互感线圈电路的研究

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30－1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30－2所示，将两个绕组Ｎ_１和Ｎ_２的任意两端（如２、４端）联在一起，在其中的一个绕组（如Ｎ₁）两端加一个低电压，用交流电压表分别测出端电压Ｕ₁₃、Ｕ₁₂和Ｕ₃₄，若Ｕ₁₃是两个绕组端压之差，则１、３是同名端；若Ｕ₁₃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30－2电路中，互感线圈的Ｎ₁侧施加低压交流电压Ｕ₁，测出Ｉ₁及Ｕ₂。根据互感电势Ｅ_2M≈Ｕ₂₀＝ωＭＩ₁，可算得互感系数为?

3．耦合系数K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?

其中：Ｌ₁为Ｎ₁线圈的自感系数，Ｌ₂为Ｎ₂线圈的自感系数，它们的测定方法如下：先在Ｎ₁侧加低压交流电压Ｕ₁，测出Ｎ₂侧开路时的电流Ｉ₁；然后再在Ｎ₂侧加电压Ｕ₂，测出Ｎ₁侧开路时的电流Ｉ₂，根据自感电势Ｅ_Ｌ≈Ｕ＝ωＬＩ，可分别求出自感Ｌ₁和Ｌ₂。当已知互感系数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100Ω／３Ｗ电位器、510Ω／８Ｗ线绕电阻、发光二极管）或EEL—51组件
5．滑线变阻器：200Ω／2Ａ（自备）或EEL—54组件（470Ω/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30－3所示，将线圈Ｎ₁、Ｎ₂同心式套在一起，并放入铁芯。Ｕ₁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Ｎ₁侧的电流不超过０.４Ａ（选用５Ａ量程的数字电流表），Ｎ₂侧直接接入２mA量程的毫安表。将铁芯迅速地拨出和插入，观察毫安表正、负读数的变化，来判定Ｎ₁和Ｎ₂两个线圈的同名端。

（2）交流法

实验电路如图30－4所示，将小线圈Ｎ2套在线圈Ｎ1中。Ｎ1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

在图30－4电路中，线圈Ｎ１侧加2V左右交流电压，Ｎ2侧接入ＬＥＤ发光二极管与５１０Ω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）改用铝棒替代铁棒，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．实验注意事项
1．整个实验过程中，注意流过线圈Ｎ1的电流不超过１.５Ａ，流过线圈Ｎ2的电流不得超过１Ａ；
2．测定同名端及其它测量数据的实验中，都应将小线圈Ｎ2套在大线圈Ｎ1中，并行插入铁芯；
3．如实验室有２００Ω，２Ａ的滑线变阻器或大功率的负载，则可接在交流实验时的Ｎ1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．根据实验1的现象，总结测定互感线圈同名端的方法，并回答思考题2；
2．根据实验2的数据，计算互感系数Ｍ；
3．根据实验2、3的数据，计算耦合系数K；
4．根据实验4的现象，回答思考题3。