测量互感系数报告.doc

两种方法测量互感系数实验报告
1. 伏安法

实验原理:
设互感线圈分别为L1、L2,则测出L1得空载电流I1及L2支路得开路电压U2,由公式U2=ωMI1即可求出互感系数M(其中ω为交流电频率)。
仪器设备:
信号发生器
功率放大器
4Ω采样电阻
示波器
电路连接示意图:

连接实物图:
L2
L1
功率放大器
示波器
信号发生器

实验具体步骤:
给出一组具体实验,测量距离11、5cm,交流频率100KHz,输出电压10V。
Step1:调整信号发生器,使输出正弦波。调整CH1频率100KHz,幅度1V。

Step2:连接功率放大器,使得输出信号放大10倍,则输出电压为10V。

Step3: 4Ω采样电阻R与电感L1串联,将功率放大器得输出接在R与L1串联电路得两端,并用示波器CH1连接电阻两端,测其电压VR;CH2连接电感两端,测其电压VL。注意:VR与VL应共地(即R与L1相接处接地,CH1接电阻另一端,CH2接电感另一端)。

Step4:读出示波器数值:黄色CH1:Vpp(VR)=616mV,Freq=100KHz,蓝色CH2(VL):Vpp=10、4V。
Step5:放置L2线圈,中间用非金属物隔离,与L1线圈正对距离11、5cm,测量L2得开路电压。

Step6:读出示波器读数:CH1:Vpp=600mV,Freq=100KHz,CH2(V2):Vpp=2、70V。实验结果见实验数据。

Matlab编程计算:
VL=10、4;%---电感电压V
VR=0、616;%---电阻电压V
f=100e3;%----频率Hz
V2=2、70;%----负载电压V
R=4;
IL=VR/R;
L=VL/(2*pi*f*IL);
M=V2/(2*pi*f*IL);
K=M/L;
disp(L*10^6);
disp(M*10^6);
disp(K);
实验数据分析:
具体实验数据:
距离/cm
频率/kHz
VR/V
V2/V
L/uh
M/uH
K
11、5
100
0、616
2、70
107、48
27、90
0、26
14
100
0、616
2、48
107、48
25、63
0、24
16
100
0、616
1、92
107、48
19、84
0、18
18
100
0、616
1、62
107、48
16、74
0、16
ANSYS仿真:
通过ANSYS对电感L1、L2进行磁场仿真,下图为仿真模型:

仿真数据

仿真结果与实验结果M、K得对比:(+线为仿真数据、*线为实验数据)
实验结论:
仿真数据与实验数据基本一致,M误差在3uH左右,并随距离得增大误差越来越小。K误差在0、02左右,并随距离得增大误差也越来越小。距离在15cm左右M在20uH左右时K约为0、2。小于15cm时K大于0、2。大于15cm时K小于0、2。
2、串联法
(b)
(a)
U
U

实验原理:
两个具有互感得线圈串联,若就是异名端相连,叫做顺向串联,如上图(a),若就是同名端相连接,叫做反向串联,如上图(b)。在交流电路中,顺向串联时电感值L’=L1+L2+2M。反向串联时电感值L”=L1+L2-2M。可得M=1/4(L’-L”)。
电路连接示意图:

(a)顺向串联
(b)反向串联

实验过程:
将电感L1、L2分别正向串联与反向串联接在电感测试机器上,读出电感值大小。
Step1:设置测量频率100Khz,顺向串联电感。测得Ls=275、81uh

Step2: 反向串联电感。测得Ls=164、39uh

结论:实验数据与方法一测得数据基本一致。得以验证。