电路分析基础-互感耦合电路与变压器

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电路分析基础第6章-耦合电感和理想变压器课件.ppt

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uL1
d 11
dt
L1
di1 dt
uL2
d 22
dt
L2
di2 dt
(6.1-10)
第6章 耦合电感和理想变压器 图6.1-3 耦合电感的自感电压和互感电压
第6章 耦合电感和理想变压器
由互感磁链产生的感应电压称为互感电压。若互感电压
的极性与互感磁链的方向按右手螺旋定则选取(见图6.1-3(a)), 则线圈1和线圈2的互感电压分别为
第6章 耦合电感和理想变压器
在图6.1-2中,线圈1通电流i1,由i1所产生的并与线圈1 相交链的磁通Φ11称为线圈1的自感磁通,磁通Φ11的方向与 电流i1的参考方向符合右手螺旋定则。自感磁通Φ11与线圈1 的匝数N1的乘积为线圈1的自感磁链,即ψ11=N1Φ11。自 感磁链ψ11与电流i1的关系如下:
第6章 耦合电感和理想变压器 图6.2-8 例6.2-5用图
第6章 耦合电感和理想变压器
6.3 空 芯 变 压 器
空芯变压器通常由两个具有磁耦合的线圈绕在非铁磁材 料制成的空芯骨架上构成。它在高频电路和测量仪器中获得 广泛应用。由于变压器是利用电磁感应原理制作的,因此可 以用耦合电感来构成它的模型。图6.3-1(a)所示为空芯变压 器的电路模型。
di1 dt
(6.1-12)
根据右手螺旋定则,可标出电流所产生的磁通方向如图
6.1-3(b)所示。取感应电压极性与产生它的磁通方向符合右 手螺旋关系,则耦合电感的伏安关系为
u1
uL1
uM1
L1
di1 dt
M
di2 dt
u2
uL2
uM 2
L2
di2 dt
M
di1 dt

电路分析基础(第二版) 曾令琴 人民邮电出版社 课后答案 指导与解答6 课后答案【khdaw_lxywyl】

电路分析基础(第二版) 曾令琴 人民邮电出版社 课后答案 指导与解答6 课后答案【khdaw_lxywyl】
80Ω + · n:1 · ui - 80Ω 10Ω (a)电路图 82
解析:理想变压器必须满足三个条件:①无损耗;②耦合系数 K=1;③线圈的电感量和
解析:理想变压器是一个线性非记忆元件,它既不耗能,也不能储能,但它在能量传递

aw
40Ω + u i /2 - ·




件,表征理想变压器的电路参数只有它的初、次级之间的匝数比n。如果一个空心变压器的L 1 、


致,其磁场相互增强;而图 6.2 中互感电压u M2 的表达式前面之所以取“-”号,是因为两电
互感电路的分析方法
当两互感线圈的一对异名端相联,另一对异名端与电路其它部分相接时,构成的联接方
aw


+ u2 - + u1 - 图 6.1 具有互感的两个线圈
.c o
i1 i2 - u2 + + u1 - 图 6.2 两线圈的磁场相互削弱
ww
式称为互感线圈的顺向串联;若互感线圈的一对同名端相联,另一对同名端与二端网络相连, 所构成的连接方式称为它们的反向串联。 实际工程应用中,为了在小电流情况下获得强磁场,互感线圈一般为顺串,顺串后的等
79
w. kh d
6. 2
1、学习指导 (1)互感线圈的串联
(2)K=1 和 K=0 各表示两个线圈之间怎样的关系? 解析:K=1 说明两个线圈之间达到了全耦合;K=0 表示两个线圈之间无耦合作用。 (3)两个有互感的线圈,一个线圈两端接电压表,当另一线圈输入电流的瞬间,电压表 解析:电压表向正值方向摆动,说明线圈两端的互感电压极性与电压表极性相同;线圈
ww
图 6.11 例 6.3 题电路图与等效电路图
(3)在图 6.11 电路图中,若 n=4,则接多大的负载电阻可获得最大功率? R 40 2 2.5 时可获得最大功率。 解析:若n=4,则R L 11 2 4 n

第七章 -互感耦合与变压器

第七章 -互感耦合与变压器


L1 R1
- d
U ab 10 / 0oV
. .
.
U ab 10 / 0 I1 R jL1 3 j 4 2 / 53.1o A
o
U cd jM I 1 U ab j 2 / 53.1o 10 4 / 36.9o 10 13.4 / 10.3oV
M k L1L 2
L1
N1
L2
N2
11
21
i1
自感磁通链为
互感磁通链为
线圈1中的磁通为11 交链线圈2的磁通为21
11 L1i1 21 M 21i1
互感系数
思考:若线圈2中通过电流i2,则自感磁通链为? 互感磁通链为?
22 L2i2
12 M12i2
M12 M 21
.
US 4 j2 ( j10 j 5) (30 j 30) 1 j j 20 ( j10 j 5) (30 j 30)
.
应用阻抗并联分流关系求得流
. j10 j 5 I2 I 1 245o ( j10 j 5) (30 j30) .
M
I2

+ jL2 U 2 –
U1 jL1 I1 jMI 2
U 2 jL2 I 2 jMI1
理想变压器的阻抗变换质
一、互感线圈的串联
互感的线圈串联时有两种接法——顺向串 联(异名端相连)和反向串联(同名端连)。
1. 顺向串联
异名端联在一起的串联方式,顺向串联。
Ls ( )2 R 2 (
Ls 18 0.057 2 50
反向串联时,线圈电阻不变,由已知条件可求出反 向串联时的等效电感:

电路第7章含有耦合电感的电与变压器精品文档

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U 2 jM I 1 j4 2 5 3 .1 8 3 6 .9 V
i 1 2 2 c o s ( 2 0 0 0 t 5 3 . 1 ) A u 2 8 2 c o s ( 2 0 0 0 t 3 6 . 9 ) V
开关S闭合时:
U 1 (R 1 jL 1 )I 1 jM I 2 (R 2jL 2)I2jM I1 = 0
dt

M
di1 dt
线圈1的自感电压 线圈2的互感电压
u11

e1

L1
d i1 dt
u 21 e2 M
d i1 dt
e 1 称为自感电动势 e 2 称为互感电动势
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第7章 含有耦合电感的电路与变压器
同理:对于b)图有
e1

d12
dt

M
di2 dt
e2
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第7章 含有耦合电感的电路与变压器
(2)反接 (同名端相连)
u
u1
u2

L1
di dt
M
di dt
L2
di dt
M
di dt
di (L1 L2 2M) dt
Ldi dt
相量式为 U U 1 U 2 j(L 1 L 2 2 M )I
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第7章 含有耦合电感的电路与变压器
【例7.3】如图电路中,输入电压 u1102co2s0t0V 0,
R1 3,L 1 2 m ,L 2 3 H m , M H 2 m , R 2 H 8 。
i 试求开关S打开与闭合时的 1 和u 2 。

电路分析基础-耦合电感与变压器

电路分析基础-耦合电感与变压器
若i1,i2以及u1,u2的参考方向对同名端不一致,则前表达 式中符号取反。
例:
+

例:
+

1:n
+ *
* –
2:1
*
* +
对同名端不 一致,取“ -” 对同名端不 一致,取“ +”
对同名端一 致,取“+ ”对同名端一 致,取“- ”
2. 理想变压器的功率性质:
理想变压器的特性方程为代数关系,因此无记忆作用。
当线圈周围无铁磁物质(空心线圈)时,有
12
22
N1
i2
N2
+ u12 – + u22 –
可以证明:M12= M21= M。
互感系数 M 只与两个线圈的几何尺寸、匝数 、 相互 位置和周围的介质磁导率有关。
耦合系数 k: (coupling coefficient) 表示两个线圈磁耦合的紧密程度。 可以证明, 0 k1
Z11 + –
初级等效电路
关于反映阻抗:
1. 次级在初级中的反映阻抗:
2. 与同名端无关。
3. 当Z22为容性 →Zref1为感性。
当Z22为感性 →Zref1为容性 。
1.
当Z22为电阻 →Zref1为电阻 。
4. 同理,初级在次级中的反映阻抗:
次级等效之一: + –
另: 也可以利用戴文南等效作次级等效。
RL
uS

n2RL
当 n2RL=RS时匹配,即 10n2=1000
n2=100, n=10 .
例:
1 1 : 10
+
+**
+
50

第7章 互感耦合电路与变压器

第7章  互感耦合电路与变压器

1.顺向串联:
将耦合电感两个线圈的异名端串联连接,即电流由同名端流入
M
i
i L1 M
L1
L2
u
u
L2 M
(a)
(b)
图7-8 顺向串联及去耦合等效电路
M

I
L1
L2


jL1 I jM I

jL2 I

jM I

U
图7-8 (a) 顺向串联顺向串联

I
L1 M

U
L2 M
去耦图合7等-8效(b电) 去路耦合等效电路
I1 0.28A
I2 0.2A U2 2V
电路吸收的功率就是电阻R吸收的功率
P
I
2 2
R
பைடு நூலகம்
0.22
10
0.4W
【例7-5】 如图7-17(a)所示电路,已知U• S 2e j45 V,L1 L2 3,
M
1,R
1,1
C
2。求
I1、
I2、U2 和电路吸收的功率
P。
jM


I1
I2

I1


U jL2 I 2 jM I1
•• •
I I1 I2



I
j
U L1L2 M 2
U
jL
L1 L2 2M
等效电感
L L1L2 M 2 L1 L2 2M
4.异侧并联
将耦合电感两个线圈的异名端分别连接一起

I

I
-M



U
jL1 I 1

第7章 互感耦合电路与变压器

第7章  互感耦合电路与变压器

1和2是一对同名端!线圈串联、并联时的处理方法
,熟练写出互感元件两端的电压表达式,了解互感线 圈T型等效的方法。
6.2.1 互感线圈的串联
互感线圈L1和L2相串联时有两种情况:(1)一对异 名端相联,另一对异名端与电路相接,这种连接方法 称为顺接串联(顺串),下左图所示;
M
di1 , dt
uM1
M
di2 dt
L1
L2
ψ1
uL1
uM2
依据图中所示参考方向可
ψ21 列出两线圈端电压的相量表达
ψψ122
式分别为:



U 1 j I 1 X L1 j I 2 X M
i1 uM1
i2 uL2



U 2 j I 2 X L2 j I1 X M
自感电压总是与本线圈中通过的电流取关联参考
在本线圈中相应产生的感应电压
L1
L2
称为自感电压,用uL表示;在
相邻线圈中产生的感应电压
ψ1
ψ12
称为互感电压,用uM表示。
uL1
uM2
注脚中的12是说明线圈1的磁 i1
场在线圈2中的作用。
6.1.2 互感电压
通过两线圈的电流是交变 的电流,交变电流产生交变的 磁场,当交变的磁链穿过线圈
L1
L2
ψ1
i1
uL1 uM1
ψ1 uL2 uM2
ψ12 i2
互感现象的应用和危害
• 互感现象在电工电子技术中有着广泛的应用,变 压器就是互感现象应用的重要例子。
• 变压器一般由绕在同一铁芯上的两个匝数不同的 线圈组成,当其中一个线圈中通上交流电时,另 一线圈中就会感应出数值不同的感应电动势,输 出不同的电压,从而达到变换电压的目的。利用 这个原理,可以把十几伏特的低电压升高到几万 甚至几十万伏特。如高压感应圈、电视机行输出 变压器、电压、电流互感器等。

电路分析基础~~第七章 耦合电感与理想变压器

电路分析基础~~第七章 耦合电感与理想变压器
11
21
i1 + u1
i2 + u2
1 (t ) 11 (t ) 12 (t ) 2 (t ) 22 (t ) 21 (t )


12
22
自感磁链与互感磁链的方向可能相同也可能相反,由线圈 电流方向、线圈绕向等因素决定。因此广义的讲,每一个线圈 的总磁链又可表示为
初级回路的自阻抗 次级回路的自阻抗
jωM +
I1 R1
R2
jωL2
I2
RL
US
jωL1
US I1 (M ) 2 Z11 Z 22

(b)
j M I I2 1 Z 22
(M ) 2 Z i Z11 Z 22
空芯变压器从电源端看进去的输入阻抗为
次级回路在初级回 路的反映阻抗
7-3 空芯变压器
变压器也是电路中常用的一种器件,其电路模型由耦 合电感构成。
空芯变压器:耦合电感中的两个线圈绕在非铁磁性材料的 芯子上,则构成空芯变压器 铁芯变压器:耦合电感中的两个线圈绕在铁芯上,则构成
铁芯变压器
空芯变压器和铁芯变压器的主要区别: 前者属松耦合,耦合系数K较小, 后者属紧耦合,耦合系数K接近于1。
( R1 jL1 ) I 1 jMI 2 U S jMI 1 ( R2 RL jL2 ) I 2 0
令 Z11 R1 jL1 Z 22 R2 RL jL2 则上式可变换为 Z11 I 1 jMI 2 U S jMI 1 Z 22 I 2 0 求解以上方程可得:
a
j2Ω b

US 100 I1 4.38 38 A 4 (M ) 2 1 j3 Z11 1 j2 Z 22
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L1
L2
ψ1
uL1 i1 uM1 uM2 i2 uL2
ψ21 ψ2 ψ12
依据图中所示参考方向可 列出两线圈端电压的相量表达 式分别为:
U 1 j I 1 X L1 j I 2 X M U 2 j I 2 X L2 j I 1 X M

自感电压总是与本线圈中通过的电流取关联参考 方向,因此前面均取正号;而互感电压前面的正、负 号要依据两线圈电流的磁场是否一致。如上图所示两 线圈电流产生的磁场方向一致,因此两线圈中的磁场 相互增强,这时它们产生的互感电压前面取正号;若 两线圈电流产生的磁场相互消弱时,它们产生的感应 电压前面应取负号。
第6章 互感耦合电路与变压器
6.1 互感 的概念 6.5 全耦合 变压器
6.2 互感 电路的 分析方法
6.4 理想 变压器 6.3 空芯 变压器
本章教学目的及要求
了解互感的含义,掌握具有互感的 两个线圈中电压与电流之间的关系;理 解同名端的意义,掌握互感线圈串联、 并联的计算及互感的等效;理解理想变 压器的概念、掌握含有理想变压器电路 的计算方法,理解全耦合变压器的特点, 熟悉全耦合变压器在电路中的分析处理 方法。
互感电压中的“M”称为互感系数,单位和自感 系 数L相同,都是亨利[H]。由于两个线圈的互感属于 12 21 相互作用,因此,对任意两个相邻的线圈总有:
M M 12 M 21 i1 i2
互感系数简称互感,其大小只与相邻两线圈的几 何尺寸、线圈的匝数、相互位置及线圈所处位置媒质 的磁导率有关。互感的大小反映了两相邻线圈之间相 L1 L2 互感应的强弱程度。
学习目标:了解互感现象,掌握具有互感的线圈两
端电压的表示方法,了解耦合系数的含义,熟悉同 名端与互感电压极性之间的关系。 6.1.1 互感现象 两个相邻的闭合线圈L1和L2,若一个线圈中的电 流发生变化时,在本线圈中引起的电磁感应现象称为 自感,在相邻线圈中引起的电磁感应现象称为互感。 L1 L2 在本线圈中相应产生的感应电压 称为自感电压,用uL表示;在 ψ12 ψ1 相邻线圈中产生的感应电压 uL1 uM2 称为互感电压,用uM表示。 i1 注脚中的12是说明线圈1设备中的线圈都是密封在壳体 内,一般无法看到线圈的绕向,因此在电路图中常常 也不采用将线圈绕向绘出的方法,通常采用“同名端 标记”表示绕向一致的两相邻线圈的端子。如: * *
2.同名端
·
·
同名端的概念: ♣ 两互感线圈感应电压极性始终保持一致的端子称 为同名端。 ♣ 电流同时由两线圈上的同名端流入(或流出)时, 两互感线圈的磁场相互增强;否则相互消弱。
练习:写出右图所示两线圈
端电压的解析式和相量表达 式。
ψ21
ψ2
ψ1 i1 uL1 uM1
ψ12 i2
uL2 uM2
互感现象的应用和危害
• 互感现象在电工电子技术中有着广泛的应用,变 压器就是互感现象应用的重要例子。 • 变压器一般由绕在同一铁芯上的两个匝数不同的 线圈组成,当其中一个线圈中通上交流电时,另 一线圈中就会感应出数值不同的感应电动势,输 出不同的电压,从而达到变换电压的目的。利用 这个原理,可以把十几伏特的低电压升高到几万 甚至几十万伏特。如高压感应圈、电视机行输出 变压器、电压、电流互感器等。 • 互感现象的主要危害:由于互感的存在,电子电 路中许多电感性器件之间存在着不希望有的互感 场干扰,这种干扰影响电路中信号的传输质量。
判断下列线圈的同名端。 i1 假设电流同时由1和2'流入, 1· 2 两电流的磁场相互增强,因此 i2 1' 2' 可以判断:1和2'是一对同名端; 1 · 2 同理,2和1'也是一对同名端。 判断下列线圈的同名端。 线圈的同名端必须两两确定 1 · 2 · 3 1和2'同时流入电流产生的磁场 方向一致是一对同名端; 2' 3' 2和3'同时流入电流产生的磁场 1' 方向一致也是一对同名端; 3和1'同时流入电流产生的磁场方向一致,同样也是 一对同名端。
6.1.3
耦合系数和同名端
1.耦合系数 两互感线圈之间电磁感应现象的强弱程度不仅与 它们之间的互感系数有关,还与它们各自的自感系数 有关,并且取决于两线圈之间磁链耦合的松紧程度。 我们把表征两线圈之间磁链耦合的松紧程度用耦 合系数“k” 来表示: M k L1 L2 通常一个线圈产生的磁通不能全部穿过另一个线 圈,所以一般情况下耦合系数k<1,若漏磁通很小且 可忽略不计时:k=1;若两线圈之间无互感,则M=0, k=0。因此,耦合系数的变化范围:0 ≤ k ≤ 1。
Δ * * * Δ *
S 1 *
判断下图两线圈的同名端。已知在开关S闭合 时,线圈2两端所接电压表的指针正偏。
M

2* + 开关S闭合时,电流由零增 V 正偏 大由1流向1',由于线圈2与 2' - 线圈1之间存在互感,所以
+

US
uL
1'

当线圈1中的电流变化时,首先要在线圈1中引起一个 自感电压,这个自感电压的极性和线圈中的电流成关 联方向(吸收电能、建立磁场); 由于两个线圈之间存在互感,所以线圈1中的电 流变化必定在线圈2中也要引起互感电压,这个互感 电压正是电压表所指示的数值,因电压表正偏,所以 互感电压的极性与电压表的极性相符,可以判断: 1和2是一对同名端!
6.1 互感的概念
6.1.2 互感电压 L1 L2 通过两线圈的电流是交变 ψ21 ψ 1 的电流,交变电流产生交变的 ψ2 ψ12 磁场,当交变的磁链穿过线圈 L1和L2时,引起的自感电压: uL1 uM2 i1 i2 di1 di2 u L1 L1 , u L2 L2 , uM1 uL2 dt dt 两线圈套在同一个芯子上,因此它们电流的磁场 不仅穿过本线圈,还有相当一部分穿过相邻线圈, 因此这部分交变的磁链在相邻线圈中也必定引起 互感现象,由互感现象产生的互感电压: di1 di2 u M2 M , u M1 M dt dt
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