周三下午实验讲义-耦合变压器实验.pdf

【耦合变压器实验】耦合变压器，又称为感应变压器，是一种通过电磁感应原理实现电能非接触传输的关键设备。在特殊环境下，如潮湿、易燃易爆或水下，传统的物理接触供电方式受限，耦合变压器便能发挥其优势。本实验主要探讨“E型松耦合变压器”的特性，包括其磁路长度、电感、互感以及耦合系数的影响因素。 **磁路长度**是描述磁通路径长度的物理概念，主要由磁芯和气隙构成。在变压器中，气隙的存在会导致漏磁增大，降低耦合系数和电能传输效率。磁路长度通常用平均磁路长度表示，这是磁通通过的平均闭合路径长度。 **电感**是衡量线圈阻碍电流变化能力的物理量，单位为亨利（H）。电感的计算公式为\( L = \frac{\mu_0 \mu_s N^2 S}{l} \)，其中\( \mu_0 \)是真空磁导率，\( \mu_s \)是磁介质的相对磁导率，\( N \)是线圈匝数，\( S \)是线圈截面积，\( l \)是平均磁路长度。 **互感**是当一线圈电流变化时，对邻近线圈产生的感应电动势的现象。互感电动势的大小与线圈间的耦合紧密度有关，耦合系数\( k \)定义为两线圈实际互感\( M \)与最大可能互感之比，即\( k = \frac{M}{\sqrt{L_1 L_2}} \)。耦合系数的范围是\( 0 < k < 1 \)，其中\( k = 1 \)表示全耦合，而\( k < 1 \)表示松耦合。 **实验内容**包括基本参数测量、最大耦合系数测量和耦合系数与气隙间距关系的探究。在基本参数测量中，要找出漏磁最小的状态，测量磁路长度和次级线圈的匝数，以及估算磁芯的相对磁导率。最大耦合系数测量需要采用两种方法比较结果。通过改变气隙间距测量耦合系数的变化，以图表形式呈现两者关系。 **思考题**涉及铁氧体磁导率与温度的相关性，以及在耦合系数为0.55时对应的气隙间距。铁氧体磁导率一般随温度升高而减小，因为磁性材料的磁化强度会随温度增加而降低。至于气隙间距，可以通过已知的耦合系数与气隙间距的函数关系反推计算得出。 通过这个实验，学生可以深入理解耦合变压器的工作原理，掌握测量和分析其关键参数的方法，同时培养实验操作技能和数据分析能力。