含有耦合電感的電路課件

1、第第1010章章 含有耦合電感的電路含有耦合電感的電路l重點(diǎn)重點(diǎn) 1. 1.互感和互感電壓互感和互感電壓 2. 2.有互感電路的計(jì)算有互感電路的計(jì)算 3. 3.空心變壓器和理想變壓器空心變壓器和理想變壓器10.1 10.1 互感互感1. 1. 互感互感 耦合電感元件屬于多端元件，在實(shí)際電路中，如收音機(jī)、耦合電感元件屬于多端元件，在實(shí)際電路中，如收音機(jī)、電視機(jī)中的中周線圈、振蕩線圈，整流電源里使用的變壓器電視機(jī)中的中周線圈、振蕩線圈，整流電源里使用的變壓器等都是耦合電感元件，熟悉這類多端元件的特性，掌握包含等都是耦合電感元件，熟悉這類多端元件的特性，掌握包含這類多端元件的電路問題的分析方法是非常

2、必要的。這類多端元件的電路問題的分析方法是非常必要的。線圈線圈1 1中通入電流中通入電流i i1 1時(shí)，在線圈時(shí)，在線圈1 1中產(chǎn)生磁通中產(chǎn)生磁通( (magnetic flux)，同時(shí)，有部分磁通穿過臨近線圈，同時(shí)，有部分磁通穿過臨近線圈2 2，這部分磁通稱為，這部分磁通稱為互感磁通。兩線圈間有磁的耦合?；ジ写磐?。兩線圈間有磁的耦合。+u11+u21i1 11 21N1N2定義定義 ：磁鏈磁鏈 (magnetic linkage)， =N 當(dāng)線圈周圍無鐵磁物質(zhì)當(dāng)線圈周圍無鐵磁物質(zhì)( (空心線圈空心線圈) )時(shí)時(shí)， 與與i 成正比成正比, ,當(dāng)只有當(dāng)只有一個(gè)線圈時(shí)：一個(gè)線圈時(shí)： 。為自感系數(shù)，

3、單位亨為自感系數(shù)，單位亨稱稱H)( 111111LiL 當(dāng)兩個(gè)線圈都有電流時(shí)，每一線圈的磁鏈為自磁鏈與當(dāng)兩個(gè)線圈都有電流時(shí)，每一線圈的磁鏈為自磁鏈與互磁鏈的代數(shù)和：互磁鏈的代數(shù)和： 2121112111 iMiL 1212221222 iMiL 。為為互互感感系系數(shù)數(shù)，單單位位亨亨、稱稱H)( 2112MM注注（1 1）M值與線圈的形狀、幾何位置、空間媒質(zhì)有關(guān)，與值與線圈的形狀、幾何位置、空間媒質(zhì)有關(guān)，與線圈中的電流無關(guān)，滿足線圈中的電流無關(guān)，滿足M12=M21（2 2）L L總為正值，總為正值，M值有正有負(fù)值有正有負(fù). .2. 2. 耦合系數(shù)耦合系數(shù) (coupling coefficien

4、t) 用耦合系數(shù)用耦合系數(shù)k 表示兩個(gè)表示兩個(gè)線圈磁耦合的緊密程度線圈磁耦合的緊密程度。121def LLMk當(dāng)當(dāng) k=1 稱全耦合稱全耦合: 漏磁漏磁 s1 = s2=0即即 11= 21 ， 22 = 121)(2211211222112121221 iLiLMiMiLLMLLMk一般有：一般有：耦合系數(shù)耦合系數(shù)k與線圈的結(jié)構(gòu)、相互幾何位置、空間磁介質(zhì)有關(guān)與線圈的結(jié)構(gòu)、相互幾何位置、空間磁介質(zhì)有關(guān)互感現(xiàn)象互感現(xiàn)象利用利用變壓器：信號、功率傳遞變壓器：信號、功率傳遞避免避免干擾干擾克服：合理布置線圈相互位置或增加屏蔽減少互感作用?？朔汉侠聿贾镁€圈相互位置或增加屏蔽減少互感作用。當(dāng)當(dāng)i i1

5、 1為時(shí)變電流時(shí)，磁通也將隨時(shí)間變化，從而在線為時(shí)變電流時(shí)，磁通也將隨時(shí)間變化，從而在線圈兩端產(chǎn)生感應(yīng)電壓。圈兩端產(chǎn)生感應(yīng)電壓。 dddd111111tiLtu 當(dāng)當(dāng)i1、u11、u21方向與方向與 符合右手螺旋時(shí)，根據(jù)電磁感符合右手螺旋時(shí)，根據(jù)電磁感應(yīng)定律和楞次定律：應(yīng)定律和楞次定律： 當(dāng)兩個(gè)線圈同時(shí)通以電流時(shí)，每個(gè)線圈兩端的電壓當(dāng)兩個(gè)線圈同時(shí)通以電流時(shí)，每個(gè)線圈兩端的電壓均包含自感電壓和互感電壓：均包含自感電壓和互感電壓：tiMtudd dd 12121 自感電壓自感電壓互感電壓互感電壓3. 3. 耦合電感上的電壓、電流關(guān)系耦合電感上的電壓、電流關(guān)系在正弦交流電路中，其相量形式的方程為在正

6、弦交流電路中，其相量形式的方程為22122111 jjjj ILIMUIMILU 兩線圈的自磁鏈和互磁鏈相助，互感電壓取正，兩線圈的自磁鏈和互磁鏈相助，互感電壓取正，否則取負(fù)。表明互感電壓的正、負(fù)：否則取負(fù)。表明互感電壓的正、負(fù)：（1）與電流的參考方向有關(guān)。）與電流的參考方向有關(guān)。（2）與線圈的相對位置和繞向有關(guān)。）與線圈的相對位置和繞向有關(guān)。注注tiLtiMuuutiMtiLuuudd dd dd dd2212221221112111 4.4.互感線圈的同名端互感線圈的同名端對自感電壓，當(dāng)對自感電壓，當(dāng)u, i 取關(guān)聯(lián)參考方向，取關(guān)聯(lián)參考方向，u、i與與 符合符合右螺旋定則，其表達(dá)式為右螺旋

7、定則，其表達(dá)式為 dddd dd 111111111tiLtNtu 上式上式 說明，對于自感電壓由于電壓電流為同一線圈說明，對于自感電壓由于電壓電流為同一線圈上的，只要參考方向確定了，其數(shù)學(xué)描述便可容易地寫上的，只要參考方向確定了，其數(shù)學(xué)描述便可容易地寫出，可不用考慮線圈繞向。出，可不用考慮線圈繞向。i1u11對互感電壓，因產(chǎn)生該電壓的的電流在另一線圈上，對互感電壓，因產(chǎn)生該電壓的的電流在另一線圈上，因此，要確定其符號，就必須知道兩個(gè)線圈的繞向。這在因此，要確定其符號，就必須知道兩個(gè)線圈的繞向。這在電路分析中顯得很不方便。電路分析中顯得很不方便。為解決這個(gè)問題引入同名端的為解決這個(gè)問題引入同名

8、端的概念。概念。tiMutiMudd dd1313112121 當(dāng)兩個(gè)電流分別從兩個(gè)線圈的對應(yīng)端子同當(dāng)兩個(gè)電流分別從兩個(gè)線圈的對應(yīng)端子同時(shí)流入或流出，若所產(chǎn)生的磁通相互加強(qiáng)時(shí)，時(shí)流入或流出，若所產(chǎn)生的磁通相互加強(qiáng)時(shí)，則這兩個(gè)對應(yīng)端子稱為兩互感線圈的同名端。則這兩個(gè)對應(yīng)端子稱為兩互感線圈的同名端。 * 同名端同名端i1+u11+u21 11 0N1N2+u31N3 si2i3注意：線圈的同名端必須兩兩確定。注意：線圈的同名端必須兩兩確定。確定同名端的方法：確定同名端的方法：(1) (1) 當(dāng)兩個(gè)線圈中電流同時(shí)由同名端流入當(dāng)兩個(gè)線圈中電流同時(shí)由同名端流入( (或流出或流出) )時(shí)，兩時(shí)，兩個(gè)電流產(chǎn)

9、生的磁場相互增強(qiáng)。個(gè)電流產(chǎn)生的磁場相互增強(qiáng)。 i1122*112233* 例例(2) (2) 當(dāng)隨時(shí)間增大的時(shí)變電流從一線圈的一端流入時(shí)，將當(dāng)隨時(shí)間增大的時(shí)變電流從一線圈的一端流入時(shí)，將會引起另一線圈相應(yīng)同名端的電位升高。會引起另一線圈相應(yīng)同名端的電位升高。 同名端的實(shí)驗(yàn)測定：同名端的實(shí)驗(yàn)測定：i1122*R SV+電壓表正偏。電壓表正偏。0 , 0 22 dtdiMudtdi如圖電路，當(dāng)閉合開關(guān)如圖電路，當(dāng)閉合開關(guān)S時(shí)，時(shí)，i增加，增加， 當(dāng)兩組線圈裝在黑盒里，只引出四個(gè)端線組，要當(dāng)兩組線圈裝在黑盒里，只引出四個(gè)端線組，要確定其同名端，就可以利用上面的結(jié)論來加以判斷。確定其同名端，就可以利用

10、上面的結(jié)論來加以判斷。由同名端及由同名端及u、i參考方向確定互感線圈的特性方程參考方向確定互感線圈的特性方程 有了同名端，以后表示兩個(gè)線圈相互作用，就不再考有了同名端，以后表示兩個(gè)線圈相互作用，就不再考慮實(shí)際繞向，而只畫出同名端及參考方向即可。慮實(shí)際繞向，而只畫出同名端及參考方向即可。tiMudd121 tiMudd121 i1*u21+Mi1*u21+MtiMtiLudddd2111 tiLtiMudddd2212 i1*L1L2+_u1+_u2i2MtiMtiLudddd2111 tiLtiMudddd2212 i1*L1L2+_u1+_u2i2Mi1*L1L2+_u1+_u2i2Mi1*

11、L1L2+_u1+_u2i2M例例寫寫出出圖圖示示電電路路電電壓、壓、電電流流關(guān)關(guān)系系式式例例i1*L1L2+_u2MR1R2+_u21010i1/At/s)()(H,1,H2,H5,10 2211tutuMLLR和和求求已已知知 tstVstVtiMtu2 021 1010 10dd)(12解解 tstVtstVttiLiRtu2 021 150 10010 50 100dd)(11110.2 10.2 含有耦合電感電路的計(jì)算含有耦合電感電路的計(jì)算1. 1. 耦合電感的串聯(lián)耦合電感的串聯(lián)（1 1） 順接串聯(lián)順接串聯(lián)tiLRitiMLLiRRiRtiMtiLtiMtiLiRudd dd)2()

12、( dddddddd21212211 MLLLRRR2 2121 iRLu+iM*u2+R1R2L1L2u1+u+去耦等效電路去耦等效電路（2 2） 反接串聯(lián)反接串聯(lián)MLLLRRR2 2121 tiLRitiMLLiRRiRtiMtiLtiMtiLiRudddd)2()( dddddddd21212211 )(2121LLM 互感不大于兩個(gè)自感的算術(shù)平均值?；ジ胁淮笥趦蓚€(gè)自感的算術(shù)平均值。02 21 MLLLiM*u2+R1R2L1L2u1+u+iRLu+ 順接一次，反接一次，就可以測出互感：順接一次，反接一次，就可以測出互感：4反反順順LLM 全耦合時(shí)全耦合時(shí) 21LLM 221212121

13、)(22LLLLLLMLLL 當(dāng)當(dāng) L1=L2 時(shí)時(shí) , M=L4M 順接順接0 反接反接L=互感的測量方法：互感的測量方法：在正弦激勵(lì)下：在正弦激勵(lì)下：*1 U+R1R2j L1+j L22 Uj M U I )2(j)(2121IMLLIRRU+ I 1IR 1jIL jIM 2IR 2jIL jIM1 U2 U U I 1IR 1jIL jIM 2IR 2jIL jIM1 U2 U U相量圖：相量圖：(a) (a) 順接順接(b) (b) 反接反接（1） 同側(cè)并聯(lián)同側(cè)并聯(lián)tiMtiLudddd211 tiMLLMLLudd2)(21221 0 2)(21221 MLLMLLLeqi =

14、i1 +i2 解得解得u, i 的關(guān)系：的關(guān)系：2. 2. 耦合電感的并聯(lián)耦合電感的并聯(lián)*Mi2i1L1L2ui+tiMtiLudddd122 等效電感：等效電感：如全耦合：如全耦合：L1L2=M2當(dāng)當(dāng) L1 L2 ，Leq=0 ( (物理意義不明確物理意義不明確) )L1=L2 ， Leq=L (相當(dāng)于導(dǎo)線加粗，電感不變相當(dāng)于導(dǎo)線加粗，電感不變) ) （2） 異側(cè)并聯(lián)異側(cè)并聯(lián)*Mi2i1L1L2ui+tiMtiLudddd211 i = i1 +i2 tiMtiLudddd122 tiMLLMLLudd2)(21221 解得解得u, i 的關(guān)系：的關(guān)系：等效電感：等效電感：0 2)(2122

15、1 MLLMLLLeq3.3.耦合電感的耦合電感的T T型等效型等效（1 1） 同名端為共端的同名端為共端的T T型去耦等效型去耦等效*j L1 I1 I2 I123j L2j M21113 jj IMILU12223 jj IMILU 21 III j)(j11IMIML j)(j22IMIML j (L1-M) I1 I2 I123j Mj (L2-M)（2 2） 異名端為共端的異名端為共端的T T型去耦等效型去耦等效*j L1 I1 I2 I123j L2j Mj (L1M) I1 I2 I123j Mj (L2M)21113 jj IMILU 12223 jj IMILU 21 III

16、 j)(j11IMIML j)(j22IMIML *Mi2i1L1L2ui+*Mi2i1L1L2u+u+j (L1M) I1 I2 Ij Mj (L2M)j (L1M)1 I2 Ij Mj (L2M)4. 4. 受控源等效電路受控源等效電路2111 IMjILjU 1222 IMjILjU *Mi2i1L1L2u+u+j L11 I2 Ij L2+2 IMj 1 IMj +2 U+1 U例例abL 求等效電感求等效電感M=3H6H2H0.5H4HabM=4H6H2H3H5HabM=1H9H2H0.5H7Hab-3HLab=5H4H3H2H1Hab3HLab=6H解解5. 5. 有互感的電路的計(jì)

17、算有互感的電路的計(jì)算 (1) (1) 有互感的電路的計(jì)算仍屬正弦穩(wěn)態(tài)分析，前面介紹的有互感的電路的計(jì)算仍屬正弦穩(wěn)態(tài)分析，前面介紹的 相量分析的方法均適用。相量分析的方法均適用。 (2) (2) 注意互感線圈上的電壓除自感電壓外，還應(yīng)包含互感注意互感線圈上的電壓除自感電壓外，還應(yīng)包含互感 電壓。電壓。 (3) (3) 一般采用支路法和回路法計(jì)算。一般采用支路法和回路法計(jì)算。列寫下圖電路的回路電流方程。列寫下圖電路的回路電流方程。例例1MuS+CL1L2R1R2*+ki1i1SUIIMjILjILjR )()(3231111 213MuS+CL1L2R1R2*+ki1i113132222)()(I

18、kIIMjILjILjR 0)()()1(23132211321 IIMjIIMjILjILjICjLjLj 解解例例2 2求圖示電路的開路電壓。求圖示電路的開路電壓。1I)2(313111 MLLjRUIS M12+_+_SUocU* M23M31L1L2L3R1)2()( 313113123123131311231120MLLjRUMMMLjILjIMjIMjIMjUSc 解解1 1作出去耦等效電路，作出去耦等效電路，( (一對一對消一對一對消):):M12* M23M13L1L2L3* M23M13L1M12L2M12L3+M12L1M12 +M23 M13 L2M12M23 +M13

19、L3+M12M23 M13 解解2 2L1M12 +M23L2M12 M23L3+M12 M23 M13L1M12 +M23 M13 L2M12M23 +M13 L3+M12M23 M13 R1 + +_SUocU1I)2(313111 MLLjRUIS )2()(3131131231230MLLjRUMMMLjUSc 例例3 3要使要使i=0，問電源的角頻率為多少？問電源的角頻率為多少？ZRCL1L2MiuS+L1 L2C R + SUIMZ*L1M L2MC R + SUIZM解解CM 1 當(dāng)當(dāng)MC1 0 I10.3 10.3 空心變壓器空心變壓器*j L11 I2 Ij L2j M+S

20、UR1R2Z=R+jX 變壓器由兩個(gè)具有互感的線圈構(gòu)成，一個(gè)線圈接向變壓器由兩個(gè)具有互感的線圈構(gòu)成，一個(gè)線圈接向電源，另一線圈接向負(fù)載，變壓器是利用互感來實(shí)現(xiàn)從電源，另一線圈接向負(fù)載，變壓器是利用互感來實(shí)現(xiàn)從一個(gè)電路向另一個(gè)電路傳輸能量或信號的器件。當(dāng)變壓一個(gè)電路向另一個(gè)電路傳輸能量或信號的器件。當(dāng)變壓器線圈的芯子為非鐵磁材料時(shí)，稱空心變壓器。器線圈的芯子為非鐵磁材料時(shí)，稱空心變壓器。1. 1. 空心變壓器電路空心變壓器電路原邊回路原邊回路副邊回路副邊回路2. 2. 分析方法分析方法（1 1） 方程法分析方程法分析*j L11 I2 Ij L2j M+S UR1R2Z=R+jXS2111 j-

21、) j( UIMILR 0)j(j2221 IZLRIM令令 Z11=R1+j L1， Z22=(R2+R)+j( L2+X)回路方程：回路方程：S2111 j- UIMIZ 0j2221 IZIM )(22211S1 ZMZUI 222111Sin)( ZMZIUZ 1122211S2222211S2)(1j)(j ZMZZUMZZMZUMI 1 I+S UZ11222)(ZM原邊等效電路原邊等效電路2 I+oc UZ22112)(ZM副邊等效電路副邊等效電路（2 2） 等效電路法分析等效電路法分析lllXRXRXMXRRMXRMZMZjj j)(2222222222222222222222

22、2222222 Zl= Rl+j Xl2222222222XRRMRl 2222222222XRXMXl 11in2 , , 0ZZI 即即副副邊邊開開路路當(dāng)當(dāng)1 I+S UZ11222)(ZM副邊對原邊的引入阻抗。副邊對原邊的引入阻抗。引入電阻。引入電阻。恒為正恒為正 , 表示副邊回路表示副邊回路吸收的功率是靠原邊供給的。吸收的功率是靠原邊供給的。引入電抗。引入電抗。負(fù)號反映了引入電負(fù)號反映了引入電抗與付邊電抗的性質(zhì)相反?？古c付邊電抗的性質(zhì)相反。原邊等效電路原邊等效電路引入阻抗反映了副邊回路對原邊回路的影響。從物理意引入阻抗反映了副邊回路對原邊回路的影響。從物理意義講，雖然原副邊沒有電的聯(lián)系

23、，但由于互感作用使閉合的義講，雖然原副邊沒有電的聯(lián)系，但由于互感作用使閉合的副邊產(chǎn)生電流，反過來這個(gè)電流又影響原邊電流電壓。副邊產(chǎn)生電流，反過來這個(gè)電流又影響原邊電流電壓。從能量角度來說從能量角度來說 : :電源發(fā)出有功電源發(fā)出有功 P= I12(R1+Rl)I12R1 消耗在原邊；消耗在原邊；I12Rl 消耗在付邊，由互感傳輸。消耗在付邊，由互感傳輸。2221 j IZIM 證證明明22222222212)()(IXRIM 222221222222222)(IRIXRRM 11Soc jZUMU 112)(ZM原邊對副邊的引入阻抗。原邊對副邊的引入阻抗。利用戴維寧定理可以求得利用戴維寧定理可

24、以求得空心變壓器副邊的等效電路空心變壓器副邊的等效電路 。 副邊開路時(shí)，副邊開路時(shí)， 原邊電流在副邊產(chǎn)原邊電流在副邊產(chǎn) 生的互感電壓。生的互感電壓。2 I+oc UZ22112)(ZM副邊等效電路副邊等效電路（3 3） 去耦等效法分析去耦等效法分析 對含互感的電路進(jìn)行去耦等效，變?yōu)闊o互感的電對含互感的電路進(jìn)行去耦等效，變?yōu)闊o互感的電路，再進(jìn)行分析。路，再進(jìn)行分析。已知已知 US=20 V , 原邊引入阻抗原邊引入阻抗 Zl=10j10 .求求: ZX 并求負(fù)載獲得的有功功率并求負(fù)載獲得的有功功率.101010j42222jZZMZXl 8 . 9 j2 . 010200)1010(410101

25、04 jjjjZX此時(shí)負(fù)載獲得的功率：此時(shí)負(fù)載獲得的功率： W101010202 lRRPP）（引引 W104 , *2S11 RUPZZl實(shí)際是最佳匹配：實(shí)際是最佳匹配：解：解：* *j10 2 Ij10 j2+S U10 ZX+S U10+j10 Zl=10j10 例例1解解L1=3.6H , L2=0.06H , M=0.465H , R1=20 , R2=0.08 , RL=42 , 314 314rad/s,V 0115o sU. , :21II求求應(yīng)用原邊等效電路應(yīng)用原邊等效電路4 .1130j20j1111 LRZ 85.18+08.42=j+=2222jLRRZL 818842

26、2)1 .24(3 .4621 .2411.46146o2222.-jZXZMl1 I+S UZ11222)(ZM 例例2*j L11 I2 Ij L2j M+S UR1R2RL解解1A)9 .64(111. 08 .1884224 .1130200115o11S1 jjZZUIl應(yīng)用副邊等效電路應(yīng)用副邊等效電路VjjLjRUMjIMjUSOC085.144 .1130200115146 111 85.18906 .1130213164 .113020146)(2112jjZMAjjZIMjI1351. 01 .2411.461 .252 .1685.1808.429 .64111. 0146

27、2212 解解22 I+oc UZ22112)(ZMAjjUIOC0353. 008.42085.1485.1808.425 .182 例例3全耦合互感電路如圖，求電路初級端全耦合互感電路如圖，求電路初級端ab間的等效阻抗。間的等效阻抗。* *L1aM+S UbL2解解1111 jLZ 222 jLZ 22222)(LMjZMZl )1()1( 21212122111kLjLLMLjLMjLjZZZlab 解解2畫出去耦等效電路畫出去耦等效電路L1M L2M+ SUMab)1( )1( )( )/()(212121222122121kLLLMLLMLLLMLMMLMLMMLLab 例例4L1=

28、L2=0.1mH , M=0.02mH , R1=10 , C1=C2=0.01 F , 問問：R2=？能吸收最大功能吸收最大功率率, 求最大功率。求最大功率。V 010o sU解解1 10)1 j(11111CLRZ 222222)1 j(RCLRZ 2222400)(RZMZl 10 106 6rad/s,* *j L1j L2j M+S UR1C2R2C1 100 21LL 1001121CC 20 M 應(yīng)用原邊等效電路應(yīng)用原邊等效電路+S U10 2400R當(dāng)當(dāng)21140010RZZl R2=40 時(shí)吸收最大功率時(shí)吸收最大功率WP5 . 2)104(102max 解解2應(yīng)用副邊等效電路

29、應(yīng)用副邊等效電路4010400)(112 ZMZl +oc UR240)(112 ZM VjjZUMjUSOC2010102011 當(dāng)當(dāng) 402RZl時(shí)吸收最大功率時(shí)吸收最大功率WP5 . 2)404(202max 例例5圖示互感電路已處于穩(wěn)態(tài)，圖示互感電路已處于穩(wěn)態(tài)，t=0時(shí)開關(guān)打開，時(shí)開關(guān)打開，求求t 0+時(shí)開路電壓時(shí)開路電壓u2(t)。* *0.2H0.4HM=0.1H+10 40Vu2+10 5 10 解解* *0.2H0.4HM=0.1H+10 40Vu2+10 5 10 副邊開路，對原邊回路無影響，開路電壓副邊開路，對原邊回路無影響，開路電壓u2(t)中只有中只有互感電壓。先應(yīng)用三

30、要素法求電流互感電壓。先應(yīng)用三要素法求電流i(t).iAii1211510/1040)0()0( 10 0 ts01. 0202 . 0 t0)( iAeeiiititt100)()0()()( VeedtddtdiMtutt100100210)(1 . 0)( 解解例例6*uS(t)Z100 CL1L2MttuCMLS cos2100)(,201120 2 ，已已知知問問Z為何值時(shí)其上獲得最大為何值時(shí)其上獲得最大功率，求出最大功率。功率，求出最大功率。（1）判定互感線圈的）判定互感線圈的同名端。同名端。（2）作去耦等效電路）作去耦等效電路j100 j20 j20 100 j( L-20) 0

31、0100 j100 100 j( L-20) 00100 j100 100 j( L-20) 00100 uocj100 100 j( L-20) uocVjjjUjUSoc045250100100100100)100100100 5050100/100jjZeq 5050*jZZeqWRUPeqoc25504)250(42max 10.410.4 理想變壓器理想變壓器 121LLMk 1.1.理想變壓器的三個(gè)理想化條件理想變壓器的三個(gè)理想化條件 理想變壓器是實(shí)際變壓器的理想化模型，是對互理想變壓器是實(shí)際變壓器的理想化模型，是對互感元件的理想科學(xué)抽象，是極限情況下的耦合電感。感元件的理想科學(xué)抽

32、象，是極限情況下的耦合電感。（2）全耦合）全耦合（1）無損耗）無損耗線圈導(dǎo)線無電阻，做芯子的鐵磁材料的線圈導(dǎo)線無電阻，做芯子的鐵磁材料的磁導(dǎo)率無限大。磁導(dǎo)率無限大。（3）參數(shù)無限大）參數(shù)無限大nLLMLL 2121, 2, 1NN ,但但 以上三個(gè)條件在工程實(shí)際中不可能滿足，但在一些實(shí)以上三個(gè)條件在工程實(shí)際中不可能滿足，但在一些實(shí)際工程概算中，在誤差允許的范圍內(nèi)，把實(shí)際變壓器當(dāng)理際工程概算中，在誤差允許的范圍內(nèi)，把實(shí)際變壓器當(dāng)理想變壓器對待，可使計(jì)算過程簡化。想變壓器對待，可使計(jì)算過程簡化。 i1122N1N2 2211212.2.理想變壓器的主要性能理想變壓器的主要性能（1）變壓關(guān)系）變壓關(guān)

33、系1 kdtdNdtdu 111 dtdNdtdu 222 nNNuu 2121*n:1+_u1+_u2*n:1+_u1+_u2理想變壓器模型理想變壓器模型若若nNNuu 2121（2）變流關(guān)系）變流關(guān)系i1*L1L2+_u1+_u2i2MdtdiMdtdiLu2111 )()(1)(210111tiLMduLtit 考慮到理想化條件：考慮到理想化條件： 121LLMk nLLL 21211NN ,0nLLLM1121 )(1)(21tinti 若若i1、i2一個(gè)從同名端流入，一個(gè)從同名端流出，則有：一個(gè)從同名端流入，一個(gè)從同名端流出，則有：)(1)(21tinti n:1理想變壓器模型理想變

34、壓器模型（3）變阻抗關(guān)系）變阻抗關(guān)系ZnIUnInUnIU22222211)( /1 *1 I2 I+2 U+1 Un : 1Z1 I+1 Un2Z 理想變壓器的阻抗變換性質(zhì)只改變阻抗的理想變壓器的阻抗變換性質(zhì)只改變阻抗的大小，不改變阻抗的性質(zhì)。大小，不改變阻抗的性質(zhì)。注注（b）理想變壓器的特性方程為代數(shù)關(guān)系，因此理想變壓器的特性方程為代數(shù)關(guān)系，因此它是無記憶的多端元件。它是無記憶的多端元件。 21nuu 211ini *+n : 1u1i1i2+u20)(111112211 niuniuiuiup（a a）理想變壓器既不儲能，也不耗能，在電路）理想變壓器既不儲能，也不耗能，在電路中只起傳遞信

35、號和能量的作用。中只起傳遞信號和能量的作用。（4）功率性質(zhì)）功率性質(zhì)表明：表明：例例1已知電源內(nèi)阻已知電源內(nèi)阻RS=1k ，負(fù)載電阻負(fù)載電阻RL=10 。為使為使RL上獲得最大功率，求理想變壓器的變比上獲得最大功率，求理想變壓器的變比n。n2RL+uSRS當(dāng)當(dāng) n2RL=RS時(shí)匹配，即時(shí)匹配，即10n2=1000 n2=100， n=10 .* *n : 1RL+uSRS應(yīng)用變阻應(yīng)用變阻抗性質(zhì)抗性質(zhì)例例21 I2 I*+2 U+1 U1 : 1050 +V010o 1 .2 U求求方法方法1：列方程：列方程 10121UU 2110II o110101 UI05022 UI解得解得V033.3

36、3o2 U方法方法2：阻抗變換：阻抗變換V0100 1010oS1oc UUU0 , 012 II1 I2150)101(2 +1 U+V010o 1 V 0310212/11010oo1 UV033.33 101o112 UUnU方法方法3：戴維南等效：戴維南等效1 I2 I* *+oc U+1 U1 : 10+V010o 1 :ocU求求求求Req：Req=102 1=100 戴維南等效電路：戴維南等效電路：+2 U+V0100o 100 50 V033.3350501000100oo2 UReq* *1 : 101 例例3理想變壓器副邊有兩個(gè)線圈，變比分別為理想變壓器副邊有兩個(gè)線圈，變比

37、分別為5:15:1和和6:16:1。求原邊等效電阻求原邊等效電阻R。*+1 U+5 : 14 *6 : 15 1 I2 I3 I2 U+3 U332211IUIUIU 562 452213321222111IIUIIUIIU 280536425 3322222111IUnIUnIUR把次級線圈看作串聯(lián)把次級線圈看作串聯(lián) 562 452*+1 U+5 : 14 *6 : 15 1 I2 I3 I2 U+3 U332211IUIUIU 213321222111UIUUIUUIU 450753514251 3223221211 UnIUnIUIG 286.6474501GR把次級線圈看作并聯(lián)把次級線

38、圈看作并聯(lián)例例4已知圖示電路的等效阻抗已知圖示電路的等效阻抗Zab=0.25 ，求理想變求理想變壓器的變比壓器的變比n。解解102 n+1 U1.5 2 3 U I+U應(yīng)用阻抗變換應(yīng)用阻抗變換外加電源得：外加電源得： 10)3(221nUIU )105 . 1()3(22nUIU 21UnU 130102 nInU 130105 . 125. 02 nnIUZabn=0.5 or n=0.25Zab* *n : 11.5 10 + 32U 2U例例5求電阻求電阻R 吸收的功率吸收的功率解解應(yīng)用回路法應(yīng)用回路法 21UnU 211InI 11 UUIS2322UII 解得解得1 I2 I* *+

39、2 U+1 U1 : 10+SU1 1 1 R=1 123SUII 322nnnnUIS23)121(3 23RIP 例例62 I*+ U+n1 : 1R1n2 : 1R2 I4 I2 U+4 U3 U1 U+R3ab求入端電阻求入端電阻Rab解解422131 UnUnUUU 4423422224232121)()(IIRRIInIIIRIRn 442222214221 IUnIUnIUnIUnIURab 423223222243213121)()(IIRnRRnIIRnRRn 2412nInII 2142nnII 2213222121)(nnRRnRnRab 10.5 10.5 實(shí)際變壓器的

40、電路模型實(shí)際變壓器的電路模型實(shí)際變壓器是有損耗的，也不可能全耦合，實(shí)際變壓器是有損耗的，也不可能全耦合， k 1。且且 L1，M，L2 , , 。除了用具有互感的電路來分析計(jì)。除了用具有互感的電路來分析計(jì)算以外，還常用含有理想變壓器的電路模型來表示。算以外，還常用含有理想變壓器的電路模型來表示。1.1.理想變壓器理想變壓器( (全耦合，無損，全耦合，無損， = 線性變壓器線性變壓器) ) 21UnU 211InI 21nuu 211ini i1*+_u1+_u2i2n:1理想變壓器模型理想變壓器模型2.2.全耦合變壓器全耦合變壓器(k=1，無損無損 ， ， 線性線性) )由于全耦合，所以仍滿足

41、：由于全耦合，所以仍滿足：2121NNnUU *j L11 I2 Ij L2j M+2 U+1 U21111 j1InULI 全耦合變壓器的等值電路圖全耦合變壓器的等值電路圖*j L11 I2 I+2 U+1 Un : 1理想變壓器理想變壓器L1：激磁電感激磁電感 (magnetizing inductance ) 0I（空載激磁電流）空載激磁電流）2111 j j IMILU 又因又因3.3.無損非全耦合變壓器無損非全耦合變壓器( (忽略損耗忽略損耗，k 1， 線性線性) ) 21i1i2+u1u2 12 1s 2sN1N2111S11111d dd dd dddudtdiLttttNuS

42、222S22222d dd dd dddudtdiLttttNuS SS2211 線圈中的磁通看成是漏磁線圈中的磁通看成是漏磁通加全耦合磁通，即：通加全耦合磁通，即：全耦合全耦合 磁通磁通在線性情況下，有：在線性情況下，有：由此得無損非全耦合變壓器的電路模型：由此得無損非全耦合變壓器的電路模型：* *L1+n : 1L1SL2Si1u1u2i2+u1+u2L1S, L2S：漏電感漏電感(leakage inductance)4. 4. 有損耗的非全耦合變壓器有損耗的非全耦合變壓器(k 1， ， 線性線性) * *L1+n : 1L1SL2Si1u1u2i2RmR1R2考慮了導(dǎo)線考慮了導(dǎo)線和鐵芯

43、損耗和鐵芯損耗全耦合變壓器全耦合變壓器以上是在線性情況下討論實(shí)際變壓器。實(shí)際上鐵心變壓器以上是在線性情況下討論實(shí)際變壓器。實(shí)際上鐵心變壓器由于鐵磁材料由于鐵磁材料 B BH H特性的非線性特性的非線性, , 初級和次級都是非線性元初級和次級都是非線性元件，原本不能用線性電路的方法來分析計(jì)算，但漏磁通是通件，原本不能用線性電路的方法來分析計(jì)算，但漏磁通是通過空氣閉合的，認(rèn)為漏感過空氣閉合的，認(rèn)為漏感L LS1S1，L LS2 S2 基本上是線性的，磁化電感基本上是線性的，磁化電感L L1 1雖是非線性的，但其值很大，并聯(lián)在電路上只取很小的電流雖是非線性的，但其值很大，并聯(lián)在電路上只取很小的電流影

44、響很小，電機(jī)學(xué)中常用這種等值電路。影響很小，電機(jī)學(xué)中常用這種等值電路。例例圖示為全耦合變壓器，求初級電流和輸出電壓。圖示為全耦合變壓器，求初級電流和輸出電壓。*j2 1 I2 Ik=1+2 U+001 j8 8 解解做全耦合變壓器等效電路做全耦合變壓器等效電路*j2 1 I2 I+2 U+001 n : 18 2182 2121 LLLLn j2 1 I+1 U+001 2 AjjI5 . 05 . 021211 VnUnUUS01202 fNcK8H5E2A+x(u$rZnWkThPeMbJ7G4C1z-w&t!qYmVjRgOdL9I6F3B0y(v%s#oXlUiQfNbK8H5

45、D2A+x*u$rZnWkShPeMaJ7G4C1z)w&t!pYmVjRgOcL9I6E3B0y(v%r#oXlTiQfNbK8G5D2A-x*u$qZnVkShPdMaJ7F4C0z)w&s!pYmUjRgOcL9H6E3B+y(v%r#oWlTiQeNbK8G5D1A-x*t$qZnVkSgPdMaI7F4C0z)v&s!pXmUjRfOcK9H6E2B+y(u%rZoWlThQeNbJ8G4D1A-w*t$qYnVkSgPdLaI7F3C0z)v&s#pXmUiRfOcK9H5E2B+x(u%rZoWkThQeMbJ8G4D1z-w*t!qYnVjSgO

46、dLaI6F3C0y)v%s#pXlUiRfNcK9H5E2A+x(u$rZoWkThPeMbJ7G4D1z-w&t!qYmVjSgOdL9I6F3B0y)v%s#oXlUiQfNcK8H5D2A+x*u$rZnWkShPeMaJ7G4C1z)w&t!pYmVjRgOdL9I6E3B0y(v%s#oXlTiQfNbK8H5D2A-x*u$qZnWkShPdMaJ7F4C1z)w&s!pYmUjRgOcL9H6E3B+y(v%r#oWlTiQeNbK8G5D2A-x*t$qZnVkShPdMaI7F4C0z)w&s!pXmUjRfOcL9H6E2B+y(u%r#o

47、WlThQeNbJ8G5D1A-w*t$qYnVkSgPdLaI7F3C0z)v&s!pXmUiRfOcK9H6E2B+x(u%rZoWlThQeMbJ8G4D1A-w*t!qYnVjSgPdLaI6F3C0y)v&s#pXlUiRfNcK9H5E2A+x(u$rZoWkThPeMbJ7G4D1z-w*t!qYmVjSgOdLaI6F3B0y)v%s#pXlUiQfNcK8H5E2A+x*u$rZnWkThPeMaJ7G4C1z-w&t!pYmVjRgOdL9I6E3B0y(v%s#oXlUiQfNbK8H5D2A+x*u$qZnWkShPeMaJ7F4C1z)w&am

48、p;t!pYmUjRgOcL9I6E3B+y(v%r#oXlTiQeNbK8G5D2A-x*t$qZnVkShPdMaI7F4C0z)w&s!pYmUjRfOcL9H6E3B+y(u%r#oWlTiQeNbJ8G5D1A-x*t$qYnVkSgPdMaI7F3C0z)v&s!pXmUiRfOcK9H6E2B+x(u%rZoWlThQeNbJ8G4D1A-w*YmUjRfOcL9H6E3B+y(u%r#oWlTiQeNbJ8G5D1A-x*t$qYnVkSgPdMaI7F3C0z)v&s!pXmUjRfOcK9H6E2B+y(u%rZoWlThQeNbJ8G4D1A-w*

49、t$qYnVjSgPdLaI7F3C0y)v&s#pXmUiRfNcK9H5E2B+x(u$rZoWkThQeMbJ7G4D1z-w*t!qYnVjSgOdLaI6F3C0y)v%s#pXlUiRfNcK8H5E2A+x(u$rZnWkThPeMbJ7G4C1z-w&t!qYmVjRgOdL9I6F3B0y(v%s#oXlUiQfNcK8H5D2A+x*u$rZnWkShPeMaJ7G4C1z)w&t!pYmVjRgOcL9I6E3B0y(v%r#oXlTiQfNbK8G5D2A-x*u$qZnVkShPdMaJ7F4C0z)w&s!pYmUjRgOcL9H6E

50、3B+y(v%r#oWlTiQeNbK8G5D1A-x*t$qZnVkSgPdMaI7F4C0z)v&s!pXmUjRfOcK9H6E2B+y(u%rZoWlThQeNbJ8G5D1A-w*t$qYnVkSgPdLaI7F3C0z)v&s#pXmUiRfOcK9H5E2B+x(u%rZoWkPdMaI7F4C0z)v&s!pXmUjRfOcL9H6E2B+y(u%r#oWlThQeNbJ8G5D1A-w*t$qYnVkSgPdLaI7F3C0z)v&s#pXmUiRfOcK9H5E2B+x(u%rZoWkThQeMbJ8G4D1z-w*t!qYnVjSgPdLa

51、I6F3C0y)v&s#pXlUiRfNcK9D1A-w*t$qYnVkSgPdLaI7F3C0z)v&s#pXmUiRfOcK9H5E2B+x(u%rZoWlThQeMbJ8G4D1A-w*t!qYnVjSgPdLaI6F3C0y)v&s#pXlUiRfNcK9H5E2A+x(u$rZoWkThPeMbJ7G4D1z-w&t!qYmVjSgOdL9I6F3B0y)v%s#pXlUiQfNcK8H5E2A+x*u$rZnWkThPeMaJ7G4C1z-w&t!pYmVjRgOdL9I6E3B0y(v%s#oXlTiQfNbK8H5D2A-x*u$qZnW

52、kShPeMaJ7F4C1z)w&t!pYmUjRgOcL9I6E3B+y(v%r#oXlTiQeNbK8G5D2A-x*t$qZnVkShPdMaI7F4C0z)w&s!pXmUjRfOcL9H6E2B+y(u%r#oWlTiQeNbJ8G5D1A-x*t$qYnVkSgPdMaI7F3C0z)v&s!pXmUiRfOcK9H6E2B+x(u%rZoWlTMaI7F4C0z)w&s!pYmUjRfOcL9H6E3B+y(u%r#oWlTiQeNbJ8G5D1A-x*t$qYnVkSgPdMaI7F3C0z)v&s!pXmUiRfOcK9H6E2B+x(

53、u%rZoWlThQeNbJ8G4D1A-w*t$qYnVjSgPdLaI7F3C0y)v&s#pXmUiRfNcK9H5E2B+x(u$rZoWkThQeMbJ7G4D1z-w*t!qYmVjSgOdLaI6F3B0y)v%s#pXlUiRfNcK8H5E2A+x(u$rZnWkThPeMbJ7G4C1z-w&t!qYmVjRgOdL9I6F3B0y(v%s#oXlUiQfNbK8H5D2A+x*u$qZnWkShPeMaJ7G4C1z)w&t!pYmVjRgOcL9I6E3B0y(v%r#oXlTiQfNbK8G5D2A-x*u$qZnVkShPdMaJ7F4C0z

54、)w&s!pYmUjNbK8H5D2A+x*u$rZnWkShPeMaJ7G4C1z)w&t!pYmVjRgOcL9I6E3B0y(v%r#oXlTiQfNbK8G5D2A-x*u$qZnVkShPdMaJ7F4C0z)w&s!pYmUjRgOcL9H6E3B+y(v%r#oWlTiQeNbK8G5D1A-x*t$qZnVkSgPdMaI7F4C0z)v&s!pXmUjRfOcK9H6E2B+y(u%rZoWlThQeNbJ8G5D1A-w*t$qYnVkSgPdLaI7F3C0z)v&s#pXmUiRfOcK9H5E2B+x(u%rZoWkThQeMb

55、J8G4D1z-w*t!qYnVjSgOdLaI6F3C0y)v%s#pXlUiRfNcK9H5E2A+x(u$rZoWkThPeMbJ7G4D1z-wpXmUiRfOcK9H5E2B+x(u%rZoWkThQeMbJ8G4D1z-w*t!qYnVjSgPdLaI6F3C0y)v&s#pXlUiRfNcK9H5E2A+x(u$rZoWkThPeMbJ7G4D1z-w&t!qYmVjSgOdL9I6F3B0y)v%s#oXlUiQfNcK8H5D2A+x*u$rZnWkThPeMaJ7G4C1z-w&t!pYmVjRgOdL9I6E3B0y(v%s#oXlTiQfNbK8H5D2A-x*u$qZnWkShPdMaJ7F4C1z)w&s!pYmUjRgOcL9I6E3B+y(v%r