互感电路的研究模板.docx

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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, 讨论互感对入端阻抗的影响。
6、 分析影响互感M的因素有哪些?
八、 实验报告要求
1、 写出实验步骤, 将测量结果和计算值填入表9-1、 表9-2、 表9-3中。
2、 根据实验中观测到的现象, 讨论互感与哪些因素有关。
3、 回答预习与思考题。