实验十五互感电路观测.docx
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实验十五互感电路观测
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实验十五互感电路观测
执笔人：
zht
实验成员：
班级：
自动化二班
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实验十五互感电路观测
一、实验目的
1、学会互感电路同名端、互感系数以及耦合系数的测定方法。
2、观察两个线圈相对位置的改变，以及用不同材料作线圈芯时
对互感的影响。
二、原理说明
1、判断互感线圈同名端的方法
（1）直流法
如图15-1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。
图15-1
（2）交流法
如图15-2所示，将两个线圈N
1
和N2的任意两端（如2，4端）联在
i1
一起，在其中的一个线圈（如N1）两
端加一个低压交流电压，另一线圈开
路，（如N2），用交流电压表分别
图15-2
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是两个绕组端压之和，则
1，4是同名端。
2、两线圈互感系数M的测定。
如图15-2，在N1侧施加低压交流电压U1，N2侧开路，测出I1
及U2。
根据互感电势E2MU2OMI1；可算得互感系数为
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M
U2
I1
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
kM/L1L2
如图15-2，先在N侧加低压交流电压U，测出N侧开路时的
112
电流I1；然后再在N2侧加电压U2，测出N1侧开路时的电流I2，求
出各自的自感L1和L2，即可算得k值。
三、实验设备
序
名
称
型号规格
数量
备注
号
1
可调查直流稳压电源
0~30V
1
2
单相交流电源
0~220V
1
3
三相自耦调压器
1
4
直流数字电压表
1
5
直流数字毫安表
1
6
直流数字安培表
1
7
交流电压表
1
8
交流电流表
1
9
万用电表或交流毫伏表
1
10
空心互感线圈
N1为大线圈、
1对
DGJ-04
N2为小线圈
11
可变电阻器
470Ω/3W
1
DGJ-05
12
发光二极管
红色
1
DGJ-05
13
铁棒、铝棒
1
DGJ-04
14
*滑线变阻器
200Ω，2A
1
四、实验内容及步骤
1、分别用直流法和交流法测定互感线圈的同名端。
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（1）直流法
实验线路如图15-3所示，将N、N同心式套在一起，并放入
12
铁芯。
N1侧串入5A量程直流数字电流表，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，N2侧直接接入2mA量程的毫安表。
将铁芯迅速地拔出和插入，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。
图15-3
图15-3
实验记录：
当铁芯插入时，毫安表读数为正；铁芯拔出时，毫安表读数为负，说明1、3是同名端。
（2）交流法
按图15-4接线，将N1、N2同心式套在一起。
N1串接电流表（选
0~2.5A的量程交流电流表）后接至自耦调压器的输出，N2侧开路，
并在两线圈中插入铁芯。
接通电路源前，应首先检查自耦调压器是否调至零位，确认后方
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~
可接通交流电源，令自耦调压器输出一个很低的电压（约2V左右），使流过电流表的电流小于1.5A，然后用0~30V量程的交流电压表测量U13，U12，U34，判定同名端。
拆去2、4联线，并将2、3相接，重复上述步骤，判定同名端。
图15-4
实验记录：
连接2、4
U13=3.7V
U12=2V
U34=5.5V
连接2、3
U14=7.3V
U12=2V
U34=5.5V
当连接2、4端时，
=3.7V，
=2V，
=5.5V，
U34
-
U12
，
U13
U12
U34
U13
故1、3为同名端。
当连接2、3端时，U14=7.3V，U12=2V，U34=5.5V，
U14U34U12，故1、3为同名端。
2、互感系数M的测定
拆除2、3连线，测出
，
，
，利用
M
U2，计算出。
U1
I1
U2
M
I1
实验记录：
U1/V
I1/A
U2/V
M/H
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2.150.7885.60.0226
3、耦合系数k的测定
将低压交流加在N2侧，使流过N2侧电流小于1A，N1侧开路，
按步骤2测出U2，I2，U1值。
用万用表的R×1档分别测出N1和N2
线圈的电阻值R和R。
计算k值。
12
实验记录:
通过U
/I|Z|，|Z|R2（L）2
计算出L1、L2的值，再
通过kM/
L1L2计算出k的值。
要计算L1、L2的值，还可以用功率表测出N1侧的功率因数cos，
并得到负载阻抗角φ，然后通过|Z|*sin
XL，XL
L便可以
算出L1、L2的值。
U1/V
U2/V
I2/A
R1/ΩR2/Ω
L1/H
L2/H
k
0.5
3.1
0.065
2.01
15.1
0.0059
0.144
0.779
4、观察互感现象
将低压交流加在N1侧，N2侧接入LED发光二极管与510Ω的电阻串联的支路。
（1）将铁芯从两线圈中抽出和插入，观察LED亮度的变化及各电表读数的变化，记录现象。
（2）改变两线圈的相对位置，观察LED亮度的变化及仪表读数。
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（3）改用铝棒代替铁棒，重复
（1）、
（2）的步骤，观察LED的亮度变化，记录现象。
实验记录：
（1）当铁芯从线圈中抽出时，N1侧的交流电压表读数下降、交流电流表读数上升，N2侧的交流电流表读数下降，LED发光二极管
变暗。
当铁芯插入线圈时，读数变化相反，LED亮度增加。
（2）把小线圈从和大线圈套在一起的状态逐渐分离时，N1侧的交流电压表读数下降、交流电流表读数上升，N2侧的交流电流表读
数下降，LED发光二极管变暗直至不发光。
两线圈在其它相对位置情况下LED均不发光。
（3）把铁棒换成铝棒后，LED不再发光，重复
（1）、
（2）步骤，LED亮度不变（没有），各电表读数不变。
五、实验注意事项
1、为避免互感线圈因电流过大而烧毁，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、测定同名端及其他测量数据的实验中，都应将小线圈N2套在大线圈N1中，并插入铁芯。
*3、如实验室备有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，作为限流电阻用。
4、作交流实验前，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，此值可先用V档（交流电
压表、万用电表或交流毫伏表）测出无误后，才接入电路中。
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。
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六、预习思考题
本实验用直流法判断同名端是用插、拔铁芯时观察电流表的正、
负读书变化来确定的，这与实验原理中叙述的方法是否一致？
答案：
一致。
实验原理中叙述的方法是通过闭合开关S来引起通
过N1的电流的变化，从而使N1线圈产生变化的磁场，再通过互感使
N2侧产生电流，通过毫安表指针的偏转方向来判断同名端；而本实
验用的直流法是通过插、拔铁芯来引起N1线圈磁场的变化，再通过
互感使N2侧产生电流，通过观察毫安表正、负读数的变化来判断同
名端。
两者都是通过引起N1线圈磁场的变化来引发互感，从而使N2
侧产生电流，再通过判断电流的方向来判断两线圈的同名端，区别只
是引起N1线圈磁场变化的方法不同，所以我认为两种方法本质上是
一致的。
七、实验报告
1.总结对互感线圈同名端、互感系数的实验测试方法。
答案：
同名端：
直流法：
通过引起N1线圈磁场的变化来引发互
感，从而使N2侧产生电流，再通过判断感应电流的方向来判断两线
圈的同名端。
交流法：
用导线连接两线圈的某两端，再分别测线圈自
身两端的电压，以及两线圈未连导线的两端的电压，通过判断未连导
线的两端的电压是两线圈自身两端的电压的和或差，来判断两线圈的
同名端。
比如图15-3，连接2、4端时，2端和4端的电压相同，此
时若U13=|U12-U34|，说明1端和3端为同名端。
互感系数：
测定互感系数M的电路图如图15-2，因为N2侧开路，
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。
所以互感电势E2M
U2
。
又因为U2maxcos（tU）M
d[I1maxcos（tI）]，
dt
即U2maxcos（tU）
M
I1maxsin（tI），将其中的U和I换算成交流电
表测得的有效值，便得到U2MI1，代入实验数据，便可计算得到M
的值，如此便能测得两线圈的互感系数。
2.自拟测试数据表格，完成计算任务。
答案：
见上几页的表格和数据。
3.解释实验中观察到的互感现象。
答案：
（1）因为铁芯导磁率比较大，所以当铁芯抽出时，两线
圈的互感系数减少，造成N2侧电压、电流减小，LED发光二极管变暗。
反之，当铁芯插入线圈时，两线圈的互感系数M增大，造成N2侧电压、电流增大，LED发光二极管亮度增加。
（2）当小线圈从和大
线圈套在一起的状态逐渐分离时，两线圈的相对位置变化使得两线圈
距离增加，从而互感系数M减小，造成N2侧电压、电流减小，LED
发光二极管变暗。
当两线圈距离足够远的时候，互感系数足够小，使
得N2侧几乎没有电流，此时LED发光二极管便不发光了。
（3）用铝棒代替铁棒后，因为铝的导磁率更小，使得两线圈的互感系数M很小，
从而不管抽出还是插入铝棒或者是改变线圈的相对位置，LED发光二极管都不发光，各电表的读数也没有变化。
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