互感電路的研究

1、實(shí)驗(yàn)9、互感電路 （研究性實(shí)驗(yàn)） 一、學(xué)時(shí)分配 3學(xué)時(shí)。 二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1. 掌握互感線圈同名端的測(cè)量方法。 2. 掌握互感線圈互感系數(shù)和耦合系數(shù)的測(cè)量方法。 三、實(shí)驗(yàn)原理 1、 互感線圈同名端的測(cè)定 兩個(gè)或兩個(gè)以上具有互感的線圈中，感應(yīng)電壓極性相同的端鈕定義為同名端。在電路中，常用“”或“*”等符號(hào)標(biāo)明互感耦合線圈的同名端。同名端可以用實(shí)驗(yàn)方法來測(cè)定，常用的有直流法和交流法。 (1) 直流通斷法 圖9-1所示電路中，線圈L1通過開關(guān)K接到直流電壓源，直流電壓表接到線圈L2的兩端。在開關(guān)K閉合瞬間，線圈L2的兩端會(huì)產(chǎn)生一個(gè)互感電壓，電壓表上就會(huì)有電壓顯示。若電壓表顯示為正值，則與直流電壓源正極

2、相連的端鈕a和與電壓表正極相連的端鈕c為同名端；反之，則a、c為異名端。實(shí)際上，當(dāng)開關(guān)K斷開或閉合瞬間，電位同時(shí)升高或降低的端鈕即為同名端。 圖9-1 直流通斷法 圖9-2 交流電壓法 (2) 交流電壓法 圖9-2所示電路中，將兩線圈的b端和d端短接，在a、b端加交流電源，用交流電壓表分別測(cè)量有效值、。若，則a端和c端為同名端；若，則a端與d端為同名端。 （3）交流電流法 設(shè)兩個(gè)耦合線圈的自感系數(shù)分別為 、 ，它們之間的互感系數(shù)為。若將兩個(gè)線圈的異名端相聯(lián)，稱為順接串聯(lián)，順接串聯(lián)后的等效電感為；若將兩個(gè)線圈的同名端相聯(lián)，則稱反接串聯(lián)，其等效電感是。顯然，在串聯(lián)線圈兩端加上正弦交流電壓時(shí)，其等效

3、電抗的關(guān)系為，這時(shí)測(cè)出各自的電流。如果測(cè)得的電流小，則是順接串聯(lián)，兩線圈相連接的端子是異名端；如果測(cè)得的電流大，則是反接串聯(lián)，兩線圈相連接的端子是同名端。 2 互感系數(shù)的測(cè)定 (1) 利用感應(yīng)電壓測(cè)量互感系數(shù) 圖9-3所示的兩個(gè)互感耦合線圈的電路，耦合線圈的互感系數(shù)為。當(dāng)線圈a、b端接角頻率為的正弦交流電壓源，線圈c、d端開路時(shí)，則c、d兩端的開路電壓有效值為，其中是線圈ab的電流有效值。這樣，可得耦合線圈的互感系數(shù)為 （9-1） 需要指出的是，為了減少測(cè)量誤差，應(yīng)盡量選用內(nèi)阻較大的電壓表和內(nèi)阻較小的電流表。 圖9-3 互感系數(shù)的測(cè)定 (2) 利用兩個(gè)互感耦合線圈串聯(lián)測(cè)量互感系數(shù) 兩線圈順接串

4、聯(lián)后，兩端接角頻率為的正弦電壓源，用電流表測(cè)量電流為，則順接串聯(lián)后的等效電感為；兩線圈反接串聯(lián)后，兩端也接角頻率為的正弦電壓源，用電流表測(cè)量電流為，則反接串聯(lián)后的等效電感為。設(shè)兩線圈的自感系數(shù)分別為、，根據(jù)兩線圈順接串聯(lián)、反接串聯(lián)的等效電感的關(guān)系，有 解上述方程組，得耦合線圈的互感系數(shù)為 （9-2） 3 耦合系數(shù)的測(cè)定 耦合系數(shù)是定量描述兩個(gè)線圈耦合的松緊程度。利用電感元件阻抗特性的測(cè)定方法，可測(cè)出感抗和；再用公式和求出各自的自感系數(shù)和；最后，結(jié)合互感系數(shù)，計(jì)算出耦合系數(shù)。 四、實(shí)驗(yàn)儀器和器材 1. 交流電壓源1臺(tái) 交流024V可調(diào) 2. 直流穩(wěn)壓電源1臺(tái) 3. 數(shù)字萬用表1臺(tái) 4. 互感耦合

5、線圈U型鐵芯1副 5. 電阻1只 1×16. 電容1只 220F×17. 短接橋和連接導(dǎo)線若干 P8-1和501488. 實(shí)驗(yàn)用9孔插件方板1塊 297mm×300mm五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1、 測(cè)定兩互感耦合線圈的同名端 在兩線圈內(nèi)插入一個(gè)公共U型鐵芯以增強(qiáng)耦合的程度，分別用圖9-1、圖9-2所示的直流通斷法(直流電源=5V)和交流電壓法(交流電源幅值7.5V、f=50Hz)，測(cè)定耦合線圈的同名端，并記下兩線圈的同名端標(biāo)號(hào)。注意兩種方法測(cè)定的同名端是否相同。 表9-1 判斷同名端的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 方法 (V)(V)(V)同名端 仿真數(shù)據(jù) 直流法 交流法 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù) 直流法 交流

6、法 2、 測(cè)定耦合線圈的互感系數(shù) 按圖9-4(a)所示接線，電壓源是幅值為、頻率為的正弦電壓，測(cè)量線圈與順接串聯(lián)時(shí)的電流，記入表9-2中；按圖9-4(b)所示接線，測(cè)量與反接串聯(lián)時(shí)的電流，記入表9-2中，并由式9-2出互感。 (a)與順接串聯(lián) (b)與反接串聯(lián) 圖9-4 互感系數(shù)測(cè)定的實(shí)驗(yàn)電路 表9-2 測(cè)定互感系數(shù)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 仿真數(shù)據(jù) 順接串聯(lián) (A)(mH)(mH)反接串聯(lián) (A)(mH)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù) 順接串聯(lián) (A)(mH)反接串聯(lián) (A)(mH)3、測(cè)定互感耦合線圈的耦合系數(shù) (1) 測(cè)兩個(gè)線圈的自感系數(shù) 按圖9-5（a）所示接線，電壓源是幅值為、頻率為的正弦電壓，將交流電流表串入電路測(cè)出

7、電流，將測(cè)量數(shù)據(jù)記入表14.9-3中，并利用公式求出自感系數(shù)；按圖9-5（b）所示接線，測(cè)出電流，將測(cè)量數(shù)據(jù)記入表9-3中，并利用公式求出自感系數(shù)。 (2) 根據(jù)公式計(jì)算出耦合系數(shù)。 圖9-5 測(cè)量自感系數(shù)的實(shí)驗(yàn)電路 表9-3 測(cè)定自感系數(shù)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 仿真數(shù)據(jù) 端開路 (V)(A)(mH)端開路 (V)(A)(mH)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù) 端開路 (V)(A)(mH)端開路 (V)(A)(mH)六、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng) 1、 整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，注意流過兩個(gè)線圈的電流不得超過規(guī)定值；所加電壓不要超過耦合線圈的額定電壓。 2、測(cè)定同名端及其它實(shí)驗(yàn)中，都應(yīng)將小線圈套在大線圈中，并行插入鐵芯。 七、思考題 1、為什么要標(biāo)注同名端 2、互感電壓的參考方向如何確定 3、實(shí)際中使用的線圈和耦合電感之間的關(guān)系是什么？ 4、除了在實(shí)驗(yàn)原理與說明中介紹的測(cè)定同名端的方法外，還有沒有其它方法？ 5、根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟3的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，討