電路分析基礎(chǔ)第06章耦合電感與變壓器.ppt

1、第六章 耦合電感與變壓器,6.1 耦 合 電 感 6.2 耦合電感電路分析 6.3 空 芯 變 壓 器 6.4 理 想 變 壓 器 6.5 鐵 芯 變 壓 器,6.1 耦 合 電 感,當(dāng)線圈通過變化的電流時(shí)，它的周圍將建立感應(yīng)磁場(chǎng)。如果兩個(gè)線圈的磁場(chǎng)存在相互作用，就稱這兩個(gè)線圈具有磁耦合。具有磁耦合的兩個(gè)或兩個(gè)以上的線圈，稱為耦合線圈。耦合線圈的理想化模型就是耦合電感,1.耦合電感的伏安關(guān)系 當(dāng)電流i流過一個(gè)孤立的單個(gè)線圈時(shí)，如圖6-1所示，線圈的周圍將會(huì)產(chǎn)生磁通，如果線圈由N匝組成，且線匝繞得很緊密，各匝都與相同的磁通相交鏈，則線圈的匝數(shù)N與磁通的乘積便是該線圈的磁鏈，記作。 =N,圖6-1

2、電感線圈及其磁通,2.耦合線圈的同名端 結(jié)合式(6-4)，式(6-12)可以寫成如下形式： u1=uL1uM1 u2=uM2+uL2,式中，uL1和uL2為線圈和線圈的自感電壓，uM1和uM2為耦合電感的互感電壓。自感電壓總是為正，負(fù)感電壓卻可正可負(fù)。由于實(shí)際的線圈產(chǎn)品往往被外殼密封，看不出線圈的繞向，因此難以根據(jù)楞次定理確定互感電壓的正負(fù)。另外，在電路圖中要求畫出每個(gè)線圈的繞向及線圈間的相對(duì)位置也很不方便,定義一：在有互感存在的兩個(gè)線圈中，如果知道電流i1的流入端和它產(chǎn)生的互感電壓極性端，則當(dāng)i10且di1 / dt0時(shí)，i1的流入端和它產(chǎn)生的互感電壓的高電位端便是該耦合電感的同名端。 定義

3、二：如果知道線圈繞向和電流的流向，則當(dāng)電流i1和i2產(chǎn)生的自感磁通和互感磁通方向一致時(shí)，電流i1和i2所指向的端鈕就是同名端,3.耦合電感的儲(chǔ)能 當(dāng)兩線圈電流的流入端為同名端時(shí)，互感系數(shù)前取正號(hào)；反之，取負(fù)號(hào)。由于耦合電感是無源元件，因此它任何時(shí)刻的儲(chǔ)能都不可能為負(fù)值,6.2 耦合電感電路分析,1.耦合電感的相量模型 2.耦合電感的串聯(lián)和并聯(lián) (1) 耦合電感的串聯(lián) 與普通電感相串聯(lián)不同，耦合電感的串聯(lián)分為順接串聯(lián)和反接串聯(lián)兩種方式。順接串聯(lián)是指兩個(gè)線圈的異名端相接，如圖6-11(a)所示。如果將互感電壓用受控源電壓替代，便有圖6-11(b)所示的等效電路,圖6-11 耦合電感的串聯(lián),2) 耦

4、合電感的并聯(lián) 耦合電感的并聯(lián)也分為兩種形式，一種是兩線圈的同名端兩兩相接，如圖6-13(a)所示，稱為同側(cè)并聯(lián)(順并)；另一種是兩線圈的異名端兩兩相接，稱為異側(cè)并聯(lián)(反并)，如圖6-13(d)所示,圖6-13 耦合電感的并聯(lián),3.耦合電感的去耦等效電路 (1) “三端”耦合電感的互感去耦 “三端”耦合電感如圖6-15所示，它是由兩個(gè)串聯(lián)耦合線圈從連接點(diǎn)引出一個(gè)公共端所構(gòu)成的。由于串聯(lián)線圈有順接和反接之分，因此“三端”耦合電感也有順接和反接之分。如圖6-15(a)和(b)所示,圖6-15,2) “四端”耦合電感的互感去耦 “四端”耦合電感是指沒有公共端鈕的耦合電感，如圖6-17(a)和(b)所示

5、。對(duì)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)椤叭恕瘪詈想姼?，如圖6-17(c)和(d)所示。然后，按“三端”耦合電感的去耦法得等效的無耦合電路，如圖6-17(e)和(f)所示,圖6-17 “四端”耦合電感,4.耦合電感電路分析 在正弦穩(wěn)態(tài)下，含耦合電感的電路分析方法有兩種，一種是直接根據(jù)耦合電感的伏安關(guān)系列出電路方程，求解被求變量；另一種是結(jié)合耦合電感的互感去耦原理，作出等效去耦電路后，列出電路方程，求解被求變量,6.3 空 芯 變 壓 器,變壓器是利用耦合線圈間的磁耦合來實(shí)現(xiàn)電路與電路之間傳遞能量或傳輸信號(hào)的器件的，它通常由兩個(gè)或兩個(gè)以上具有互感的線圈構(gòu)成。其中，有的線圈接電源

6、，稱為初級(jí)線圈或原線圈；有的線圈接負(fù)載，稱為次級(jí)線圈或副線圈,1.空芯變壓器的電路方程 2.空芯變壓器的初級(jí)等效電路 3.空芯變壓器的次級(jí)等效電路,6.4 理 想 變 壓 器,理想變壓器也是一種耦合器件，它是從實(shí)際變壓器中抽象出來的理想化模型。它的電路模型與耦合電感的符號(hào)相同，如圖6-32所示。 理想變壓器是靜態(tài)元件，無記憶功能，不儲(chǔ)存能量,圖6-32理想變壓器,1.理想變壓器的電壓、電流和功率 (1) 電壓關(guān)系 (2) 電流關(guān)系 (3) 功率,2.理想變壓器的阻抗變換性質(zhì) 除了改變電壓、電流大小的特性外，理想變壓器還具有改變阻抗大小的特性。 3.含理想變壓器電路的計(jì)算,6.5 鐵 芯 變 壓 器,1.鐵芯變壓器的工作原理 鐵芯變壓器的示意圖如圖6-42(a)所示。它的線繞芯架是由硅鋼片或鐵氧體等鐵磁材料制成的，這些材料的磁導(dǎo)率非常高(高出空氣幾千甚至幾萬倍,圖6-42 鐵芯變壓器,如果漏磁通s1和s2分別與自身線圈完全相交鏈，便有漏磁鏈s1=N1s1和s2=N2s2，對(duì)應(yīng)的電感叫作漏感。 如果考慮線圈損耗電阻R