項目一耦合線圈的分析與測量

學習情境四耦合線圈與磁路分析項目一耦合線圈的分析與測量

職業(yè)技能目標：

項目教學目標*能用直流法和交流法測定耦合線圈的同名端；*會設計出測定耦合線圈互感的實驗線路圖，并用實驗方法測定其互感；*會正確使用兆歐表測量電氣設備的絕緣電阻。職業(yè)知識目標：

項目教學目標*理解互感現(xiàn)象及其在實際中的應用；*理解并掌握互感線圈的順串與反串及其特點；*理解互感線圈的同名端并聯(lián)和異名端并聯(lián)及其去耦等效電路；*掌握耦合線圈同名端的測定方法；*掌握耦合線圈互感的測量方法；*掌握兆歐表、接地電阻測量儀的正確使用。

職業(yè)素質(zhì)目標：

*具有認真仔細的學習態(tài)度、工作態(tài)度和嚴格的組織紀律。*具有規(guī)范意識、安全生產(chǎn)意識和敬業(yè)愛崗精神。*具有獨立學習能力、拓展知識能力以及承受壓力能力。*具有良好溝通能力、良好團隊合作能力和創(chuàng)新精神。項目教學目標任務一耦合線圈同名端的測定一、任務導入提出問題:2、在功率表和功率因數(shù)表中常標有符號*U、*I，其意義是什么？1、變壓器的工作原理是什么？二、任務實施

一、直流法

按圖4-1-1接線，當開關S合上瞬間，如電壓表指針正偏，則變壓器一次側(cè)與電源正極相連的（A）端和變壓器二次側(cè)與電壓表“+”接線柱相連的（a）端是同名端；把電壓表兩接線柱反接，觀測其偏轉(zhuǎn)，確定此時兩線圈的同名端。圖4-1-1二、任務實施

二、交流法

1.交流電流法（1）按圖4-1-2（a）接線（X接x），調(diào)壓器輸出電壓取為220V，記錄電流表讀數(shù)于表4-1-1中；（2）按圖4-1-2（b）接線（X接a），調(diào)壓器輸出電壓同樣取為220V，記錄電流表讀數(shù)于表4-1-1中，確定線圈A—X與a—x的同名端。（注意換接時先斷電源）。圖4-1-2二、任務實施表4-1-1交流電流法測定耦合線圈同名端項目連接電流表讀數(shù)確定同名端X接xX接a二、任務實施

二、交流法

2.交流電壓法圖4-1-3

按圖4-1-3接線，將X、x短接。合上電源開關S，用萬用表交流電壓檔分別測量變壓器電壓UAa、UAx、Uax，將測量結(jié)果記錄于表4-1-2的實測值一欄中。如果三個電壓滿足UAa=UAx-Uax，則所標A、a為同名端，變壓器為減極性的。如果三個電壓滿足UAa=UAx＋Uax，則所標A、a為異名端，變壓器為加極性的。二、任務實施表4-1-2交流電壓法測定耦合線圈同名端項目

電壓值（V）

UAxUaxUAa計算值減極性加極性實測值儀器設備1、直流穩(wěn)壓源實驗臺2、單相調(diào)壓器實驗臺3、直流電壓表0-1VDS-C324、交流電流表0-100mA

DS-C315、交流電流表1-2ADS-C056、開關

注意事項1、理解圖3-2-1接線中，當開關S合上瞬間和打開瞬間檢流計的偏轉(zhuǎn)情況是不一樣的。2、學會單相調(diào)壓器的接線，分清輸入端與輸出端。三、知識鏈接一、互感與互感電壓1.互感2.互感電壓二、同名端及其測定（一）同名端（二）同名端的測定1.直流法2.交流法1、自感：一個孤立線圈由于自身電流變化引起線圈中磁鏈變化從而產(chǎn)生感應電壓的現(xiàn)象。其電路模型——電感元件。iuL2、互感：當兩個或多個線圈彼此接近時，無論哪一個線圈電流變化，除存在自感現(xiàn)象外，還會在其他線圈產(chǎn)生感應電壓的現(xiàn)象。它們稱為耦合線圈，其電路模型——耦合電感元件。3、為便于討論，規(guī)定每個線圈的電流、電壓參考方向為關聯(lián)參考方向，與其產(chǎn)生的磁鏈參考方向符合右手螺旋法則，也為關聯(lián)參考方向。一、互感與互感電壓1.互感（一）（a）兩線圈繞向相同時互感電動勢的實際方向（b）兩線圈繞向相反時互感電動勢的實際方向圖4-1-4互感電動勢線圈Ⅰ：

i1→自感磁鏈Ψ11＝L1i1，互感磁鏈Ψ21∝i1定義線圈Ⅰ對線圈Ⅱ的互感

Ψ21與i1為關聯(lián)參考方向（a）自感磁鏈與互感磁鏈方向相同（b）自感磁鏈與互感磁鏈方向相反圖4-1-5耦合線圈(4-1-1)1.互感（二）線圈Ⅱ：

i2→自感磁鏈Ψ22＝L2i2，互感磁鏈Ψ12∝i2定義線圈Ⅱ?qū)€圈Ⅰ的互感

Ψ22與i2為關聯(lián)參考方向（a）自感磁鏈與互感磁鏈方向相同（b）自感磁鏈與互感磁鏈方向相反圖4-1-5耦合線圈(4-1-2)1.互感（三）互感的性質(zhì)互感的SI單位與自感的SI單位相同，也是H。①線性電感

②互感M只與兩個線圈的幾何尺寸、匝數(shù)、相互位置和周圍的磁介質(zhì)有關，如其他條件不變時，有MN1N2（LN2）耦合系數(shù)k：表征耦合線圈耦合的緊密程度。(4-1-3)(4-1-4)1.互感（四）k的大小

與兩個線圈的結(jié)構(gòu)、相互位置以及磁介質(zhì)有關。(4-1-5)1.互感（五）自感電壓＋互感電壓i1**L1L2+_u1+_u2i2M

感應電壓＝2.互感電壓（一）（1）自感電壓相量關系式(a)參考方向?qū)ν艘恢?b)參考方向?qū)ν朔且恢聢D4-1-6

耦合電感i1**L1L2+_u12+_u21i2M**L1L2+_u12+_u21i2Mi1(a)關聯(lián)參考方向：互感電壓與另一線圈中引起它的電流的參考方向?qū)ν艘恢?b)非關聯(lián)參考方向：互感電壓與另一線圈中引起它的電流的參考方向?qū)ν朔且恢拢?）互感電壓的兩種情況2.互感電壓（二）二、同名端及其測定同名端：若一對磁耦合線圈同時通入電流，每個線圈中自感磁鏈和互感磁鏈方向一致（或者說自感磁鏈和互感磁鏈相助），則流入電流的兩個端鈕稱為同名端。（一）同名端（一）圖4-1-5耦合線圈（a）

（b）

同名端說明耦合線圈的相對繞向！i11'22'**例11'22'3'3**注意：線圈的同名端必須兩兩確定。（一）同名端（二）結(jié)論：當開關閉合瞬間，如果電壓表正偏，則端鈕1、2為同名端。分析：楞次定律圖4-1-7

直流法測定同名端的電路圖1.直流法（二）同名端的測定（一）2.交流法圖4-1-8交流法測定同名端的電路圖（a）（b）方法：把耦合線圈的任意兩端（X-x）連結(jié)起來，在AX端加一交流電壓u，用交流電壓表測量如果X與x是異名端。如果X與x是同名端。對圖4-1-8（a），有（a）（b）圖4-1-8交流法測定同名端的電路圖對圖4-1-8（b），有相量圖：圖4-1-9（a）圖4-1-9（b）加極性,A、x是同名端減極性,A、x是異名端分析：圖4-1-9交流法測定同名端的相量關系圖任務二耦合線圈互感的測量一、任務導入提出問題:2、如何測量耦合電感的互感M？1、測量耦合電感同名端的實驗方法還有哪些？二、任務實施

按圖4-1-15(a)接線（此時線圈A—X與a—x應為順串），調(diào)壓器輸出電壓取為220V，記錄電壓表、電流表讀數(shù)于表4-1-3中；按圖4-1-15(b)接線（此時線圈A—X與a—x應為反串），記錄電壓表、電流表、瓦特表讀數(shù)于同一表中。應用表中公式計算M、L1、L2值。圖4-1-15測定耦合線圈互感的電路圖表4-1-3測量耦合線圈互感數(shù)據(jù)表項目連接儀表讀數(shù)計算值順串U'(V)I順(A)反串P(W)U"(V)I反(A)三、知識鏈接一、耦合電感的串聯(lián)二、耦合電感的并聯(lián)三、空芯變壓器互感的測定1.耦合電感的順向串聯(lián)

順向串聯(lián)：兩線圈的異名端相連。

將其寫為(a)順向串聯(lián)圖4-1-16

耦合電感的串聯(lián)一、耦合電感的串聯(lián)(4-1-12)2.耦合電感的反向串聯(lián)

反向串聯(lián)：兩線圈的同名端相連。

將其寫為(b)反向串聯(lián)圖4-1-16

耦合電感的串聯(lián)3.耦合電感串聯(lián)時的去耦等效電路（a）順串

（b）反串

圖4-1-17耦合電感串聯(lián)時的去耦等效電路4.用實驗方法判斷耦合電感的同名端：順向串聯(lián)時磁場增強，等效電感增大，反向串聯(lián)時磁場減弱，等效電感減小。

若圖4-1-15中，(a)圖電流表的讀數(shù)遠大于

(b)圖電流表的讀數(shù)，則A、a為同名端；反之，A、x為同名端。圖4-1-15*順串一次，反串一次，就可以測出互感：5.耦合電感互感的測量方法注意：【例4-2-1】

解：圖4-1-18中兩個耦合線圈反向串聯(lián)，已知兩線圈的參數(shù)為電源電壓試求通過兩線圈的電流及兩線圈的電壓。圖4-1-18例4-1-1圖電流為兩線圈的電壓分別為1.同名端相連則二、耦合電感的并聯(lián)1.同名端相連得耦合電感并聯(lián)的等效電路——去耦等效電路(a)同名端相連

對應的去耦等效電路1.同名端相連（續(xù)）同名端相連的去耦等效電路左圖的等效阻抗等效電感為磁場增強，L↑2.異名端相連同理得異名端相連耦合電感并聯(lián)的等效電路——去耦等效電路(b)異名