ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра «Электротехника и электроника»
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМНОЙ ИНДУКТИВНОСТИ КАТУШЕК
Методические указания к учебно - исследовательской
лабораторной работе по дисциплине
«Теоретические основы электротехники»
Ростов-на-Дону
2011
УДК 621.314.242
Составители:
канд. техн. наук, доц. C.Д.Анисимов
канд. техн. наук, доц. М.Р.Винокуров
Исследование взаимной индуктивности: метод. указания к
учебно-исследовательской лабораторной работе по дисциплине
«Теоретические основы электротехники». — Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 2011. — 7 с.
В лабораторной работе проводятся экспериментальное и
аналитическое исследования зависимости взаимной индуктивности катушек от расстояния между ними.
Предназначены для студентов всех специальностей, изучающих дисциплину «Теоретические основы электротехники».
Печатается по решению методической комиссии факультета «Автоматизация, мехатроника и управление»
Рецензент кандидат технических наук, доц. В.В. Мадорский
Научный редактор кандидат технических наук, доц.
А.Г. Маркарьян
© Издательский центр ДГТУ, 2011
2
Цель работы: экспериментальное и аналитическое исследование зависимости взаимной индуктивности катушек от расстояния между ними.
Содержание работы:
 экспериментальное исследование взаимной индуктивности М двух катушек в функции расстояния х между ними;
 аналитический расчёт взаимной индуктивности М
двух катушек в функции расстояния х между ними;
 построение экспериментальных и расчётных зависимостей М = f (х);
 составление отчёта о проделанной работе;
 сравнение экспериментальных и расчётных результатов работы.
Перед началом экспериментальной части работы необходимо подготовить бланк отчёта по работе, который должен в к л ю ч а т ь:





титульный лист;
цель работы;
электрическую схему для экспериментального
исследования;
таблицу с результатами эксперимента и расчёта;
формулы для расчёта
3
Электрическая схема для экспериментального
исследования
Блок
М
A
переменных
V2
напряжений
Исходные данные катушек и источника ЭДС
Таблица 1
Частота
источника
ЭДС f,
Гц
Радиус
первой
катушки
Радиус
второй
катушки
R1, М
R2, М
Число
витков
первой
катушки W1
Число
витков
второй
катушки W2
Результаты эксперимента и расчёта
Таблица 2
И З М Е Р Е Н И Я
№
х,
м
I,
A
U2,
В
1
2
3
4
5
6
7
4
РАСЧЁТ
Мо,
Гн
k2
f(k)
Мp ,
Гн
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ
РАСЧЁТНОЙ ЧАСТИ ИССЛЕДОВАНИЯ
Формула для расчёта взаимной индуктивности по результатам эксперимента:
𝑀0 =
𝑈2
2𝜋𝑓𝐼
Формулы для расчёта взаимной индуктивности расчётным
путём:
𝑀р = 𝜇0 𝑊1 𝑊2 √𝑅1 𝑅2 𝑓 (𝑘) где
𝜇0 = 4𝜋10-7 - магнитная проницаемость вакуума
Для отыскания значения 𝑓 (𝑘) необходимо предварительно рассчитать значение k2 :
𝑘2 =
4𝑅 1 𝑅 2
𝑋 2 + (𝑅1 + 𝑅2 )2
По приведённой зависимости 𝑓 (𝑘) определяем её значение
при вычисленном значении коэффициента 𝑘 2 :
5
ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ
Экспериментальные исследования проводятся на учебноисследовательском лабораторном стенде УИЛС-1.
Источником переменного напряжения служит блок переменных напряжений с частотой f = 1000 Гц. Для этого переключатель «Частота» следует установить в положение «1 Кгц», а регулятор «Частота» плавно – в крайнее правое положение.
Измерение напряжения и тока производятся с помощью
мультиметров.
Две катушки, служащие для исследования взаимной индуктивности в функции расстояния между ними, имеют малую
ширину по сравнению с их диаметром, т.е. катушки близки к круговым контурам.
Катушки закреплены на направляющей, изготовленной из
неферромагнитного материала. Средние линии катушек проходят
через центры сечений обмоток и лежат в двух параллельных
плоскостях, а их центры лежат на одной прямой, перпендикулярной плоскости катушек.
Одна из катушек может перемещаться вдоль направляющего стержня, что позволяет изменять расстояние между катушками Х с отсчётом этого расстояния по шкале.
К одной из катушек подключается источник ЭДС с регулируемой частотой и величиной выходного напряжения, а ко второй
катушке подключается вольтметр с большим входным сопротивлением. Данная схема соответствует схеме замещения воздушного
(линейного) трансформатора, работающего в режиме холостого
хода.
При увеличении расстояния между катушками магнитный
поток взаимной индукции уменьшается, что приводит к уменьшению индуктируемой во второй катушке ЭДС и, соответственно,
напряжения U2, обусловленного этой ЭДС.
По результатам экспериментальных и аналитических исследований следует п о с т р о и т ь гр а ф и к и
МО = f (х) и Мр = f (х) в одной системе координат.
Сделать выводы о совпадении расчётных и опытных кривых и об изменении взаимной индуктивности при увеличении
взаимного расстояния между катушками.
6
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Объяснить физическую сущность явления взаимной индукции.
2. Как определяется коэффициент магнитной связи?
3. Что такое взаимная индуктивность?
4. Какие существуют способы экспериментального определения взаимной индуктивности?
5. Какова физическая природа согласного и встречного
включения катушек индуктивности?
6. Как на электрических схемах замещения определяется характер включения катушек (согласный или встречный)?
7. Как и почему изменяется взаимная индуктивность при
удалении катушек друг от друга?
8. Как и почему изменяется взаимная индуктивность катушек
при ортогональном расположении их осей и неизменном
расстоянии между их центрами?
9. Как учитывается явление взаимной индукции в уравнениях второго закона Кирхгофа для мгновенных и комплексных величин?
10. Почему для определения взаимной индуктивности необходим вольтметр с большим входным сопротивлением?
ЛИТЕРАТУРА
1. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. — М.:
«Высшая школа», 1978. — 527 с.
2. Демирчян К.С., Нейман Л.Р, Коровкин Н.В, Чечурин В.Л.
Теоретические основы электротехники. — СПб.: Питер, 2003. —
том 3, 159,175 с.
7