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、實驗?zāi)康囊弧嶒災(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)的測定方法。2觀察互感現(xiàn)象。二、原理說明二、原理說明 1耦合電感元件。設(shè)兩個線圈N1和N2，當(dāng)其中一個線圈通入交變電流時，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，自磁通的一部分（互磁通）穿過另一個線圈，產(chǎn)生相應(yīng)的互磁鏈，并引起互感電壓。這種現(xiàn)象稱為互感現(xiàn)象，這樣兩線圈稱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)建立的電路模型稱為耦合電感元件。 二、原理說明二、原理說明 耦合電感元件用三個參數(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、相對位置及媒介有關(guān)，而與電流無關(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應(yīng)關(guān)系端同名端。同名端的含義是：當(dāng)兩個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，電流所流入（或流出）的兩個端鈕，稱為同名端。二、原理說明二、原理說明 反映兩個耦合線圈的耦合松緊程度用耦合系數(shù)k來表示 K=M/ 。說明耦合系數(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，L1和L2 無耦合關(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、原理說明二、原理說明 2同名端的判斷方法。（1）直流法。 如圖l所示，

3、當(dāng)開關(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；指針反偏，則“ l”、“ 4”為同名端。 圖1二、原理說明二、原理說明 （2）交流法。如圖2所示，將兩個線圈N1和N2的任意兩端（如2、4端）聯(lián)在一起，在其中的一個線圈（如N1）兩端加一個低壓交流電壓，另一線圈開路，（如N2），用交流電壓表分別測出端電壓U13、U12和U34。若U13是兩個繞組端壓之差，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、原理說明二、原理說明 3互感系數(shù)M的測定。如圖2，在N1側(cè)施加低壓交流電壓U1，N2側(cè)開路，測出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的測定。如圖2，先在N1側(cè)加低壓交流電壓U1，測出N2側(cè)開路時N1側(cè)的電流I1，計算出L1=U1/I1；然后在N2側(cè)加電壓U2，測出N1側(cè)開路時N2側(cè)的電流I2，計算出L2=U2/I2 ，根據(jù)K=M/ 得出k值。 21LL三、實驗設(shè)備序號名稱型號與規(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17萬用表18鐵棒、鋁棒19空心線圈N1為大線圈、N2為小線圈1對DGJ0410電阻器510、2W1DGJ0511發(fā)光二極管紅或綠1DGJ05表1四、實驗內(nèi)容四、實驗內(nèi)容 1分別用直流法和交流

5、法測定耦合線圈的同名端 （1）直流法。實驗線路如圖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，毫安表用萬用表替代。閉合或打開S開關(guān)，觀察萬用表瞬間指針變化，來判定N1和N2兩個線圈的同名端。 四、實驗內(nèi)容四、實驗內(nèi)容 （2）交流法。圖3接線，將N1、N2兩個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)開路。 圖3四、實驗內(nèi)容四、實驗內(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)壓器輸出一個很低的電壓（約2V左右），使流過電流表的電流小于

6、1.5A，然后用030V量程的交流電壓表測量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、實驗內(nèi)容四、實驗內(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）改變兩線圈的相對位置，觀察LED亮度的變化及電流表讀數(shù)的變化。四、實驗內(nèi)容四、實驗內(nèi)容 3互感系數(shù)M、耦合系數(shù)K的測定。 （1）N2開路，插入鐵棒。調(diào)U1電壓，使流過N1側(cè)電流小于1.5A（最好1A左右），按表112中的項目（1）內(nèi)容要求測量數(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開路，調(diào)節(jié)自耦調(diào)壓器使流過N2側(cè)電流小于1A，按表2中的項目（2）內(nèi)容要求測量數(shù)據(jù)，記錄在表2中。四、實驗內(nèi)容四、實驗內(nèi)容 步驟項目測 量 數(shù) 據(jù)計 算U1（V） U2（V）I1（A）I2（A）M=L1=L2=K=（1）（2）表2五、實驗注意事項五、實驗注意事項 1為避免耦合線圈因電流過大而燒毀，整個實驗過程中，注意流過線圈N1的電流不得超過1.5A，流過線圈N2的電流不得超過1A。 2在同名端判定和測量數(shù)據(jù)的實驗過