在實驗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驗室中豐富的實驗設備和儀器儀表，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、可調性、可操作性，透過現象分析原理，對判別同名端的各種方法、原理、應用、注意事項作了分析與總結。

關鍵詞： 同名端；電磁感應；探究；判別方法

中國分類號：O6—334

同名端是指在同一交變磁通的作用下，在任何時刻兩繞組同時具有相同感應電動勢極性的兩個端子稱為“同名端”。實際應用中常把一組同名端用符號“·”或“*”作為標志，互感線圈標上了同名端后，線圈的具體繞法和它們的相對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、注意事項等進行分析總結。

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計、安裝好后各繞組的繞向就已經明確了，因此出廠時就在外殼上對同名端進行了標注，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：對于圖一套在長條形鐵芯中的多個線圈，若從左至右為觀察方向，用A線圈1端點為起始端繞制線圈，線圈的繞向為順時針，而B線圈應以4端，C線圈以5端點為起始端分別繞制線圈的方向也都為順時針，所以三個線圈的1、4、5端點互為同名端。

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

原理：線圈繞向一致的端點在同一交變磁通的作用下感生電動勢的極性一定相同。

1.2右手螺旋定則判別法：

方法：對于圖一和圖二中的A線圈，假設直流電從線圈的1端流進，則產生的磁通方向符合右手螺旋法則，如圖中標示方向，那么與直流電在線圈B的4端流進，C線圈的5端子流進產生的磁通方向一致，則三個線圈的1、4、5端點互為同名端。

原理：通電線圈電流與磁通的方向關系符合右手螺旋定則，當兩線圈的電流由同名端通入時，所產生的互感磁通與自感磁通是相互增強的。

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用，理解了影響線圈自感、互感大小的因素。

2.1感應電動勢極性測試法

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

原理：應用楞次定律判別，用條形磁鐵與線圈的相對運動產生磁通的變化，在各線圈中產生感應電動勢，當線圈中通過同一變化的磁通時，任意瞬間各線圈中感應電動勢極性相同的端點互為同名端。

注意事項：各線圈感應電動勢的測試過程可分離分別模擬進行，但必須保持線圈端子的相對位置不變，各線圈插入磁鐵的極性和運動方向一致。

2.2電感測試法

用LCR數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后的電感值，如串聯后測試電感數值小于單獨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：兩個線圈電感分別為L1和L2，互感為M，若將兩個線圈異名端相連作正向串聯（順接）時，磁場增強，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（反接）時，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

此方法中需給一個線圈中通入直流電壓后，借助相關儀器儀表進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產生感生電動勢，以及線圈在直流電路中的體現出的特性。

3.1小磁針測試法

將圖一或圖二的每一個線圈中依次通入直流電，小磁針放置在鐵芯周圍磁場較強的部位，觀察小磁針的偏轉方向，如果小磁針的偏轉方向相同，則各線圈中接入電源正極的端子互為同名端，如果小磁針偏轉方向相反，則該線圈接入電源負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，在線圈中產生一方向不變的磁通，小磁針檢測的是該點的磁通方向，如果各線圈產生的磁通方向一致，則線圈中的感應電動勢極性也相同。

注意事項：通入各線圈的直流電壓的數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發光二極管測試法

在一個線圈中通入直流電，在另一個互感線圈中接入LED發光二極管，在接通直流電的瞬間，如果發光二極管瞬間閃亮后熄滅，則發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，則發光二極管負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發光二極管的單向導電特性，當達到正向導通電壓（電流）時，發光二極管發光，從而檢測出線圈感應電動勢的極性。

注意事項：事先查閱發光二極管的主要參數，然后根據額定值計算調節好電源電壓，防止損壞元件。

3.3直流電壓表、電流表測試法

原理：在一個線圈中通入直流電，在另一個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（或數顯表顯示正值），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（或數顯表顯示負值），則電壓（電流）表正極所接的線圈端子與接入直流電電源負極的端子互為同名端。endprint

原理：當一個線圈接通直流電源的瞬間，電流從無到有突然變化，產生急劇增強的磁通，在其他線圈中產生互感電動勢。接入電源線圈的電流的流入端子為自感電動勢的高電位端，通過電壓（電流）表指針的正向偏轉，可以確定線圈中互感電動勢的極性為接電壓表正極的為高電位端。從而確定自感、互感電動勢極性相同的端子互為同名端。

注意事項：在線圈中應串接電阻后再接入可調直流電源，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，合理調節好電源電壓的數值，防止電流過大燒損電流表。

直流法優選檢流計、指針式雙向（正負）電壓（電流）表、數顯直流電壓（電流）表，對于單向偏轉的指針表和使用萬用表的直流電壓（電流）檔測量時，可在已知同名端后，做驗證性的實驗較為適合。

4 交流電判別法

此方法中需給一個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出的特性。

4.1交流電壓表測試法

將兩個線圈串聯連接后，其中一個線圈通入交流可調電源，調節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線圈的電壓U2，兩個線圈串聯后的總電壓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，兩個繞組在鐵心中產生的兩個磁通就互相抵消，兩個感應電動勢也互相抵消總電壓減小。如果異名端相連接，鐵心中兩個磁通方向相同磁通增強，兩個感應電動勢相加總電壓增大。

4.2示波器測試法

使用雙通道示波器，兩個通道分別接到兩個線圈的兩個端點。將其中一個線圈通入交流可調（工頻）電源，調節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）相連的兩個線圈端子互為同名端。若兩個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，能在本線圈中產生自感電動勢，在另外一個耦合線圈中產生互感電動勢，兩線圈電動勢的頻率相同，相位同相或反相。

通過以同名端的判別為主線，實驗室為平臺，豐富的實驗資源為支承，理論結合實踐，探索判別同名端的方法，對判別同名端的各種方法、原理、意義和應用有了更深刻的理解與掌握，由點及面，輻射和鏈接了電磁感應的相關知識，對電感線圈在交直流電路中體現出的不同特性有了感性認識，對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識，并為變壓器、電機等繞組的極性判別奠定了基礎。

參考文獻：

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