求出自感1L和2L。当一只互感系数M，便可算得K值。三、实验设备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4．EEL-23组件（含100/3W电位器、510/8W线绕电阻、发光二极管）或EEL-51组件5．滑线变阻器：220/2A（自备）或EEL-54组件（470/1W可调电位器）四、实验内容1．测定互感线圈的同名端（1）直流法实验电路如图13-3所示，将线圈1N、2N同心式套在一起，并放入铁芯。1U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1N侧的电流不超过0.4A（选用5A量程的数字电流表），2N侧直接接入2mA量程的毫伏表。将铁芯迅速的拔出和插入，观察毫安表正、负读数的变化，来判定1N和2N两个线圈的同名端。（2）交流法实验电路如图13-4所示，将小线L211210uHR图13-3M＋U1－N1VAmAN2234LED1510图13-4N1＋U－2VAVN2234圈2N套在线圈1N中。1N串接电流表（选0-5A的量程）后接至自耦调压器的输出，并在两线圈中插入铁芯。接通电源前，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0-20V量程的交流电压表测量13U、12U、34U，判定同名端。拆去2、4连线，并将2、3相连，重复上述步骤，判定同名端。2．测定两线圈的互感系数M在图13-2电路中，2N开路，互感线圈的1N侧施加2V左右的交流电压1U，测出并记录1U、1I、2U。3．测定两线圈的耦合系数K在图13-2电路中，1N开路，互感线圈的2N侧施加2V左右的交流电压2U，测出并记录2U、2I、1U。4．研究影响互感系数大小的因素在图13-4电路中，线圈1N侧加2V左右的交流电压，2N侧接入LED发光二极管与510串联的支路。（1）将铁芯慢慢地从两线圈中抽出和插入，观察LED亮度及各电表读数的变化，记录变化现象。（2）改变两线圈的相对位置，观察LED亮度及各电表读数的变化，记录变化现象。（3）该用铝棒替代铁棒，重复步骤（1）、（2），观察LED亮度及各电表读数的变化，记录变化现象。五、试验注意事项1．整个实验过程中，注意流过线圈1N的电流不超过1.5A，流过线圈2N的电流不超过1A；2．测定同名端及其他测量数据的实验中，都应将小线圈2N套在大线圈1N中，并行插入铁芯；3．如实验室有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1N侧；4．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2-3V左右，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、预习与思考题1．什么是自感？什么是互感？在实验室中如何测定？2．如何判断两个互感线圈的同名端？若已知线圈的自感和互感，两个互感线圈相串联的总电感与同名端有何关系？3．互感的大小与哪些因素有关？各个因素如何影响互感的大小？七、实验报告要求1．根据表13-1数据，计算回转电导；2．根据实验2的结果，画出电压、电流波形，说明回转器的阻抗逆变作用，并计算等效电感值。3．根据表13-2数据，画出并联谐振曲线，找到谐振频率，并和计算值相比较；4．从各实验结果中总结回转器的性质、特点和应用。