实验十 交流电路中的互感
实验十 交流电路中的互感
一、实验目的
⒈ 加深对互感现象的认识，熟悉互感元件的基本特性。
⒉ 掌握测定互感线圈的同名端、互感系数和耦合系数的方法。
⒊ 研究空心变压器的次级回路对初级回路的影响。
二、原理与说明
⒈ 互感线圈的同名端
图10-1(a)所示为两个有磁耦合的线圈，设电流从1号线圈的a 端流入，电流从2号线圈的c 端流入，由产生而交链于2号线圈的互感磁通链为ψ21，产生的自感磁通链为ψ22 ，当ψ21 与ψ22 方向一致时，互感系数（互感）为正，则称1号线圈的端钮a和2号线圈的端钮c（或b和d）为同名端（对应端），若ψ21 和ψ22 方向不一致，如图10-1（b）所示，则端钮a、c称为异名端（即a、d或b、c为同名端）。同名端常用符号 "."或"*"表示。
同名端决定于两个线圈各自的实际绕向以及它们之间的相对位置。
图10-1
⒉ 判别互感线圈同名端的方法
判别互感线圈的同名端在理论分析和工程实际中都具有很重要的意义。例如，变压器、电动机的各相绕组、振荡电路中的振荡线圈等都要根据同名端的极性进行联接。实际中，对于具有耦合关系的线圈，若其绕向和相
互位置无法判别时，可以根据同名端的定义，用实
验方法加以确定。
下面介绍几种常用的判别方法：
⑴ 直流通断法
如图10-2所示，把线圈1通过开关S接到直流电
源，把一个直流电压表或直流电流表接到线圈2的
两端。在开关S闭合瞬间，线圈2的两端将产生一个 图10-2
互感电动势，直流电压表的指针就会偏转。若指针正向摆动，则与直流电源正极相连的线圈1的端钮a 和与直流电压表正极相连的线圈2的端钮c为同名端；若指针反向摆动，则a、c为异名端。
⑵ 等效电感法
设互感线圈的自感分别为和，它们之间的互感为。若将两个线圈的非同名端相联，如图10-3（a）所示，则称为正向串联，其等效电感为
若将两个线圈的同名端相联，如图10-3（b）所示，则称为反向串联，其等效电感为
显然，等效电抗。
图10-3
利用这种关系，在两个线圈串联方式不同时，加上相同的正弦电压，则正向串联时电流小，反向串联时电流大。同样地，若流过相同的电流，则正向串联时端口电压高，反向串联时端口电压低。由此，可判断出互感线圈的同名端。
⑶ 直接测量法
用交流电桥直接测量不同串接方式时两线圈的等效电感也可以判断其同名端。
⒊ 互感的测量方法
⑴ 等效
电感法
用三表法或交流电桥测出互感线圈正向串联和反向串联时的等效电感，则互感
这种方法测得的互感一般来说准确度不高，特别是当和的数值比较接近时，误差更大。
⑵ 互感电动势法
在图10-4（a）所示电路中，若电压表内阻足够大，则有
图10-4
即互感：
同样，在图10-4(b)所示电路中，有
可以证明
互感测得以后，耦合系数可由下式计算：
⒋ 两线圈的耦合系数的大小与线圈的结构、两线圈的相互位置以及周围磁介质有关。
⒌ 空心变压器次级回路的负载阻抗对初级回路的影响。
空心变压器次级回路的负载阻抗对初级回路的影响，可以借助于反射阻抗（又称为反映阻抗或折合阻抗）来联系，如图10-5所示。
从图10-5（b）可以看出：
图10-5
这里
式中，为初级回路的等效阻抗；为反射电阻；为反射电抗；为次级回路电阻之和，为次级回路电抗之和。对于图10-5（a）所示电路，，。
从和的表达式可知，反射电阻始终为正，反射电抗与次级回路的等效电抗 互为异号，即为感性时，为容性；为容性时，为感性。
三、实验内容及步骤
⒈ 用直流通断法和等效电感法测定互感线圈的同名端。
⑴ 直流通断法
按图10-6所示实验电路接线，由直流稳压稳流电源提供直流电压 =1.5V，指针式万用表的量程选择0.25V的直流电压档，观察在开关S闭合的瞬间，指针式万用表的指针偏转方向，判断出互感线圈的同名端，并在电路图中做好标记。
⑵ 等效电感法 -- 三表法 图10-6
① 按图10-7(a)所示实验电路接线，其中互感线圈按照已经判定出的同名端标记进
行正向联接。调节调压器，使给定电流＝０.４A，测量电压和功率的数值，将测量结果记录在表10-1中。
图10-7
② 按图10-7(b)所示实验电路接线，其中互感线圈按照已经判定出的同名端标记进行反向联接。调节调压器，使给定电流＝０.４A，测量电压、和功率的数值，将测量结果记录在表10-1中。
表10-1
给定值
测量值
计算值
(A)
(V)
(W)
(?)
(H)
0.4 (A)
(V)
(W)
(?)
(H)
0.4
③ 将互感线圈正向联接时的电压和反向联接时的电压进行比较，可判定出互感线圈的同名端，同时对用直流通断法判定出的同名端进行验证。
⒉ 用互感电动势法测定互感线圈的互感系数
图10-8
⑴ 按图10-8（a）所示实验电路接线，调节调压器,使给定电流＝０.４A，测量出从感器原边提供电流时，所产生的电压、值，将测量结果记录在表10-2中。
⑵ 按图10-8（b）所示实验电路接
线，调节调压器,使给定电流＝０.４A，测量出从互感器副边提供电流时，所产生的电压、值，将测量结果记录在表10-2中。
表10-2
(V)
(V)
(A)
0.4 (A)
0.4
⑶ 根据测量结果证明： 。
⒊ 空心变压器次级回路的负载阻抗对初级回路的影响，求输入阻抗。
图10-9
将空心变压器实验板中的线圈作为初级，线圈作为次级。按图10-9所示实验电路接线，调节调压器,使给定电流＝０.４A，在下列情况下：
⑴ 次级回路开路（）；
⑵ 次级回路短路（）；
⑶ 次级接入镇流器线圈（）。
分别测量出初级回路中的电压、功率值，将测量结果记录在表10-3中。
表10-3
给定值
测量值
计算值
(?)
(A)
(V)
(W)
(?)
∞ 0 四、注意事项
⒈ 做实验内容⒈时,要注意：
⑴ 互感器的原边必须接入开关S，严禁用直流稳压稳流电源的开关替代电路中的开关S。
⑵ 指针式万用表的表笔的极性和实验电路中标出的极性必须一致。
⒉ 根据实验内容确定使用的电源类型(直流、交流),使用方法要正确。
五、预习与思考
⒈ 复习互感电路的相关理论知识。
⒉ 用直流通断法测定互感线圈同名端时，在开关S闭合的瞬间，如何判定互感线圈的同名端？
六、实验报告要求
⒈ 写清实验目的、原理、实验电路图和步骤。
⒉ 完成表10-1和表10-3中要求的计算,写出计算步骤。
⒊ 回答：做实验内容⒈时，若开关S是闭合的，在开关S打开的瞬间，如何根据指针式万用表指针的偏转方向，判定互感线圈的同名端？
七、实验设备
1. DF731SB／SC可调直流稳压、稳流电源（三路） 一台；
2. DT9205型数字万用表 一块；
3. 指针式万用表 一块；
4. D26型交流电流表 一块；
5. D26型功率表 一块；
6. 调压器（实验台配置） 一台；
7. RX7-14型滑线变阻器 一个；
8. 空心变压器实验板 TX-LN0533 51 一块；
⒐ 日光灯控制器实验板 TX-LN0533 05 一块；
⒑ 综合适配器实验板 TX-LN0533 13 一块；
⒒ 导线若干。
1