耦合電感元件的研究

1、耦合電感元件的研究耦合電感元件的研究 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊弧?shí)驗(yàn)?zāi)康?學(xué)習(xí)耦合線圈同名端的判定方法和互感系數(shù)、耦合系數(shù)的測(cè)定方法。2觀察互感現(xiàn)象。二、原理說(shuō)明二、原理說(shuō)明 1耦合電感元件。設(shè)兩個(gè)線圈N1和N2，當(dāng)其中一個(gè)線圈通入交變電流時(shí)，在本線圈產(chǎn)生交變自磁通，及相應(yīng)的自磁鏈，并引起自感電壓；同時(shí)，自磁通的一部分（互磁通）穿過(guò)另一個(gè)線圈，產(chǎn)生相應(yīng)的互磁鏈，并引起互感電壓。這種現(xiàn)象稱(chēng)為互感現(xiàn)象，這樣兩線圈稱(chēng)為耦合線圈或互感線圈。如果我們忽略耦合電感的電阻，僅根據(jù)耦合電感的主要物理特征，電磁感應(yīng)建立的電路模型稱(chēng)為耦合電感元件。 二、原理說(shuō)明二、原理說(shuō)明 耦合電感元件用三個(gè)參數(shù)表征：自感L1、L2和互感

2、系數(shù)M?；ジ邢禂?shù)M的大小與兩線圈的匝數(shù)、幾何尺寸、相對(duì)位置及媒介有關(guān)，而與電流無(wú)關(guān)。 耦合電感元件正確使用的前提是：必須清楚耦合線圈的對(duì)應(yīng)關(guān)系端同名端。同名端的含義是：當(dāng)兩個(gè)耦合線圈通入的電流使耦合線圈中產(chǎn)生的磁通方向相同而相互加強(qiáng)時(shí)，電流所流入（或流出）的兩個(gè)端鈕，稱(chēng)為同名端。二、原理說(shuō)明二、原理說(shuō)明 反映兩個(gè)耦合線圈的耦合松緊程度用耦合系數(shù)k來(lái)表示 K=M/ 。說(shuō)明耦合系數(shù)M與自感L1、L2和互感系數(shù)M有關(guān)。一般情況0K1。當(dāng)K=0時(shí)，L1和L2 無(wú)耦合關(guān)系；當(dāng)K1為緊耦合；當(dāng)K1為松耦合；當(dāng)K=1為全耦合。21LL二、原理說(shuō)明二、原理說(shuō)明 2同名端的判斷方法。（1）直流法。 如圖l所示，

3、當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合瞬間，若毫安表的指針正偏，則可斷定“1”、“ 3”為同名端；指針?lè)雌?，則“ l”、“ 4”為同名端。 圖1二、原理說(shuō)明二、原理說(shuō)明 （2）交流法。如圖2所示，將兩個(gè)線圈N1和N2的任意兩端（如2、4端）聯(lián)在一起，在其中的一個(gè)線圈（如N1）兩端加一個(gè)低壓交流電壓，另一線圈開(kāi)路，（如N2），用交流電壓表分別測(cè)出端電壓U13、U12和U34。若U13是兩個(gè)繞組端壓之差，則1、3是同名端；若U13是兩繞組端壓之和，則1、4是同名端。圖2二、原理說(shuō)明二、原理說(shuō)明 3互感系數(shù)M的測(cè)定。如圖2，在N1側(cè)施加低壓交流電壓U1，N2側(cè)開(kāi)路，測(cè)出I1及U2，根據(jù)互感電壓U20MI1，可算得互感系數(shù) M

4、=U20/I1 。 4耦合系數(shù)k的測(cè)定。如圖2，先在N1側(cè)加低壓交流電壓U1，測(cè)出N2側(cè)開(kāi)路時(shí)N1側(cè)的電流I1，計(jì)算出L1=U1/I1；然后在N2側(cè)加電壓U2，測(cè)出N1側(cè)開(kāi)路時(shí)N2側(cè)的電流I2，計(jì)算出L2=U2/I2 ，根據(jù)K=M/ 得出k值。 21LL三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備序號(hào)名稱(chēng)型號(hào)與規(guī)格數(shù)量備注1可調(diào)直流穩(wěn)壓電源030V12單相交流電源0220V13三相自耦調(diào)壓器14直流數(shù)字電壓表15交流電壓表16交流電流表17萬(wàn)用表18鐵棒、鋁棒19空心線圈N1為大線圈、N2為小線圈1對(duì)DGJ0410電阻器510、2W1DGJ0511發(fā)光二極管紅或綠1DGJ05表1四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1分別用直流法和交流

5、法測(cè)定耦合線圈的同名端 （1）直流法。實(shí)驗(yàn)線路如圖1所示，將N1，N2同心式套在一起，并放入鐵芯，E為可調(diào)直流穩(wěn)壓電源，調(diào)至3V，毫安表用萬(wàn)用表替代。閉合或打開(kāi)S開(kāi)關(guān)，觀察萬(wàn)用表瞬間指針變化，來(lái)判定N1和N2兩個(gè)線圈的同名端。 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 （2）交流法。圖3接線，將N1、N2兩個(gè)空心線圈心式套在一起，鐵芯插入兩線圈中，2、4端連線。N1串接電流表（選02.5A量程的交流電流表），接至自耦調(diào)壓器的輸出，N2側(cè)開(kāi)路。 圖3四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 接通電源前，應(yīng)首先檢查自耦調(diào)壓器是否調(diào)至零位，確認(rèn)后方可接通交流電源，令自耦調(diào)壓器輸出一個(gè)很低的電壓（約2V左右），使流過(guò)電流表的電流小于

6、1.5A，然后用030V量程的交流電壓表測(cè)量U13，U12，U34，判定同名端。 *拆去2、4聯(lián)線，并將2、3相接，重復(fù)上述步驟，判定同名端。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 2觀察互感現(xiàn)象。拆除2、4連線，N2側(cè)接入LED發(fā)光二極管與510的電阻串聯(lián)的支路。（1）將鐵棒從兩線圈中抽出和插入，觀察LED亮度的變化及電流表讀數(shù)的變化，記錄現(xiàn)象。（2）用鋁棒替代鐵棒，重復(fù)（1）步驟，觀察LED亮度變化，記錄現(xiàn)象。（3）改變兩線圈的相對(duì)位置，觀察LED亮度的變化及電流表讀數(shù)的變化。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 3互感系數(shù)M、耦合系數(shù)K的測(cè)定。 （1）N2開(kāi)路，插入鐵棒。調(diào)U1電壓，使流過(guò)N1側(cè)電流小于1.5A（最好1A左右），按表112中的項(xiàng)目（1）內(nèi)容要求測(cè)量數(shù)據(jù)，記錄在表2中。 （2）切斷電源，將交流電源加在N2側(cè)，N1開(kāi)路，調(diào)節(jié)自耦調(diào)壓器使流過(guò)N2側(cè)電流小于1A，按表2中的項(xiàng)目（2）內(nèi)容要求測(cè)量數(shù)據(jù)，記錄在表2中。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 步驟項(xiàng)目測(cè) 量 數(shù) 據(jù)計(jì) 算U1（V） U2（V）I1（A）I2（A）M=L1=L2=K=（1）（2）表2五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng) 1為避免耦合線圈因電流過(guò)大而燒毀，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，注意流過(guò)線圈N1的電流不得超過(guò)1.5A，流過(guò)線圈N2的電流不得超過(guò)1A。 2在同名端判定和測(cè)量數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)過(guò)