耦合电感与理想变压器课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第7章 耦合电感与理想变压器,第7章 耦合电感与理想变压器,1,7.1 互感,7.2 含有耦合电感电路的分析,7.3 空心变压器和理想变压器,第7章 耦合电感与理想变压器,7.1 互感第7章 耦合电感与理想变压器,2,本章要求:,1.掌握耦合电感元件的伏安关系；,2.直接列写方程法和去耦等效法分析计算耦合电感电路；,3.理解反映阻抗的概念及其应用于分析空心变压器电路；,4.掌握含有理想变压器电路的分析计算。,本章要求:1.掌握耦合电感元件的伏安关系；,3,71 互感,耦合电感元件属于多端元件，在实际电路中，如收音机、电视机中的中周线圈、振荡线圈，整流电源里使用的变压器等都是耦合电感元件，熟悉这类多端元件的特性，掌握包含这类多端元件的电路问题的分析方法是非常必要的。,中周线圈,71 互感 耦合电感元件属于多端元件，在实际电路中，如收音,4,半导体收音机用振荡线圈,半导体收音机用振荡线圈,5,下 页,上 页,小,变压器,返 回,下 页上 页小变压器返 回,6,线圈1中通入电流,i,1,时，在线圈1中产生的磁通,11,称为,自感磁通,，,11,与线圈1的,N,1,匝交链，产生磁通链,11,称为,自感磁通链,；,11,中的一部分或全部（,互感磁通,）与线圈2交链，产生磁通链,21,称为,互感磁通链,。,两线圈间有磁的耦合,。,当线圈周围无铁磁物质(空心线圈)时，,11,、,21,与,i,1,成正比。,L,1,称为线圈1 的,自感系数,，单位为H（亨）,M,21,称为,互感系数,，简称,互感,，单位为H（亨）,1 互感和互感电压,线圈1中通入电流i1时，在线圈1中产生的磁通11称为自感磁,7,同样，线圈2中的电流,i,2,也产生自感磁通链,22,和互感磁通链,12,。,L,2,为线圈2的,自感系数,M,12,称为,互感系数,可以证明：,M,12,=,M,21,=,M,。,当两个线圈都有电流时，每一线圈的磁链为自磁链与互磁链的代数和：,同样，线圈2中的电流i2也产生自感磁通链22和互感磁通链,8,互感磁通链与自感磁通链方向相反时，,M,前取“,-,”号，,称为反向耦合,。,互感磁通链与自感磁通链方向一致时，,M,前取“+”号，,称为同向耦合,。表示自感方向的磁场得到加强（增磁）,同名端：,工程上将同向耦合状态下的一对施感电流（,i,1,，,i,2,）的入端（或出端）定义为耦合电感的,同名端。,注意：,线圈的同名端必须两两确定。,耦合电感的符号,互感磁通链与自感磁通链方向相反时，M前取“-”号，称为反,9,当耦合电感中的电流随时间变化时，磁通链将跟随电流产生变化。将在耦合电感中产生感应电压。设,u,1,与,i,1,，,u,2,与,i,2,为关联参考方向，则有,自感电压,，当,u,i,取关联方向时，符号为正；否则，取负号,互感电压：,当耦合电感同向耦合（施感电流同时流进（或流出）同名端）时，则互感电压在KVL方程中与自感电压同号。,当耦合电感中的电流随时间变化时，磁通链将跟随电流产生变化。将,10,【例7.1】试写出如图所示各耦合电感元件的伏安关系。,【例7.1】试写出如图所示各耦合电感元件的伏安关系。,11,【例7.1】试写出如图所示各耦合电感元件的伏安关系。,【例7.1】试写出如图所示各耦合电感元件的伏安关系。,12,相量形式,用受控源表示,相量形式用受控源表示,13,2.耦合系数,用耦合系数,k,表示两个线圈磁耦合的紧密程度。,k,=1,称全耦合:漏磁通,s1,=,s2,=0,11,=,21，,22,=,12,满足：,注意：,耦合系数,k,与线圈的结构、相互几何位置、空间磁介质有关。,2.耦合系数 用耦合系数k 表示两个线圈磁耦合的紧密程,14,7.2 含有耦合电感电路的分析,耦合电感电路的分析依据仍然是两类约束关系，即KCL、KVL和元件的VCR。元件的VCR中应包括耦合电感的VCR。,（1）直接列写方程法,（2）去耦等效法,方法：,7.2 含有耦合电感电路的分析 耦合电感电路的分析依据仍然,15,1 直接列写方程法,该方法是不改变电路结构，直接对原电路列方程计算的方法。,注意：,一、含耦合电感电路具有含受控源电路的特点；,二、在耦合电感的电压中必须正确计入互感电压的作用；,三、只宜用回路电流法，不宜采用结点电压法，这是因为耦合电感所在支路的复导纳未知。,1 直接列写方程法 该方法是不改变电路结构，直接对原电路列,16,【例,7.2,】,已知电路中,L,1,1H,，,L,2,4H,，,R,1,1k,，,R,2,2 k,，耦合系数,k,0.5,，,，求电流,i,。,解：先求互感系数,对电路列写KVL方程，得,【例7.2】已知电路中L11H，L24H，R11k，,17,2 去耦等效法,该方法是先画出耦合电感电路的去耦等效电路。在正弦稳态情况下，对所得的去耦等效电路可按一般交流电路来列方程。,下面讨论两个耦合电感的串联、并联和T型连接电路的去耦等效电路。,1）耦合电感的串联及其去耦等效,顺接连接,去耦等效电路,2 去耦等效法 该方法是先画出耦合电感电路的去耦等,18,反接连接,互感不大于两个自感的算术平均值。,反接连接 互感不大于两个自感的算术平均值。,19,2）耦合电感的并联及其去耦等效,同侧并联,去耦等效电路,2）耦合电感的并联及其去耦等效同侧并联 去耦等效电路,20,异侧并联,去耦等效电路,异侧并联 去耦等效电路,21,3.耦合电感的T型等效,同名端为共端的T型去耦等效,*,*,j,L,1,1,2,3,j,L,2,j,M,3,1,2,j,(,L,1,-M),j,(,L,2,-M),j,M,3.耦合电感的T型等效同名端为共端的T型去耦等效*jL1,22,异名端为共端的T型去耦等效,*,*,j,L,1,1,2,3,j,L,2,j,M,3,1,2,j,(,L,1,+M,),j,(,L,2,+M,),-,j,M,T形耦合电感电路的去耦等效与并联耦合电感电路的去耦等效方法一样。,异名端为共端的T型去耦等效*jL1123jL2j M,23,结论：,如果耦合电感的两条支路各有一端与第3支路形成一个仅含3条支路的共同结点，则可用3条无耦合的电感支路等效替代，3条支路的等效电感分别为,（1）支路3电感,L,3,M,（同侧取“”，异侧取“”）。,（2）支路1电感,，支路2电感,，,M,前所取符号与,L,3,中的符号相反。等效电感与电流参考方向无关，这3条支路中的其他元件不变。,结论：如果耦合电感的两条支路各有一端与第3支路形成一个仅含3,24,【例,7.3,】已知图示电路,R,1,4,，,R,2,6,，,L,1,8,，,L,2,13,，,M,9,，电压,，求各支路的电流及线圈,1,、,2,的复功率,解：,先画出去耦等效电路,。,【例7.3】已知图示电路R14，R26，L18,25,R,1,4，,R,2,6,R14，R26,26,求复功率,复功率平衡,求复功率复功率平衡,27,小结：,有互感电路的计算,在正弦稳态情况下，有互感的电路的计算仍应用前面第5、6章介绍的相量分析方法。,注意互感线圈上的电压除自感电压外，还应包含互感电压：（可先去耦，画等效去耦电路，再做分析）,一般采用支路法和回路法计算。,小结：有互感电路的计算在正弦稳态情况下，有互感的电路的计算,28,7.3 空心变压器和理想变压器,变压器由两个具有互感的线圈构成，一个线圈接向电源，另一线圈接向负载，变压器是利用互感来实现从一个电路向另一个电路传输能量或信号的器件。当变压器线圈的芯子为非铁磁材料时，称空心变压器。,初级线圈,次级线圈,i,1,1,1,2,2,Z,L,i,2,1 空心变压器,7.3 空心变压器和理想变压器 变压器由两,29,1）空心变压器的电路分析,*,*,j,L,1,j,L,2,j,M,+,R,1,R,2,Z,L,=R,L,+,j,X,L,应用KVL得方程,初级回路：,次级回路：,令,：初级回路自阻抗,：次级回路自阻抗,方程法分析和等效电路法,1）空心变压器的电路分析*j L1j L2j M+,30,初级的等效电路,次级的等效电路,反映阻抗：,初级的等效电路 次级的等效电路 反映阻抗：,31,对含有空心变压器电路的分析既可以采用列KVL方程分析，也可采用初级、次级等效电路来分析。,【例7.4】,如图7-9所示空心变压器电路，已知,L,1,=3.6H，,L,2,=0.06H，,M,=0.465H，,R,1,=20，,R,2,=0.08，,R,L,=42，,=314rad/s，,，求初级、次级电流。,解：,采用初级、次级等效电路来分析,对含有空心变压器电路的分析既可以采用列KVL方程分析，也可采,32,反映阻抗：,初级的等效电路,反映阻抗：初级的等效电路,33,反映阻抗：,次级的等效电路,反映阻抗：次级的等效电路,34,去耦等效法分析,对含互感的电路进行去耦等效，再进行分析。,*,*,j,L,1,j,L,2,j,M,+,R,1,R,2,Z,L,=R,L,+,j,X,L,j,M,j,L,1,j,L,2,+,R,1,R,2,Z,L,=R,L,+,j,X,L,去耦等效法分析 对含互感的电路进行去耦等效，再进行分析。*,35,2 理想变压器,理想变压器也是一种耦合元件，它是从实际变压器抽象出来的。理想变压器必须满足三个条件：,（1）无损耗，即：,（2）全耦合，即耦合系数,k,1；,（3）参数无穷大：但,以上三个条件在工程实际中不可能满足，但在一些实际工程概算中，在误差允许的范围内，把实际变压器当理想变压器对待，可使计算过程简化。,2 理想变压器 理想变压器也是一种耦合元件，它是从实际变压器,36,N,2,副边的匝数,n=,N,1,N,2,N,1,N,2,i,1,u,1,u,2,i,2,n,1,：,N,1,原边的匝数,理想变压器的变比,理想变压器的电路模型,理想变压器电路模型,N2 副边的匝数n=N1N1N2i1u1u2,37,（1）变压关系,全耦合,，,磁通：,N,1,N,2,i,1,u,1,u,2,i,2,n,1,：,若,N,1,N,2,i,1,u,1,u,2,i,2,n,1,：,（1）变压关系全耦合，磁通：N1N2i1u1u2i2n,38,（2）变流关系,L,1,L,2,i,1,u,1,u,2,i,2,M,N,1,N,2,i,1,u,1,u,2,i,2,n,1,：,理想化条件：,又,0,（2）变流关系L1L2i1u1u2i2MN1N2i1,39,若,i,1,、,i,2,一个从同名端流入，一个从同名端流出，则有：,注意：,N,1,N,2,i,1,u,1,u,2,i,2,n,1,：,（3）变阻抗关系,Z,L,N,1,N,2,n,1,：,n,2,Z,L,+,n,2,Z,L,即为副边折合至原边的等效阻抗。,若i1、i2一个从同名端流入，一个从同名端,40,理想变压器的阻抗变换性质只改变阻抗的大小，不改变阻抗的性质。,L,1,2,1,2,n,1,i,1,u,1,u,2,i,2,：,L,11,=,n,2,L,i,1,u,1,n,2,R,i,1,u,1,n,2,L,C,1,2,1,2,n,1,i,1,u,1,u,2,i,2,：,1,1,i,1,u,1,C,1,n,2,C,11,=,C,1,n,2,R,1,2,1,2,n,1,i,1,u,1,u,2,i,2,：,R,11,=,n,2,R,理想变压器的阻抗变换性质只改变阻抗的大小，不改变阻抗,41,在电子技术中利用理想变压器的阻抗变换特性来实现阻抗匹配达到最大功率传输。,【例7.5】,图示理想变压器电路，已知,，,。（1）当,时，求,R,L,获得的功率；,（2）当 时，,R,L,可获得最大功率，最大功率为多少？,解：,将,R,L,等效到初级回路，其中,在电子技术中利用理想变压器的阻抗变换特性来实现阻抗匹配达到最,42,（,2,）欲使,R,L,获得最大功率，则应使,最大功率为,（2）欲使RL获得最大功率，则应使 最大功率为,43,