项目一耦合线圈的分析与测量

学习情境四耦合线圈与磁路分析项目一耦合线圈的分析与测量

职业技能目标：

项目教学目标*能用直流法和交流法测定耦合线圈的同名端；*会设计出测定耦合线圈互感的实验线路图，并用实验方法测定其互感；*会正确使用兆欧表测量电气设备的绝缘电阻。职业知识目标：

项目教学目标*理解互感现象及其在实际中的应用；*理解并掌握互感线圈的顺串与反串及其特点；*理解互感线圈的同名端并联和异名端并联及其去耦等效电路；*掌握耦合线圈同名端的测定方法；*掌握耦合线圈互感的测量方法；*掌握兆欧表、接地电阻测量仪的正确使用。

职业素质目标：

*具有认真仔细的学习态度、工作态度和严格的组织纪律。*具有规范意识、安全生产意识和敬业爱岗精神。*具有独立学习能力、拓展知识能力以及承受压力能力。*具有良好沟通能力、良好团队合作能力和创新精神。项目教学目标任务一耦合线圈同名端的测定一、任务导入提出问题:2、在功率表和功率因数表中常标有符号*U、*I，其意义是什么？1、变压器的工作原理是什么？二、任务实施

一、直流法

按图4-1-1接线，当开关S合上瞬间，如电压表指针正偏，则变压器一次侧与电源正极相连的（A）端和变压器二次侧与电压表“+”接线柱相连的（a）端是同名端；把电压表两接线柱反接，观测其偏转，确定此时两线圈的同名端。图4-1-1二、任务实施

二、交流法

1.交流电流法（1）按图4-1-2（a）接线（X接x），调压器输出电压取为220V，记录电流表读数于表4-1-1中；（2）按图4-1-2（b）接线（X接a），调压器输出电压同样取为220V，记录电流表读数于表4-1-1中，确定线圈A—X与a—x的同名端。（注意换接时先断电源）。图4-1-2二、任务实施表4-1-1交流电流法测定耦合线圈同名端项目连接电流表读数确定同名端X接xX接a二、任务实施

二、交流法

2.交流电压法图4-1-3

按图4-1-3接线，将X、x短接。合上电源开关S，用万用表交流电压档分别测量变压器电压UAa、UAx、Uax，将测量结果记录于表4-1-2的实测值一栏中。如果三个电压满足UAa=UAx-Uax，则所标A、a为同名端，变压器为减极性的。如果三个电压满足UAa=UAx＋Uax，则所标A、a为异名端，变压器为加极性的。二、任务实施表4-1-2交流电压法测定耦合线圈同名端项目

电压值（V）

UAxUaxUAa计算值减极性加极性实测值仪器设备1、直流稳压源实验台2、单相调压器实验台3、直流电压表0-1VDS-C324、交流电流表0-100mA

DS-C315、交流电流表1-2ADS-C056、开关

注意事项1、理解图3-2-1接线中，当开关S合上瞬间和打开瞬间检流计的偏转情况是不一样的。2、学会单相调压器的接线，分清输入端与输出端。三、知识链接一、互感与互感电压1.互感2.互感电压二、同名端及其测定（一）同名端（二）同名端的测定1.直流法2.交流法1、自感：一个孤立线圈由于自身电流变化引起线圈中磁链变化从而产生感应电压的现象。其电路模型——电感元件。iuL2、互感：当两个或多个线圈彼此接近时，无论哪一个线圈电流变化，除存在自感现象外，还会在其他线圈产生感应电压的现象。它们称为耦合线圈，其电路模型——耦合电感元件。3、为便于讨论，规定每个线圈的电流、电压参考方向为关联参考方向，与其产生的磁链参考方向符合右手螺旋法则，也为关联参考方向。一、互感与互感电压1.互感（一）（a）两线圈绕向相同时互感电动势的实际方向（b）两线圈绕向相反时互感电动势的实际方向图4-1-4互感电动势线圈Ⅰ：

i1→自感磁链Ψ11＝L1i1，互感磁链Ψ21∝i1定义线圈Ⅰ对线圈Ⅱ的互感

Ψ21与i1为关联参考方向（a）自感磁链与互感磁链方向相同（b）自感磁链与互感磁链方向相反图4-1-5耦合线圈(4-1-1)1.互感（二）线圈Ⅱ：

i2→自感磁链Ψ22＝L2i2，互感磁链Ψ12∝i2定义线圈Ⅱ对线圈Ⅰ的互感

Ψ22与i2为关联参考方向（a）自感磁链与互感磁链方向相同（b）自感磁链与互感磁链方向相反图4-1-5耦合线圈(4-1-2)1.互感（三）互感的性质互感的SI单位与自感的SI单位相同，也是H。①线性电感

②互感M只与两个线圈的几何尺寸、匝数、相互位置和周围的磁介质有关，如其他条件不变时，有MN1N2（LN2）耦合系数k：表征耦合线圈耦合的紧密程度。(4-1-3)(4-1-4)1.互感（四）k的大小

与两个线圈的结构、相互位置以及磁介质有关。(4-1-5)1.互感（五）自感电压＋互感电压i1**L1L2+_u1+_u2i2M

感应电压＝2.互感电压（一）（1）自感电压相量关系式(a)参考方向对同名端一致(b)参考方向对同名端非一致图4-1-6

耦合电感i1**L1L2+_u12+_u21i2M**L1L2+_u12+_u21i2Mi1(a)关联参考方向：互感电压与另一线圈中引起它的电流的参考方向对同名端一致(b)非关联参考方向：互感电压与另一线圈中引起它的电流的参考方向对同名端非一致（2）互感电压的两种情况2.互感电压（二）二、同名端及其测定同名端：若一对磁耦合线圈同时通入电流，每个线圈中自感磁链和互感磁链方向一致（或者说自感磁链和互感磁链相助），则流入电流的两个端钮称为同名端。（一）同名端（一）图4-1-5耦合线圈（a）

（b）

同名端说明耦合线圈的相对绕向！i11'22'**例11'22'3'3**注意：线圈的同名端必须两两确定。（一）同名端（二）结论：当开关闭合瞬间，如果电压表正偏，则端钮1、2为同名端。分析：楞次定律图4-1-7

直流法测定同名端的电路图1.直流法（二）同名端的测定（一）2.交流法图4-1-8交流法测定同名端的电路图（a）（b）方法：把耦合线圈的任意两端（X-x）连结起来，在AX端加一交流电压u，用交流电压表测量如果X与x是异名端。如果X与x是同名端。对图4-1-8（a），有（a）（b）图4-1-8交流法测定同名端的电路图对图4-1-8（b），有相量图：图4-1-9（a）图4-1-9（b）加极性,A、x是同名端减极性,A、x是异名端分析：图4-1-9交流法测定同名端的相量关系图任务二耦合线圈互感的测量一、任务导入提出问题:2、如何测量耦合电感的互感M？1、测量耦合电感同名端的实验方法还有哪些？二、任务实施

按图4-1-15(a)接线（此时线圈A—X与a—x应为顺串），调压器输出电压取为220V，记录电压表、电流表读数于表4-1-3中；按图4-1-15(b)接线（此时线圈A—X与a—x应为反串），记录电压表、电流表、瓦特表读数于同一表中。应用表中公式计算M、L1、L2值。图4-1-15测定耦合线圈互感的电路图表4-1-3测量耦合线圈互感数据表项目连接仪表读数计算值顺串U'(V)I顺(A)反串P(W)U"(V)I反(A)三、知识链接一、耦合电感的串联二、耦合电感的并联三、空芯变压器互感的测定1.耦合电感的顺向串联

顺向串联：两线圈的异名端相连。

将其写为(a)顺向串联图4-1-16

耦合电感的串联一、耦合电感的串联(4-1-12)2.耦合电感的反向串联

反向串联：两线圈的同名端相连。

将其写为(b)反向串联图4-1-16

耦合电感的串联3.耦合电感串联时的去耦等效电路（a）顺串

（b）反串

图4-1-17耦合电感串联时的去耦等效电路4.用实验方法判断耦合电感的同名端：顺向串联时磁场增强，等效电感增大，反向串联时磁场减弱，等效电感减小。

若图4-1-15中，(a)图电流表的读数远大于

(b)图电流表的读数，则A、a为同名端；反之，A、x为同名端。图4-1-15*顺串一次，反串一次，就可以测出互感：5.耦合电感互感的测量方法注意：【例4-2-1】

解：图4-1-18中两个耦合线圈反向串联，已知两线圈的参数为电源电压试求通过两线圈的电流及两线圈的电压。图4-1-18例4-1-1图电流为两线圈的电压分别为1.同名端相连则二、耦合电感的并联1.同名端相连得耦合电感并联的等效电路——去耦等效电路(a)同名端相连

对应的去耦等效电路1.同名端相连（续）同名端相连的去耦等效电路左图的等效阻抗等效电感为磁场增强，L↑2.异名端相连同理得异名端相连耦合电感并联的等效电路——去耦等效电路(b)异名