在實(shí)驗(yàn)室中探究同名端的判別方法

吳珍++何新梅

摘要：本文通過充分利用實(shí)驗(yàn)室中豐富的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器儀表，更加完善、更為全面的探索判別同名端的方式方法，使得同名端的測試過程更具有直觀性、可調(diào)性、可操作性，透過現(xiàn)象分析原理，對(duì)判別同名端的各種方法、原理、應(yīng)用、注意事項(xiàng)作了分析與總結(jié)。

關(guān)鍵詞： 同名端；電磁感應(yīng)；探究；判別方法

中國分類號(hào)：O6—334

同名端是指在同一交變磁通的作用下，在任何時(shí)刻兩繞組同時(shí)具有相同感應(yīng)電動(dòng)勢極性的兩個(gè)端子稱為“同名端”。實(shí)際應(yīng)用中常把一組同名端用符號(hào)“·”或“*”作為標(biāo)志，互感線圈標(biāo)上了同名端后，線圈的具體繞法和它們的相對(duì)位置就不需要在圖上表示出來。以下將各種判別同名端的方式方法、原理、注意事項(xiàng)等進(jìn)行分析總結(jié)。

1 觀察分析判別法

此法適用于能直觀看出線圈繞向的情況，無需借助任何檢測儀器儀表，直觀方便。加深理解了變壓器和互感器在設(shè)計(jì)、安裝好后各繞組的繞向就已經(jīng)明確了，因此出廠時(shí)就在外殼上對(duì)同名端進(jìn)行了標(biāo)注，為變壓器和互感器的使用帶來了很大的方便。

1.1繞向判別法：對(duì)于圖一套在長條形鐵芯中的多個(gè)線圈，若從左至右為觀察方向，用A線圈1端點(diǎn)為起始端繞制線圈，線圈的繞向?yàn)轫槙r(shí)針，而B線圈應(yīng)以4端，C線圈以5端點(diǎn)為起始端分別繞制線圈的方向也都為順時(shí)針，所以三個(gè)線圈的1、4、5端點(diǎn)互為同名端。

對(duì)于圖二單相多繞組變壓器線圈，以正對(duì)變壓器的平面為觀察方向，用A線圈1端點(diǎn)為起始端繞制線圈，每繞一圈都是從變壓器外穿進(jìn)變壓器平面內(nèi)的，而B線圈是以4端，C線圈以5端點(diǎn)為起始端分別繞制線圈的方向也是從變壓器外穿進(jìn)變壓器平面內(nèi)的，所以三個(gè)線圈的1、4、5端點(diǎn)互為同名端。

原理：線圈繞向一致的端點(diǎn)在同一交變磁通的作用下感生電動(dòng)勢的極性一定相同。

1.2右手螺旋定則判別法：

方法：對(duì)于圖一和圖二中的A線圈，假設(shè)直流電從線圈的1端流進(jìn)，則產(chǎn)生的磁通方向符合右手螺旋法則，如圖中標(biāo)示方向，那么與直流電在線圈B的4端流進(jìn)，C線圈的5端子流進(jìn)產(chǎn)生的磁通方向一致，則三個(gè)線圈的1、4、5端點(diǎn)互為同名端。

原理：通電線圈電流與磁通的方向關(guān)系符合右手螺旋定則，當(dāng)兩線圈的電流由同名端通入時(shí)，所產(chǎn)生的互感磁通與自感磁通是相互增強(qiáng)的。

2 線圈不通電測試判別法

此方法無需在線圈中通入電流，借助簡單的測量儀器便可判別同名端，安全簡單、直觀性好。加深理解了愣次定律及其應(yīng)用，理解了影響線圈自感、互感大小的因素。

2.1感應(yīng)電動(dòng)勢極性測試法

將圖一中空心線圈中的鐵芯抽出，保持各線圈相對(duì)位置不變，將各線圈的兩個(gè)端點(diǎn)分別接入檢流計(jì)（或電壓表），然后用長條形磁鐵的N極插入線圈中，若檢流計(jì)的偏轉(zhuǎn)方向相同，則各線圈中接入檢流計(jì)中正極的端子互為同名端。如果檢流計(jì)偏轉(zhuǎn)方向相反，則該線圈接入檢流計(jì)中負(fù)極的端子與其他接入檢流計(jì)中正極的端子互為同名端。

原理：應(yīng)用楞次定律判別，用條形磁鐵與線圈的相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生磁通的變化，在各線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，當(dāng)線圈中通過同一變化的磁通時(shí)，任意瞬間各線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢極性相同的端點(diǎn)互為同名端。

注意事項(xiàng)：各線圈感應(yīng)電動(dòng)勢的測試過程可分離分別模擬進(jìn)行，但必須保持線圈端子的相對(duì)位置不變，各線圈插入磁鐵的極性和運(yùn)動(dòng)方向一致。

2.2電感測試法

用LCR數(shù)字電橋先分別測試出兩線圈各自的電感值，然后再測出兩線圈串聯(lián)后的電感值，如串聯(lián)后測試電感數(shù)值小于單獨(dú)測試兩線圈的電感值之和，則測試的兩端（或兩線圈的連接端）為同名端，如其電感值大于單獨(dú)測試兩線圈的電感值之和，則測試的兩端（或兩線圈的連接端）為異名端。

原理：兩個(gè)線圈電感分別為L1和L2，互感為M，若將兩個(gè)線圈異名端相連作正向串聯(lián)（順接）時(shí)，磁場增強(qiáng)，等效電感增大，其等值電感L正=L1+L2+2M；若將兩線圈同名端相連作反相串聯(lián)（反接）時(shí)，磁場削弱，等效電感減小，等值電感L反=LI+L2-2M。

3 直流電判別法

此方法中需給一個(gè)線圈中通入直流電壓后，借助相關(guān)儀器儀表進(jìn)行測試后判別同名端。理解掌握了電感線圈在接通和斷開直流電的瞬間會(huì)產(chǎn)生感生電動(dòng)勢，以及線圈在直流電路中的體現(xiàn)出的特性。

3.1小磁針測試法

將圖一或圖二的每一個(gè)線圈中依次通入直流電，小磁針放置在鐵芯周圍磁場較強(qiáng)的部位，觀察小磁針的偏轉(zhuǎn)方向，如果小磁針的偏轉(zhuǎn)方向相同，則各線圈中接入電源正極的端子互為同名端，如果小磁針偏轉(zhuǎn)方向相反，則該線圈接入電源負(fù)極的端子與其他接入電源正極的線圈端子互為同名端。

原理：線圈中通入直流電時(shí)，在線圈中產(chǎn)生一方向不變的磁通，小磁針檢測的是該點(diǎn)的磁通方向，如果各線圈產(chǎn)生的磁通方向一致，則線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢極性也相同。

注意事項(xiàng)：通入各線圈的直流電壓的數(shù)值必須使得線圈中的電流小于額定電流，防止電流過大燒損線圈。

3.2發(fā)光二極管測試法

在一個(gè)線圈中通入直流電，在另一個(gè)互感線圈中接入LED發(fā)光二極管，在接通直流電的瞬間，如果發(fā)光二極管瞬間閃亮后熄滅，則發(fā)光二極管正極所接的線圈端子與接入直流電電源正極的線圈端子互為同名端，如果發(fā)光二極管在線圈通入瞬間不亮，而是在斷開直流電的瞬間閃亮，則發(fā)光二極管負(fù)極所接的線圈端子與通入直流電電源正極的線圈端子互為同名端。

原理：利用LED發(fā)光二極管的單向?qū)щ娞匦裕?dāng)達(dá)到正向?qū)妷海娏鳎r(shí)，發(fā)光二極管發(fā)光，從而檢測出線圈感應(yīng)電動(dòng)勢的極性。

注意事項(xiàng)：事先查閱發(fā)光二極管的主要參數(shù)，然后根據(jù)額定值計(jì)算調(diào)節(jié)好電源電壓，防止損壞元件。

3.3直流電壓表、電流表測試法

原理：在一個(gè)線圈中通入直流電，在另一個(gè)互感線圈中接入直流電壓表或電流表，在接通直流電的瞬間，如果直流電壓（電流）表的指針正向偏轉(zhuǎn)（或數(shù)顯表顯示正值），則電壓（電流）表正極所接的線圈端子與接入直流電電源正極的線圈端子互為同名端，如果直流電壓（電流）表的指針反向偏轉(zhuǎn)（或數(shù)顯表顯示負(fù)值），則電壓（電流）表正極所接的線圈端子與接入直流電電源負(fù)極的端子互為同名端。endprint

原理：當(dāng)一個(gè)線圈接通直流電源的瞬間，電流從無到有突然變化，產(chǎn)生急劇增強(qiáng)的磁通，在其他線圈中產(chǎn)生互感電動(dòng)勢。接入電源線圈的電流的流入端子為自感電動(dòng)勢的高電位端，通過電壓（電流）表指針的正向偏轉(zhuǎn)，可以確定線圈中互感電動(dòng)勢的極性為接電壓表正極的為高電位端。從而確定自感、互感電動(dòng)勢極性相同的端子互為同名端。

注意事項(xiàng)：在線圈中應(yīng)串接電阻后再接入可調(diào)直流電源，直流電壓表測量的是線圈的開路電壓，直流電流表測量的是線圈的短路電流，合理調(diào)節(jié)好電源電壓的數(shù)值，防止電流過大燒損電流表。

直流法優(yōu)選檢流計(jì)、指針式雙向（正負(fù)）電壓（電流）表、數(shù)顯直流電壓（電流）表，對(duì)于單向偏轉(zhuǎn)的指針表和使用萬用表的直流電壓（電流）檔測量時(shí)，可在已知同名端后，做驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)較為適合。

4 交流電判別法

此方法中需給一個(gè)線圈中通入交流電壓，通過儀器儀表測試后判別同名端。理解掌握了電感線圈在交流電路中的體現(xiàn)出的特性。

4.1交流電壓表測試法

將兩個(gè)線圈串聯(lián)連接后，其中一個(gè)線圈通入交流可調(diào)電源，調(diào)節(jié)電源電壓低于線圈的額定電壓為U1，用交流電壓表分別測量出另外一個(gè)線圈的電壓U2，兩個(gè)線圈串聯(lián)后的總電壓U，若U=U1-U2，則兩測試端（或兩線圈的連接端）互為同名端，若U=U1+U2，則兩測試端（或兩線圈的連接端）互為異名端。

原理：如果同名端相連接，兩個(gè)繞組在鐵心中產(chǎn)生的兩個(gè)磁通就互相抵消，兩個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢也互相抵消總電壓減小。如果異名端相連接，鐵心中兩個(gè)磁通方向相同磁通增強(qiáng)，兩個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢相加總電壓增大。

4.2示波器測試法

使用雙通道示波器，兩個(gè)通道分別接到兩個(gè)線圈的兩個(gè)端點(diǎn)。將其中一個(gè)線圈通入交流可調(diào)（工頻）電源，調(diào)節(jié)示波器使兩線圈電壓的波形通過顯示屏正確顯示出來，如果示波器顯示的兩個(gè)線圈的電壓波形同相（相位差為0），則與示波器的探頭端（或接地夾）相連的兩個(gè)線圈端子互為同名端。若兩個(gè)繞組的電壓波形反相，則CH1通道的探頭端與CH2通道接地夾所接線圈端子互為同名端。

原理；線圈中通入交流電時(shí)，能在本線圈中產(chǎn)生自感電動(dòng)勢，在另外一個(gè)耦合線圈中產(chǎn)生互感電動(dòng)勢，兩線圈電動(dòng)勢的頻率相同，相位同相或反相。

通過以同名端的判別為主線，實(shí)驗(yàn)室為平臺(tái)，豐富的實(shí)驗(yàn)資源為支承，理論結(jié)合實(shí)踐，探索判別同名端的方法，對(duì)判別同名端的各種方法、原理、意義和應(yīng)用有了更深刻的理解與掌握，由點(diǎn)及面，輻射和鏈接了電磁感應(yīng)的相關(guān)知識(shí)，對(duì)電感線圈在交直流電路中體現(xiàn)出的不同特性有了感性認(rèn)識(shí)，對(duì)各種儀器儀表量程的選擇、正確的接線與使用有了深刻的認(rèn)識(shí)，并為變壓器、電機(jī)等繞組的極性判別奠定了基礎(chǔ)。

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