含有耦合电感的电路课件.ppt
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1、第第1313章章 含有耦合电感的电路含有耦合电感的电路首首 页页本章重点本章重点耦合电感的电压电流关系耦合电感的电压电流关系13.1含有耦合电感电路的计算含有耦合电感电路的计算13.2空心变压器的工作原理空心变压器的工作原理13.3理想变压器理想变压器13.4精选pptl重点重点 1.1.互感和互感电压互感和互感电压 2.2.含互感电路的分析计算含互感电路的分析计算 3.3.空心变压器和理想变压器的原理空心变压器和理想变压器的原理返 回精选ppt13.1 13.1 耦合电感的电压电流关系耦合电感的电压电流关系 耦合电感元件属于多端元件,在实际电路中,耦合电感元件属于多端元件,在实际电路中,如收
2、音机、电视机中的振荡线圈,整流电源里使如收音机、电视机中的振荡线圈,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。的分析方法是非常必要的。下 页上 页返 回精选ppt下 页上 页变压器变压器返 回精选ppt下 页上 页变压器变压器返 回精选ppt下 页上 页调压器调压器整流器整流器牵引电磁铁牵引电磁铁电流互感器电流互感器返 回精选ppt1.1.互感互感线圈线圈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,同时,有
3、部分磁通穿过临近线圈同时,有部分磁通穿过临近线圈2,这部分磁通称,这部分磁通称为互感磁通。两线圈间即有磁的耦合。为互感磁通。两线圈间即有磁的耦合。下 页上 页 21+u11+u21i111N1N2定义磁链定义磁链:=N返 回精选ppt对于线圈来说对于线圈来说,与与i 成正比。当只有一个线圈时:成正比。当只有一个线圈时:。H)(111111为自感系数,单位亨为自感系数,单位亨LiL 当两个线圈都有电流时,每一线圈的磁链为当两个线圈都有电流时,每一线圈的磁链为自感磁链与互感磁链的代数和:自感磁链与互感磁链的代数和:2121112111 iMiL 1212221222 iMiL。、H)(2112为互
4、感系数,单位亨为互感系数,单位亨称称MM M值与线圈的形状、几何位置、空间媒值与线圈的形状、几何位置、空间媒质有关,与线圈中的电流无关,满足质有关,与线圈中的电流无关,满足M12=M21 L 总为正值,总为正值,M 值有正有负。值有正有负。下 页上 页注意 返 回精选ppt2.2.耦合因数耦合因数 用耦合因数用耦合因数k 表示两个线表示两个线圈磁耦合的紧密程度。圈磁耦合的紧密程度。121defLLMkk=1 称全耦合称全耦合 11=21,22=121)(2211211222112121221iLiLMiMiLLMLLMk满足:满足:耦合因数耦合因数k与线圈的结构、相互几何位置、与线圈的结构、相
5、互几何位置、空间磁介质有关。空间磁介质有关。下 页上 页注意 返 回精选ppt当当i1为时变电流时,磁通也将随时间变化,从为时变电流时,磁通也将随时间变化,从而在线圈两端产生感应电压。而在线圈两端产生感应电压。dddd111111tiLtu当当i1、u11、u21方向与方向与 符合右手螺旋时,根符合右手螺旋时,根据电磁感应定律和楞次定律:据电磁感应定律和楞次定律:tiMtudd dd 12121自感电压自感电压互感电压互感电压3.3.耦合电感上的电压、电流关系耦合电感上的电压、电流关系下 页上 页 当两个线圈同时通以电流时,每个线圈两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
6、互感电压。端的电压均包含自感电压和互感电压。返 回精选ppt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 jjjjILIMUIMILUtiLtiMuuutiMtiLuuudd dd dd dd2212221221112111 2121112111 iMiL 1212221222 iMiL下 页上 页返 回精选ppt 两线圈的自感磁链和互感磁链方向相同,两线圈的自感磁链和互感磁链方向相同,互感电压取正,否则取负。互感电压取正,否则取负。互感电压的正、负:互感电压的正、负:(1)与电流的参考方向有关;与电流的参考方向有关;(2)与线圈的相对位置和绕向
7、有关。与线圈的相对位置和绕向有关。下 页上 页注意 返 回精选ppt4.4.互感线圈的同名端互感线圈的同名端 由上面的分析可知,要确定互感电压前的由上面的分析可知,要确定互感电压前的“”和和“”号,必须知道互感磁链和自感磁号,必须知道互感磁链和自感磁链是相互加强还是相互削弱,在电压、电流参考链是相互加强还是相互削弱,在电压、电流参考方向一定的前提下,就必须知道线圈的绕行方向方向一定的前提下,就必须知道线圈的绕行方向和相对位置,但实际中,线圈往往是密封的,看和相对位置,但实际中,线圈往往是密封的,看不到其绕行和相对位置,而在电路中将线圈的绕不到其绕行和相对位置,而在电路中将线圈的绕向和空间位置画
8、出来既麻烦又不易表示清楚,向和空间位置画出来既麻烦又不易表示清楚,为为解决这个问题引入同名端的概念。解决这个问题引入同名端的概念。下 页上 页返 回精选ppt下 页上 页 同名端是指具有磁耦合的两个线圈各自的其同名端是指具有磁耦合的两个线圈各自的其中一个端钮,它满足:当两个线圈的电流分别从中一个端钮,它满足:当两个线圈的电流分别从两个线圈的对应端子同时流入或流出时,所产生两个线圈的对应端子同时流入或流出时,所产生的自感磁链和互感磁链是相互加强的。这两个端的自感磁链和互感磁链是相互加强的。这两个端钮用一定的标记标识,如钮用一定的标记标识,如“”等等。等等。同名端同名端返 回精选ppttiMuti
9、Mudd dd1313112121*i1i2i3线圈的同名端必须两两确定。线圈的同名端必须两两确定。下 页上 页注意 +u11+u2111 0N1N2+u31N3 s返 回精选ppt确定同名端的方法:确定同名端的方法:(1)当两个线圈中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,时,两个电流在线圈中产生的自感和互感磁场相互增两个电流在线圈中产生的自感和互感磁场相互增强。强。i1122*112233*例例(2)当随时间增大的时变电流从一线圈的一端流入当随时间增大的时变电流从一线圈的一端流入时,将会引起另一线圈相应同名端的电位升高。时,将会引起另一线圈相应同名端的电位升
10、高。下 页上 页返 回精选ppt+V 同名端的实验测定:同名端的实验测定:i1122*电压表正偏。电压表正偏。0 dd ,0 dd 22tiMuti如图电路,当闭合开关如图电路,当闭合开关 S 时,时,i 增加,增加,当两组线圈装在黑盒里,只引出四个端线当两组线圈装在黑盒里,只引出四个端线组,要确定其同名端,就可以利用上面的结论组,要确定其同名端,就可以利用上面的结论来加以判断。来加以判断。下 页上 页RS+-i返 回精选ppttiMtiLudddd2111tiLtiMudddd2212tiMtiLudddd2111tiLtiMudddd2212例例写写出出图图示示电电路路电电压、压、电电流流
11、关关系系式式下 页上 页i1*L1L2+_u1+_u2i2Mi1*L1L2+_u1+_u2i2Mi1*L1L2+_u1+_u2i2Mi1*L1L2+_u1+_u2i2M返 回精选ppt例例21010i1/At/s)()(H,1,H2,H5,102211tutuMLLR和和求求已知已知ttttiMtu2 0s21 V10s 10 V10dd)(12解解ttttttiLiRtu2 0s21 V150 100s 10 V50 100dd)(111ttttti2 0s21 1020s 10 101下 页上 页MR1R2i1*L1L2+_u+_u2返 回精选ppt5.5.耦合电感的受控源等效电路耦合电感
12、的受控源等效电路2111 jjIMILU1222 jjIMILU下 页上 页*Mi2i1L1L2u1+u2+j L11 I2 Ij L21 jIM+2jIM+1U2U返 回总结:耦合电感的特性可以用电感元件和受控源来模拟,受控源电压(互感电压)的极性与产生它的变化电流的参考方向对于同名端是一致的精选ppt13.2 13.2 耦合电感的串、并联和去耦等效耦合电感的串、并联和去耦等效1.1.耦合电感的串联耦合电感的串联顺接串联顺接串联iRtiMtiLtiMtiLiRu2211ddddddddMLLLRRR2 2121去耦等效电路去耦等效电路下 页上 页iM*u2+R1R2L1L2u1+u+iRLu
13、+tiLRidd tiMLLiRRdd)2()(2121返 回精选ppt反接串联反接串联MLLLRRR2 2121tiLRitiMLLiRRiRtiMtiLtiMtiLiRudddd)2()(dddddddd21212211)(2121LLM02 21MLLL下 页上 页iM*u2+R1R2L1L2u1+u+iRLu+注意 返 回精选ppt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反顺LLM全耦合时全耦合时 21LLM 221212121)(2 2LLLLLLMLLL当当 L1=L2 时时 ,M=L4M 顺接顺接0 反接反接L=互感的测量方法:互感的测量方法:下
14、 页上 页返 回精选ppt在正弦激励下:得到伏安关系的相量表达式在正弦激励下:得到伏安关系的相量表达式*)2(j)(2121IMLLIRRU下 页上 页1 Uj L1j L22 Uj M U I+R1+返 回精选ppt同侧并联同侧并联tiMtiLudddd211tiMLLMLLudd2)(21221i=i1+i2 解得解得u,i 的关系:的关系:2.2.耦合电感的并联耦合电感的并联tiMtiLudddd122下 页上 页*Mi2i1L1L2ui+返 回等效电感:等效电感:0 2)(21221MLLMLLLeq精选ppt 异侧并联异侧并联tiMtiLudddd211i=i1+i2 tiMtiLu
15、dddd122tiMLLMLLudd2)(21221解得解得u,i 的关系:的关系:等效电感:等效电感:0 2)(21221MLLMLLLeq下 页上 页*Mi2i1L1L2ui+返 回精选ppt3.3.耦合电感的耦合电感的T T型去耦等效型去耦等效同名端为公共端的同名端为公共端的T型去耦等效型去耦等效21113 jjIMILU12223 jjIMILU21 III j)(j11IMIML j)(j22IMIML下 页上 页*jL1 I1 I2 I123jL2j M3 I1 I2 I12j(L1-M)j(L2-M)jM返 回精选ppt异名端为共端的异名端为共端的T型去耦等效型去耦等效21113
16、 jjIMILU12223 jjIMILU21 III j)(j11IMIML j)(j22IMIML下 页上 页1 I2 I*jL1 I123jL2j M I1 I2 I12j(L1+M)j(L2+M)-jM3返 回精选ppt下 页上 页*Mi2i1L1L2ui+(L1M)M(L2M)i2i1ui+*Mi2i1L1L2u1+u2+(L1M)1i2iM(L2M)*Mi2i1L1L2u1+u2+返 回例例精选ppt例例abL 求等效电感求等效电感Lab=5HLab=6H解解下 页上 页M=3H6H2H0.5H4Hab9H7H-3H2H0.5HabM=4H6H2H3H5HabM=1H4H3H2H1
17、Hab3H返 回精选ppt4.4.含互感电路的分析计算含互感电路的分析计算在正弦稳态情况下,有互感的电路的分析计算仍在正弦稳态情况下,有互感的电路的分析计算仍应用前面介绍的相量分析方法。应用前面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,还应包含注意互感线圈上的电压除自感电压外,还应包含互感电压。互感电压。一般采用支路分析法和回路分析法计算。一般采用支路分析法和回路分析法计算。下 页上 页返 回精选ppt例例1 1求图示电路的开路电压。求图示电路的开路电压。1I)2(313111 MLLjRUIS)2(j)(j jjjj313113123123131311231120MLLRUMMM
18、LILIMIMIMUSc解解1 1下 页上 页M12+_+_SUocU*M23M31L1L2L3R1返 回精选ppt作出去耦等效电路,作出去耦等效电路,(一对一对消一对一对消):):解解2 2下 页上 页M12*M23M31L1L2L3*M23M31L1M12L2M12L3+M12M31L1M12 +M23L2M12 M23L3+M12 M23L1M12+M23 M13 L2M12M23+M13 L3+M12M23 M13 返 回精选ppt)2(j313111 MLLRUIS)2(j)(313113123123oMLLRUMMMLjUSc下 页上 页L1M12+M23 M13 L2M12M23
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