【學(xué)習(xí)課件】第6章-互感耦合電路

1、第六章 互感耦合電路6.1 互 感 兩個相鄰的閉合線圈L1和L2，若一個線圈中的電流發(fā)生變化時，在本線圈中引起的電磁感應(yīng)現(xiàn)象稱為自感，在相鄰線圈中引起的電磁感應(yīng)現(xiàn)象稱為互感。 在本線圈中相應(yīng)產(chǎn)生的感應(yīng)電壓稱為自感電壓，用uL表示；在相鄰線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電壓稱為互感電壓，用uM表示。注腳中的12是說明線圈1的磁場在線圈2中的作用。i11L1L2uL1uM2121精選課件 通過兩線圈的電流是交變的電流，交變電流產(chǎn)生交變的磁場，當(dāng)交變的磁鏈穿過線圈L1和L2時，引起的自感電壓： 兩線圈套在同一個芯子上，因此它們電流的磁場不僅穿過本線圈，還有相當(dāng)一部分穿過相鄰線圈，因此這部分交變的磁鏈在相鄰線圈中也必

2、定引起互感現(xiàn)象，由互感現(xiàn)象產(chǎn)生的感應(yīng)電壓稱為互感電壓：i11L1L2uL1uM212i2221uL2uM12精選課件 互感電壓中的“M”稱為互感系數(shù)，單位和自感系數(shù)L相同，都是亨利H。 互感系數(shù)簡稱互感，其大小只與相鄰兩線圈的幾何尺寸、線圈的匝數(shù)、相互位置及線圈所處位置媒質(zhì)的磁導(dǎo)率有關(guān)?；ジ械拇笮》从沉藘上噜従€圈之間相互感應(yīng)的強(qiáng)弱程度。3精選課件互感現(xiàn)象的應(yīng)用和危害互感現(xiàn)象在電工電子技術(shù)中有著廣泛的應(yīng)用，變壓器就是互感現(xiàn)象應(yīng)用的重要例子。變壓器一般由繞在同一鐵芯上的兩個匝數(shù)不同的線圈組成，當(dāng)其中一個線圈中通上交流電時，另一線圈中就會感應(yīng)出數(shù)值不同的感應(yīng)電動勢，輸出不同的電壓，從而達(dá)到變換電壓的

3、目的。利用這個原理，可以把十幾伏特的低電壓升高到幾萬甚至幾十萬伏特。如高壓感應(yīng)圈、電視機(jī)行輸出變壓器、電壓、電流互感器等?；ジ鞋F(xiàn)象的主要危害：由于互感的存在，電子電路中許多電感性器件之間存在著不希望有的互感場干擾，這種干擾影響電路中信號的傳輸質(zhì)量。4精選課件二、耦合系數(shù) 兩互感線圈之間電磁感應(yīng)現(xiàn)象的強(qiáng)弱程度不僅與它們之間的互感系數(shù)有關(guān)，還與它們各自的自感系數(shù)有關(guān)。我們把表征兩線圈之間耦合的程度用耦合系數(shù)“k” 來表示： 通常一個線圈產(chǎn)生的磁通不能全部穿過另一個線圈，所以一般情況下耦合系數(shù)k1，若漏磁通很小且可忽略不計時：k=1；若兩線圈之間無互感，則M=0,k=0。因此，耦合系數(shù)的變化范圍：0

4、 k 1。5精選課件三、同名端 兩互感線圈感應(yīng)電壓極性始終保持一致的端子稱為同名端。 電流同時由兩線圈上的同名端流入(或流出)時，兩互感線圈的磁場相互增強(qiáng)；否則相互消弱。 * 用一對符號“”予以標(biāo)注，另一對無標(biāo)志端也是同名端。6精選課件例分析判斷下列線圈的同名端。假設(shè)電流同時由1和2流入， 兩電流的磁場相互增強(qiáng)，因此可以判斷：1和2是一對同名端；同理，1和2也是一對同名端。 1i11122i22*7精選課件例分析判斷下圖兩線圈的同名端。已知在開關(guān)S閉合時，線圈2兩端所接電壓表的指針正偏。 開關(guān)S閉合時，電流由零增大且由1流向1，由于線圈2與線圈1之間存在互感，所以*+MUS1221+VS正偏當(dāng)

5、線圈1中的電流變化時，首先要在線圈1中引起一個自感電壓，這個自感電壓的極性和線圈中的電流成關(guān)聯(lián)方向（吸收電能、建立磁場）； 由于兩個線圈之間存在互感，所以線圈1中的電流變化必定在線圈2中也要引起互感電壓，這個互感電壓正是電壓表所指示的數(shù)值，因電壓表正偏，所以互感電壓的極性與電壓表的極性相符，可以判斷：uL*1和2是一對同名端！ 8精選課件 依據(jù)圖中所示參考方向可列出兩線圈的伏安關(guān)系： 自感電壓總是與本線圈中通過的電流取關(guān)聯(lián)參考方向，因此前面均取正號；而互感電壓前面的正、負(fù)號要依據(jù)兩線圈電流的磁場是否一致。如上圖所示兩線圈電流產(chǎn)生的磁場方向一致，因此兩線圈中的磁場相互增強(qiáng)，這時它們產(chǎn)生的互感電壓

6、前面取正號；若兩線圈電流產(chǎn)生的磁場相互消弱時，它們產(chǎn)生的感應(yīng)電壓前面應(yīng)取負(fù)號。i11L1L2uL1uM212i2221uL2uM19精選課件i11L1L2uL1uM212i2221uL2uM1 依據(jù)圖中所示參考方向可列出兩線圈的電壓電流向量關(guān)系式：10精選課件6.2 互感線圈的連接6.2.1 耦合線圈的串聯(lián) 互感線圈L1和L2相串聯(lián)時有兩種情況：(1)一對異名端相聯(lián)，另一對異名端與電路相接，這種連接方法稱為順接串聯(lián)(順串），下圖所示；L1L2i*uL1M*uM2uL2uM11.兩線圈順串時，電流同時由同名端流入（或流出)，因此它們的磁場相互增強(qiáng)，自感電壓和互感電壓同方向，有：11精選課件總電壓

7、即兩線圈順串時等效電感量為：對于向量形式也可以表示為：12精選課件(2)一對同名端相聯(lián)，另一對同名端與電路相接，其連接方法稱為反接串聯(lián)(反串)，下圖所示：L1L2i*uL1M*uM2uL2uM1同理兩線圈反串時等效電感量為：13精選課件6.2.2 耦合線圈的并聯(lián)兩對同名端分別相聯(lián)后并接在電路兩端，稱為同側(cè)相并，如下圖所示；L1L2i*uM*i1i2根據(jù)圖中電壓、電流參考方向可得：i = i1 +i2 解得同側(cè)相并的等效電感量：14精選課件 2. 兩對異名端分別相聯(lián)后并接在電路兩端，稱為異側(cè)相并，如下圖所示：L1L2i*uM*i1i2根據(jù)圖中電壓、電流參考方向可得：i = i1 +i2 解得異側(cè)

8、相并的等效電感量：15精選課件6.3 空心變壓器 常用的實際變壓器有空芯變壓器和鐵芯變壓器兩種類型。本節(jié)介紹的空芯變壓器，是不含鐵芯的耦合線圈或者由兩個具有互感的線圈繞在非鐵磁材料制成的芯子上所組成，其耦合系數(shù)較小，屬于松耦合。 變壓器是利用電磁感應(yīng)原理傳輸電能或電信號的器件。通常有一個初級線圈和一個次級線圈，初級線圈接電源，次級線圈接負(fù)載，能量可以通過磁場的耦合，由電源傳遞給負(fù)載。 因變壓器是利用電磁感應(yīng)原理而制成的，故可以用耦合電感來構(gòu)成它的模型。這一模型常用于分析空芯變壓器電路。16精選課件L1L2i1uSM*i21*u20122R2R1 左圖所示為空芯變壓器的電路模型。其中左端稱為空芯

9、變壓器的初級回路，右端為空芯變壓器的次級回路。 圖中uS為信號源電壓，u20為次級回路的開路電壓。分析由圖可列出空芯變壓器的電壓方程式為：若次級回路接上負(fù)載ZL，則回路方程為：ZL17精選課件稱為空芯變壓器初、次級回路的自阻抗；把稱為空芯變壓器回路的互阻抗。jXL1jXL2jM*1*122R2R1R+jXI1USI2左圖為空芯變壓器的相量模型圖，其中令：由此可得空芯變壓器的回路電壓方程式：18精選課件聯(lián)立方程式可得：令式中為次級對初級的反射阻抗。反射阻抗 Z1r反映了空芯變壓器次級回路通過互感對初級回路產(chǎn)生的影響。19精選課件 引入反射阻抗的概念之后，次級回路對初級回路的影響就可以用反射阻抗來

10、計算。這樣，我們就可以得到如下圖所示的由電源端看進(jìn)去的空芯變壓器的等效電路。當(dāng)我們只需要求解初級電流時，可利用這一等效電路迅速求得結(jié)果。 jXL111R1I1USZ222M 2 反射阻抗的算法不難記憶：用2M2除以次級回路的總阻抗Z22即可。20精選課件6.4 理想變壓器 理想變壓器是一種特殊的無損耗全耦合變壓器，它是從實際變壓器抽象出來的。 (1)變壓器本身無損耗，這意味著繞線圈的金屬導(dǎo)線 無任 何電阻，(2)耦合系數(shù)k=1，即為全耦合；(3)自感系數(shù)L1、L2、 M均為無窮大。一、理想變壓器應(yīng)滿足下列三個條件理想變壓器的電路模型： N1*N2i1u1n:1*i2u221精選課件二、理想變壓器的主要性能1.變壓關(guān)系 理想變壓器在圖示參考方向下，其初級和次級端電壓有效值之比為：U1/U2=N1/N2=nN1*N2i1u1n:1*i2u2