第十章含有耦合電感的電路PPT課件

1、第十章第十章 含有耦合電感的電路含有耦合電感的電路10.1 10.1 互感互感10.2 10.2 含有耦合電感的計算含有耦合電感的計算10.3 10.3 理想變壓器理想變壓器重重 點點1.1.含互感電路的計算含互感電路的計算2.2.理想變壓器原理理想變壓器原理1. 1. 互感互感線圈線圈1中通入電流中通入電流i i1 1時，在線圈時，在線圈1中產(chǎn)生磁通，中產(chǎn)生磁通，同時，有部分磁通穿過臨近線圈同時，有部分磁通穿過臨近線圈2，并在線圈，并在線圈2 2中中產(chǎn)生感應(yīng)電壓的現(xiàn)象，叫產(chǎn)生感應(yīng)電壓的現(xiàn)象，叫互感互感現(xiàn)象。存在互感現(xiàn)現(xiàn)象。存在互感現(xiàn)象的電路叫象的電路叫耦合電感電路耦合電感電路。 21+u11

2、+u21i111N1N210.1 10.1 互感互感自磁通自磁通互磁通互磁通當只有一個線圈時：當只有一個線圈時： 當兩個線圈都有電流時，每一線圈的磁鏈為當兩個線圈都有電流時，每一線圈的磁鏈為自感磁鏈與互感磁鏈的代數(shù)和：自感磁鏈與互感磁鏈的代數(shù)和： M-互感系數(shù)，單位：亨利，該互感系數(shù)，單位：亨利，該值與線值與線圈的形狀、幾何位置、空間媒質(zhì)有關(guān)圈的形狀、幾何位置、空間媒質(zhì)有關(guān) 表示自感磁鏈與互感磁鏈的方向一表示自感磁鏈與互感磁鏈的方向一致或相反致或相反注意注意 1111 1 Li111121 12 LiMi 222212 21 L iMi 定義定義：磁鏈磁鏈 =N2. 2. 耦合系數(shù)耦合系數(shù) 用

3、耦合系數(shù)用耦合系數(shù)k 表示兩個線圈磁耦合的緊密程度。表示兩個線圈磁耦合的緊密程度。121defLLMk k=1 稱全耦合稱全耦合 k1 稱緊耦合稱緊耦合 k=0 稱無耦合稱無耦合 k0 稱松耦合稱松耦合 定義：自感和互感磁鏈方向相同時，對應(yīng)兩個端口上定義：自感和互感磁鏈方向相同時，對應(yīng)兩個端口上電流的流入端（或流出端）電流的流入端（或流出端） 作用：根據(jù)同名端判斷自感與互感磁鏈方向的關(guān)系作用：根據(jù)同名端判斷自感與互感磁鏈方向的關(guān)系 表示：用一對表示：用一對“ ”或或“*”、“”等標記等標記3. 同名端同名端n同名端標記方法：同名端標記方法：1)若知線圈的結(jié)構(gòu)（繞向）若知線圈的結(jié)構(gòu)（繞向） 畫法

4、：畫法：i1i2a和和c同名端同名端2) 若不知線圈的結(jié)構(gòu)：實驗法判斷法若不知線圈的結(jié)構(gòu)：實驗法判斷法 當當K閉合時，如電壓表正偏，則閉合時，如電壓表正偏，則a與與c為同名為同名端；反之端；反之a(chǎn)與與d為同名端。為同名端。4. 4. 耦合電感的伏安關(guān)系耦合電感的伏安關(guān)系 當兩個線圈同時通以電流時，每個線圈兩端當兩個線圈同時通以電流時，每個線圈兩端的電壓均包含自感電壓和互感電壓。的電壓均包含自感電壓和互感電壓。1211112112221222dd dddd ddiiuuuLMttiiuuuMLtt 互感電壓互感電壓互感電壓互感電壓自感電壓自感電壓自感電壓自感電壓例：列出圖示兩個耦合電感的端口電壓

5、方程例：列出圖示兩個耦合電感的端口電壓方程*1i2i1u2u（a）1L2LM*1i2i1u2u（b）1L2LM分析：分析： 互感元件端口電壓包括兩種成分互感元件端口電壓包括兩種成分自感電壓分量：自感電壓分量： 若端口若端口u、i為關(guān)聯(lián)方向，取為關(guān)聯(lián)方向，取“+”號號互感電壓分量：互感電壓分量： 若若互感電壓互感電壓與與施感電流施感電流相對星標方向相對星標方向一致，取一致，取“+”號號解：解： (a) (b)1211ddddiiuLMtt1222ddddiiuMLtttiMtiLudddd2111 tiLtiMudddd2212 121212eqdddddd()()(2)ddddddiiiiii

6、uuuLMMLLLMLtttttt eq122LLLM為串聯(lián)等效電感：串聯(lián)等效電感：1 、耦合電感的串聯(lián)、耦合電感的串聯(lián)*+-u1u2L1L2Mui+-uLeqi*+-u1u2L1L2Mui+-uLeqi*+-u1u2L1L2Mui+-uLeqi（1）順接串聯(lián)）順接串聯(lián)（2）反接串聯(lián)）反接串聯(lián)等效電路等效電路（正串?。ㄕ　?”，反串取，反串取“-”）121212eqdddddd()()(2)ddddddiiiiiiuuuLMMLLLMLtttttt 121212eqdddddd()()(2)ddddddiiiiiiuuuLMMLLLMLtttttt 121212eqdddddd()()(2

7、)ddddddiiiiiiuuuLMMLLLMLtttttt 10.2 10.2 含有耦合電感電路的計算含有耦合電感電路的計算2、耦合電感的并聯(lián)、耦合電感的并聯(lián)ML1L2i1i2i+-u*ML1-ML2-M+-uiML1L2i1i2i+-u*-ML1+ML2+M+-ui（1）同名端相接）同名端相接 （2）異名端相接）異名端相接 等效電路等效電路 *+-u1u2L1L2Mui+-uLeqiMLLMLLLeq221221 （同名端相接取上方符號（同名端相接取上方符號 ）21iii dtdiMLdtdiMdtdiMdtdiLu11211)( dtdiMLdtdiMdtdiLdtdiMu22221)(

8、 dtdiMLdtdiMdtdiMdtdiLu11211)( dtdiMLdtdiMdtdiLdtdiMu22221)( 3.耦合電感的去耦等效電路耦合電感的去耦等效電路 1）“三端三端”耦合電感的互感去耦耦合電感的互感去耦2）“四端四端”耦合電感的互感去耦耦合電感的互感去耦 “四端四端”耦合電感是指沒有公共端鈕的耦合電感，對耦合電感是指沒有公共端鈕的耦合電感，對于此類耦合電感可人為地將其兩端連接成公共端，從而于此類耦合電感可人為地將其兩端連接成公共端，從而變?yōu)樽優(yōu)椤叭巳恕瘪詈想姼?，然后，按耦合電感，然后，按“三端三端”耦合電感的耦合電感的去耦法得等效的無耦合電路。去耦法得等效的無耦合電路

9、。 變壓器：用磁耦合實現(xiàn)能量和信號傳遞變壓器：用磁耦合實現(xiàn)能量和信號傳遞 空心變壓器：心子為非鐵磁材料的變壓器空心變壓器：心子為非鐵磁材料的變壓器111211222()()0LRj L Ij M IUj M IRj LZI11112222MLZRj LZj MZRj LZ 原邊總阻抗原邊總阻抗副邊總阻抗副邊總阻抗互阻抗互阻抗221112211221122()MZUUIZ ZZMZZ副邊對原邊的反射副邊對原邊的反射阻抗阻抗1112211()Uj MZIMZZ2122()rMZZ221112211221122()MZUUIZ ZZMZZ副邊對原邊的反射副邊對原邊的反射阻抗阻抗1112211()Uj

10、 MZIMZZ2122()rMZZ求副邊等效電路：求副邊等效電路：從從ZL看過去的副邊開路電壓：看過去的副邊開路電壓：所以，副邊開路電壓為：所以，副邊開路電壓為：等效阻抗：等效阻抗：其中其中得副邊等效電路：得副邊等效電路：1111UIZ20I 22211()MRj LZ1111Uj M Ij MZ11112211()rZRj LMZZ解：解：原邊回路總阻抗：原邊回路總阻抗：根據(jù)副邊等效電路求根據(jù)副邊等效電路求例：已知空心變壓器參數(shù)例：已知空心變壓器參數(shù)R1=20，L1=5H，R2=2，L2=1H, M=2H,負載電阻負載電阻RL=30，外加電壓，外加電壓 求副求副邊電流邊電流i2及變壓器的效率

11、。及變壓器的效率。1110 2cos10utV2I1110 0U 11112050ZRj Lj負載吸收的功率：負載吸收的功率：1112222111.17 16.7()oLUj MZIAMRj LRZ21.17 2cos(1016.7 )oitA22221.173041.06LPI RW電源提供的功率：先利用原邊等效電路求電源提供的功率：先利用原邊等效電路求1I變壓器的效率變壓器的效率副邊回路總阻抗：副邊回路總阻抗：電源提供的功率電源提供的功率011 11cos110 1.962cos55.95120.85PU IW11211221.96255.95()OUIAMRj LZ22223210LZR

12、j LRj2141.06733.98%120.85PP 理想變壓器：實際變壓器的理想化模型理想變壓器：實際變壓器的理想化模型一、變壓器一、變壓器1212N1 N2+-u1u2i1i2l理想化條件：理想化條件： 21, 1k全耦合全耦合變壓器無損耗變壓器無損耗 原邊原邊副邊副邊磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率 二、理想變壓器二、理想變壓器 1 1符號符號2 2端口特性端口特性i1i2u1u2+-n:1*(*)111222uNn uuuN （ 、方向相對星標一致，否則變號）1212211iNiiiNn （ 、 方向相對星標一致，否則變號）3 3、輸入功率、輸入功率 關(guān)聯(lián)，輸入的功率：關(guān)聯(lián)，輸入的功率：4 4、電阻變換、電阻變換02211iuiup-無源元件、無源元件、 非能元件（不耗能、不儲能）非能元件（不耗能、不儲能） i1i2u1u2+-n:1*R2Rii1u1+-Ri=n R22i1i2u1u2+-n:1*R2Rii1u1+-Ri=n R22變壓器輸入端口等效電阻為變壓器輸入端口等效電阻為： 22Rn212212/iunuRn Riin例：寫出下列電路端口電壓、電流的關(guān)系式例：寫出下列電路端口電壓、電流的關(guān)系式12121UnUIIn 12121UnUIIn 12121UnUIIn 12121