含互感的电路课件.ppt
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- 互感 电路 课件
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1、第十章第十章 具有耦合电感电路具有耦合电感电路 10-110-1 互感互感 10-2 10-2 含有耦合电感电路的计算含有耦合电感电路的计算 10-3 10-3 空心变压器和空心变压器和理想变压器理想变压器章节内容章节内容10-4 10-4 变压器的电路模型变压器的电路模型10-1 互感互感一、一、自感和自感电压自感和自感电压线性电感线性电感iL iutiLudd(self-inductance coefficient)自感系数自感系数电感(元件)是线圈的电路模型。电感(元件)是线圈的电路模型。通电线圈的通电线圈的磁通链磁通链 与电流与电流i成正比成正比:二、二、互感和互感电压互感和互感电压+
2、u11+u21i1 11 21N1N2当线圈当线圈1中通入电流中通入电流i1时,在线圈时,在线圈1中产生磁通中产生磁通(magnetic flux),同时,有部分磁通穿过临近线圈,同时,有部分磁通穿过临近线圈2。当。当i1为时变电流为时变电流时,磁通也将随时间变化,从而在线圈两端产生感应电压。时,磁通也将随时间变化,从而在线圈两端产生感应电压。u11称为自感电压,称为自感电压,u21称为互感电压。称为互感电压。当两个线圈的当两个线圈的磁通相互交链时,称为两个线圈有耦合关磁通相互交链时,称为两个线圈有耦合关系。有耦合关系系。有耦合关系两个线圈两个线圈称为耦合称为耦合电感或互感(元件)电感或互感(
3、元件)。+u11+u21i1 11 21N1N2tNtutNtudd dd dddd21221211111111 当当i1、u11、u21方向与方向与 符合右手螺旋符合右手螺旋定则定则时,根据时,根据法拉第法拉第电磁感应定律:电磁感应定律:磁链:磁链(magnetic linkage),=N dddd:dddd1212121111111tiMtutiLtu 互感电压互感电压自感电压:自感电压:。为自感系数,单位亨为自感系数,单位亨称称,H)(11111LiL )。的的互互感感系系数数,单单位位亨亨(对对线线圈圈为为线线圈圈称称,H21 2112121MiM +u11+u21i1 11 21N1
4、N2+u12+u22i2 12 22N1N2)(dddd dd:)(dd dddd:2222222222222212122121211212iLtiLtNtuiMtiMtNtu 自感电压自感电压互感电压互感电压可以证明可以证明:M12=M21=M。同理,当线圈同理,当线圈2中通电流中通电流i2时会产生磁通时会产生磁通 22,12。i2为为时变时,线圈时变时,线圈2和线圈和线圈1两端分别产生感应电压两端分别产生感应电压u22,u12。当两个线圈同时通以电流时,每个线圈两端的电压均当两个线圈同时通以电流时,每个线圈两端的电压均包含自感电压和互感电压:包含自感电压和互感电压:tiLtiMuuutiM
5、tiLuuudd dd dd dd2212221221112111 在正弦交流电路中,其相量形式的方程为在正弦交流电路中,其相量形式的方程为22122111 jjjj ILIMUIMILU 互感的性质互感的性质从能量角度可以证明,对于线性电感从能量角度可以证明,对于线性电感 M12=M21=M互感系数互感系数 M 只与两个线圈的几何尺寸、匝数只与两个线圈的几何尺寸、匝数、相互位置相互位置 和周围的介质磁导率有关,如其他条件不变时,有和周围的介质磁导率有关,如其他条件不变时,有M N1N2 (L N2)耦合系数耦合系数(coupling coefficient)k:k 表示两个线圈磁耦合的紧密程
6、度。表示两个线圈磁耦合的紧密程度。全耦合全耦合:s1=s2=021defLLMk 即即 11=21,22=121 ,2122121122121121212212222211111k LLMLLMM iNMiNMiNLiNL可以证明,可以证明,k 1。三、互感线圈的同名端三、互感线圈的同名端具有互感的线圈两端的电压包含自感电压和互感电具有互感的线圈两端的电压包含自感电压和互感电压。自感电压和互感电压表达式的符号与参考方向和线压。自感电压和互感电压表达式的符号与参考方向和线圈绕向有关。对自感电压,当圈绕向有关。对自感电压,当u u,i i 取关联参考方向,取关联参考方向,其表达式为其表达式为:dd
7、dd dd 111111111tiLtNtu 对线性电感,用对线性电感,用 u,i 描述其特性,当描述其特性,当 u,i 取关联方向时,取关联方向时,符号为正;当符号为正;当 u,i 为非关联方向时,符号为负。为非关联方向时,符号为负。上式说明,对于自感电压由于电压电流为同一线圈上上式说明,对于自感电压由于电压电流为同一线圈上的,只要参考方向确定了,其数学描述便可容易地写出,的,只要参考方向确定了,其数学描述便可容易地写出,可不用考虑线圈绕向。可不用考虑线圈绕向。i1u11对互感电压,因产生该电压的的电流在另一线圈上,对互感电压,因产生该电压的的电流在另一线圈上,因此,要确定其符号,就必须知道
8、两个线圈的绕向。这在因此,要确定其符号,就必须知道两个线圈的绕向。这在电路分析中显得很不方便。电路分析中显得很不方便。+u11+u21i1 11 0N1N2+u31N3 stiMutiMudd dd1313112121 引入同名端可以解决这个问题。引入同名端可以解决这个问题。同名端同名端:当两个电流分别从两个线圈的对应端子流入:当两个电流分别从两个线圈的对应端子流入,其所,其所产生的磁场相互加强时,则这两个对应端子称为同名端。产生的磁场相互加强时,则这两个对应端子称为同名端。*同名端表明了线圈的相互绕法关系。同名端表明了线圈的相互绕法关系。确定同名端的方法:确定同名端的方法:(1)当两个线圈中
9、电流同时由同名端流入当两个线圈中电流同时由同名端流入(或流出或流出)时,两时,两个电流产生的磁场相互增强。个电流产生的磁场相互增强。i1122*112233*例例.注意:线圈的同名端必须两两确定。注意:线圈的同名端必须两两确定。确定图示电路的同名端确定图示电路的同名端四、由同名端及四、由同名端及u u,i i参考方向确定互感线圈的特性方程参考方向确定互感线圈的特性方程 有了同名端,以后表示两个线圈相互作用,就不再有了同名端,以后表示两个线圈相互作用,就不再考虑实际绕向,而只画出同名端及参考方向即可。考虑实际绕向,而只画出同名端及参考方向即可。(参参考前图,标出同名端得到下面结论考前图,标出同名
10、端得到下面结论)。tiMudd121 tiMudd121 i1*u21+Mi1*u21+MtiMtiLudddd2111 tiLtiMudddd2212 i1*L1L2+_u1+_u2i2M*L1L2+_u1+_u2i2Mi1tiMtiLudddd2111 tiLtiMudddd2212 时域形式时域形式:i2*j L1j L2+_j M1 U+_2 U1 I2 I在正弦交流电路中,其在正弦交流电路中,其相量形式相量形式的方程为的方程为注意:注意:有三个线圈,相互两两之间都有磁耦合,每对耦有三个线圈,相互两两之间都有磁耦合,每对耦合线圈的同名端必须用不同的符号来标记。合线圈的同名端必须用不同的
11、符号来标记。(1)一个线圈可以不止和一个线圈有磁耦合关系;一个线圈可以不止和一个线圈有磁耦合关系;(2)互感电压的符号取决于:互感电压的符号取决于:同名端;同名端;参考方向参考方向互感现象的利与弊:互感现象的利与弊:利利 变压器:信号、功率传递变压器:信号、功率传递弊弊 干扰干扰,合理布置线圈相互位置减少互感作用。合理布置线圈相互位置减少互感作用。五、互感线圈的串联和并联五、互感线圈的串联和并联(一)、互感线圈的串联(一)、互感线圈的串联1.顺串顺串tiLRitiMLLiRRiRtiMtiLtiMtiLiRudddd)2()(dddddddd21212211 MLLLRRR2 2121 i*u
12、2+MR1R2L1L2u1+u+iRLu+2.反串反串MLLLRRR2 2121 i*u2+MR1R2L1L2u1+u+iRLu+tiLRitiMLLiRRiRtiMtiLtiMtiLiRudddd)2()(dddddddd21212211 )(2121LLM 互感不大于两个自感的算术平均值。互感不大于两个自感的算术平均值。02 21 MLLL*顺接一次,反接一次,就可以测出互感:顺接一次,反接一次,就可以测出互感:4反反顺顺LLM *全耦合全耦合 21LLM 221212121)(22LLLLLLMLLL当当 L1=L2=M时时 ,4M 顺接顺接0 反接反接L=3、互感的测量方法:、互感的测
13、量方法:MLLL2 21 顺顺MLLL2 21 反反1.同名端在同侧同名端在同侧tiMtiLudddd211 tiMLLMLLudd2)(21221 0 2)(21221 MLLMLLLeqi=i1+i2 解得解得u,i的关系:的关系:(二)、互感线圈的并联(二)、互感线圈的并联*Mi2i1L1L2ui+tiMtiLudddd122 故故21LLM 互感小于两元件自感的几何平均值。互感小于两元件自感的几何平均值。0 2)(21221 MLLMLLLeq)(2121LLM 2.同名端在异侧同名端在异侧tiMtiLudddd211 tiMLLMLLudd2)(21221 0 2)(21221 ML
14、LMLLLeqi=i1+i2 解得解得u,i的关系:的关系:*Mi2i1L1L2ui+tiMtiLudddd122 一、互感消去法一、互感消去法1.去耦等效去耦等效(两电感有公共端两电感有公共端)*j L1 I1 I2 I123j L2j Mj (L1M)I1 I2 I123j (L2M)j M21113 jj IMILU12223 jj IMILU21 III整理得整理得 j)(j1113IMIMLU j)(j2223IMIMLU(a)同名端接在一起同名端接在一起21 III10-2 含有耦合电感电路的计算含有耦合电感电路的计算*j L1 I1 I2 I123j L2j Mj (L1+M)I
15、1 I2 I123j (L2+M)j (-M)21113 jj IMILU12223 jj IMILU21 III整理得整理得 j)(j1113IMIMLU j)(j2223IMIMLU(b)非非同名端接在一起同名端接在一起21 III 上面方法同样适合于两个互感线圈所在的支路上面方法同样适合于两个互感线圈所在的支路有两个公共节点情况有两个公共节点情况*Mi2i1L1L2+_uidtdiMdtdiLu211 dtdiMdtdiLu122 dtdiMdtdiML 11)(dtdiMdtdiML 22)(画等效电路画等效电路i2=i-i1i2i1L1-ML2-M+_uiMi1=i-i2(同名端接在
16、一起)(同名端接在一起)同理可推得同理可推得*L1L2ML1+ML2+M-M(非(非同名端接在一起)同名端接在一起)j L11 I2 Ij L2+2 j IM1 j IM+2 U+1 U*j L11 I2 Ij L2j M+2 U+1 U2.受控源等效电路受控源等效电路2111 jj IMILU1222 jj IMILU两种等效电路的特点:两种等效电路的特点:(1)去耦等效电路简单,等值电路与参考方向无关,但去耦等效电路简单,等值电路与参考方向无关,但必须有公共端;必须有公共端;(2)受控源等效电路,与参考方向有关,不需公共端。受控源等效电路,与参考方向有关,不需公共端。例例 1、已知电路如图
17、,求入端阻抗已知电路如图,求入端阻抗 Z Z=?=?(去耦等效去耦等效)*L1L2MRCL1-ML2-MMRC有互感的电路的计算仍属正弦稳态分析,前面介绍有互感的电路的计算仍属正弦稳态分析,前面介绍的相量分析的的方法均适用。只需注意互感线圈上的电的相量分析的的方法均适用。只需注意互感线圈上的电压除自感电压外,还应包含互感电压。压除自感电压外,还应包含互感电压。含有耦合互感电路的计算含有耦合互感电路的计算分析举例分析举例M12+_+_1SU2SU L1L2L3R1R2R31I2I3I支路电流法:支路电流法:例例 2、列写下图电路的方程。列写下图电路的方程。M12+_+_1SU2SU L1L2L3
18、R1R2R31I2I3IaIbI回路电流法:回路电流法:(1)不考虑互感不考虑互感(2)考虑互感考虑互感注意注意:互感线圈的互感电压的表示式及正负号。互感线圈的互感电压的表示式及正负号。含互感的电路,直接用节点法列写方程不方便。含互感的电路,直接用节点法列写方程不方便。例例 3.1I2I3IM12+_+_1SU2SU*M23M31L1L2L3R1R2R3S133223131333312121111 )jj j()jj j(UIRIMIMILIMIMILIRS233223131333231122222 )jj j()jj j(UIRIMIMILIMIMILIR支路法:支路法:321 III12S
19、1331332231213111 )j j()jj()j j(UIMLRIMMIMLRS2323332232211312 )j j()j j()jj(UIMLRIMLRIMM整理,得整理,得321 III1I2I3IM12+_+_1SU2SU*M23M31L1L2L3R1R2R312M12+_+_1SU2SU*M23M31L1L2L3R1R2R3bIaI回路法:回路法:12331313112333311)()(SbababbaUIMjIMjIMjIMjIMjILjRIRLjLjR 22331232312333322)()(SbabaaabUIMjIMjIMjIMjIMjILjRIRLjLjR
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