互感和理想变压器电路课件.ppt
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- 互感 理想 变压器 电路 课件
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1、第第7 7章章 互感和理想变压器电路互感和理想变压器电路互感与互感电压互感与互感电压7.1含耦合电感的正弦电路的计算含耦合电感的正弦电路的计算7.2理想变压器理想变压器7.3本章学习任务本章学习任务1.深刻理解互感的概念,了解互感现象及深刻理解互感的概念,了解互感现象及耦合系数的意义;耦合系数的意义;2.会确定互感线圈的同名端,并熟练掌握会确定互感线圈的同名端,并熟练掌握互感电压与电流关系;互感电压与电流关系;3.掌握互感线圈串联、并联时的等效电感掌握互感线圈串联、并联时的等效电感,会计算含有耦合电感的正弦电路;,会计算含有耦合电感的正弦电路;4.了解变压器的基本结构,会计算变压器了解变压器的
2、基本结构,会计算变压器的功率和效率。的功率和效率。7.17.1互感与互感电压互感与互感电压7.1.1互感现象互感现象7.1.2互感电压互感电压7.1.3同名端同名端7.1.1互感现象互感现象如图所示,两个靠得很近的电感线圈之间有磁的耦合,如图所示,两个靠得很近的电感线圈之间有磁的耦合,当线圈当线圈I中通电流中通电流i1时,不仅在线圈时,不仅在线圈I中产生磁通中产生磁通 11,同,同时,有部分磁通时,有部分磁通 21穿过临近线圈穿过临近线圈II,同理,若在线圈,同理,若在线圈2中通电流中通电流i2时,不仅在线圈时,不仅在线圈II中产生磁通中产生磁通 22,同时,有,同时,有部分磁通部分磁通 12
3、穿过线圈穿过线圈I,21和和 12称为互感磁通。称为互感磁通。定义互磁链分别为:定义互磁链分别为:2122112112NN当周围空间是各向同性的线性磁介质时,磁通链与产当周围空间是各向同性的线性磁介质时,磁通链与产生它的施感电流成正比,即有自感磁通链:生它的施感电流成正比,即有自感磁通链:1111iL2222iL 类似于自感系数类似于自感系数L,定义互感磁通链的互感系数为:,定义互感磁通链的互感系数为:2121212121iMiM需要指出的是:需要指出的是:(1)M值与线圈的形状、几何位置、空间媒质有关,与值与线圈的形状、几何位置、空间媒质有关,与线圈中的电流无关,因此,满足线圈中的电流无关,
4、因此,满足 ;(2)自感系数)自感系数L 总为正值。式(总为正值。式(7-2)中互感磁链前面)中互感磁链前面的正、负号要依据自感磁链与互感磁链方向是否一致,的正、负号要依据自感磁链与互感磁链方向是否一致,“+”表示自感磁链与互感磁链方向一致,互感起增助作表示自感磁链与互感磁链方向一致,互感起增助作用;用;“-”表示自感磁链与互感磁链方向相反,互感起削表示自感磁链与互感磁链方向相反,互感起削弱作用。弱作用。1222122221112111MiiLMiiLMMM2112当两个线圈都有电流时,每一线圈的磁链为自磁链与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:互磁链的代数和:(7-
5、2)两互感线圈之间电磁感应现象的强弱程度不仅与它们之两互感线圈之间电磁感应现象的强弱程度不仅与它们之间的互感系数有关,还与它们各自的自感系数有关,并且间的互感系数有关,还与它们各自的自感系数有关,并且取决于两线圈之间磁链耦合的松紧程度。取决于两线圈之间磁链耦合的松紧程度。我们把表征两线圈之间磁链耦合的松紧程度用耦合系数我们把表征两线圈之间磁链耦合的松紧程度用耦合系数“k”来表示:来表示:21LLMk 耦合系数耦合系数通常一个线圈产生的磁通不能全部穿过另一个线圈,所以通常一个线圈产生的磁通不能全部穿过另一个线圈,所以一般情况下耦合系数一般情况下耦合系数k1,若漏磁通很小且可忽略不计时:,若漏磁通
6、很小且可忽略不计时:k=1;若两线圈之间无互感,则;若两线圈之间无互感,则M=0,k=0。因此,耦合系数的。因此,耦合系数的变化范围:变化范围:0k 1。7.1.2互感电压互感电压两线圈因变化的互感磁通而产生的感应电势或电压称两线圈因变化的互感磁通而产生的感应电势或电压称为互感电势或互感电压。为互感电势或互感电压。当电流为时变电流时,磁通也将随时间变化,从而在当电流为时变电流时,磁通也将随时间变化,从而在线圈两端产生感应电压。当交变的磁链穿过线圈线圈两端产生感应电压。当交变的磁链穿过线圈I和和II时时,引起的自感电压:,引起的自感电压:22L211L1,dtdiLudtdiLu由互感现象产生的
7、互感电压:由互感现象产生的互感电压:dtdiMudtdiMu2M11M2 ,根据电磁感应定律和楞次定律得每个线圈两端的电压为:根据电磁感应定律和楞次定律得每个线圈两端的电压为:dtdiMdtdiLdtddtddtdudtdiMdtdiLdtddtddtdu122212222211121111当两线圈中通入正弦交流电流时,线圈两端电压的相当两线圈中通入正弦交流电流时,线圈两端电压的相量形式的方程为量形式的方程为M12L22M21L11 XIjXIjUXIjXIjU11LLX22LLXMXM自感电压总是与本线圈中通过的电流取关联参考方向,自感电压总是与本线圈中通过的电流取关联参考方向,因此前面均取
8、因此前面均取正号正号;而互感电压前面的正、负号要依据两;而互感电压前面的正、负号要依据两线圈电流的磁场是否一致。如上图所示两线圈电流产生的线圈电流的磁场是否一致。如上图所示两线圈电流产生的磁场方向一致,因此两线圈中的磁场方向一致,因此两线圈中的磁场相互增强磁场相互增强,这时它们,这时它们产生的互感电压前面产生的互感电压前面取正号取正号;若两线圈电流产生的;若两线圈电流产生的磁场相磁场相互消弱互消弱时,它们产生的感应电压前面应时,它们产生的感应电压前面应取负号取负号。两互感线圈感应电压极性始终保持一致的端子称两互感线圈感应电压极性始终保持一致的端子称为同名端。为同名端。电流同时由两线圈上的同名端
9、流入电流同时由两线圈上的同名端流入(或流出或流出)时,时,两互感线圈的磁场相互增强;否则相互消弱。两互感线圈的磁场相互增强;否则相互消弱。为什么要引入同名端的概念?实际应用中,电气设备中的线圈都是密封在壳体内,一实际应用中,电气设备中的线圈都是密封在壳体内,一般无法看到线圈的绕向,因此在电路图中常常也不采用将般无法看到线圈的绕向,因此在电路图中常常也不采用将线圈绕向绘出的方法,通常采用线圈绕向绘出的方法,通常采用“同名端标记同名端标记”表示绕向表示绕向一致的两相邻线圈的端子。如:一致的两相邻线圈的端子。如:*同名端的概念:7.1.3同名端同名端确定同名端的方法:确定同名端的方法:(1)当两个线
10、圈中电流同时流入或流出同名)当两个线圈中电流同时流入或流出同名端时,两个电流产生的磁场将相互增强。端时,两个电流产生的磁场将相互增强。(2)当随时间增大的时变电流从一线圈的一)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端流入时,将会引起另一线圈相应同名端的电位升高。升高。1i11122*i2 2例:判断下列线圈的同名端。例:判断下列线圈的同名端。分析:假设电流同时由分析:假设电流同时由1和和2流入流入两电流的磁场相互增强,因此可以两电流的磁场相互增强,因此可以判断:判断:1和和2是一是一对同名端;同理,对同名端;同理,2和和1也是一对同名端。也是一对同名端。例
11、:判断下列线圈的同名端。例:判断下列线圈的同名端。分析:线圈的同名端必须两两确分析:线圈的同名端必须两两确定定2311231和和2同时流入电流产生的磁场方向同时流入电流产生的磁场方向一致是一对同名端;一致是一对同名端;2和和3同时流入电流产生的磁场方向同时流入电流产生的磁场方向一致也是一对同名端;一致也是一对同名端;*3和和1同时流入电流产生的磁场方向一致,同样也是一对同同时流入电流产生的磁场方向一致,同样也是一对同名端。名端。*判别同名端的实验方法判别同名端的实验方法1.直流判别法直流判别法直流判别法是依据同名端定义以及互感电压参考方向标直流判别法是依据同名端定义以及互感电压参考方向标注原则
12、而归纳出的一种实用方法。其判别方法如下:注原则而归纳出的一种实用方法。其判别方法如下:电路如图所示,两磁耦合线圈的绕向未知,但当电路如图所示,两磁耦合线圈的绕向未知,但当S合上合上的瞬间,电流从的瞬间,电流从1端流入,此时若电压表指针正偏,说明端流入,此时若电压表指针正偏,说明3端为高电位端,前面的介绍中我们已经知道,当电流从一端为高电位端,前面的介绍中我们已经知道,当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,因此升高,因此1、3为同名端;若电压表指针反偏,说明为同名端;若电压表指针反偏,说明4端端为高电位端,即为高电位端
13、,即1、4端为同名端。端为同名端。交流判别法是依据互感线圈串联原理(本章第二节将交流判别法是依据互感线圈串联原理(本章第二节将详述),在工程上有广泛应用。如果没有电压表,也可详述),在工程上有广泛应用。如果没有电压表,也可用普通灯泡代替,道理一样。其判别方法如下:用普通灯泡代替,道理一样。其判别方法如下:2.交流判别法交流判别法把两个线圈的任意两个接线端连在一起,例如将把两个线圈的任意两个接线端连在一起,例如将1、3相连,并在其中一个线圈上加上一个较低的交流电压,相连,并在其中一个线圈上加上一个较低的交流电压,用交流电压表分别测量用交流电压表分别测量U12、U34、U24,如图所示,当,如图所
14、示,当U24约等于约等于U12和和U34之差,则之差,则1、3为同名端;若测为同名端;若测U24约约等于等于U12和和U34之和,则之和,则1、3为异名端。为异名端。7.27.2含耦合电感的正弦电路的计算含耦合电感的正弦电路的计算7.2.1耦合电感的耦合电感的T形去耦等效形去耦等效7.2.2耦合电感的串联耦合电感的串联7.2.3耦合电感的并联耦合电感的并联7.2.4含耦合电感电路的计算含耦合电感电路的计算7.2.1耦合电感的耦合电感的T形去耦等效形去耦等效两个互感线圈只有一端相联,另一端与两个互感线圈只有一端相联,另一端与其它电路元件相联时,为了简化电路的分其它电路元件相联时,为了简化电路的分
15、析计算,可根据耦合关系找出其无互感等析计算,可根据耦合关系找出其无互感等效电路,称效电路,称去耦等效法去耦等效法。两线圈上电压分别为:两线圈上电压分别为:L1L2i1u1M*i2a*u2bcddtdiMdtdiLudtdiMdtdiLu12222111将两式通过数学变换可得:将两式通过数学变换可得:dtiidMdtdiMLudtiidMdtdiMLu)()()()(2122221111同名端相连耦合电感的同名端相连耦合电感的T T形去耦等效形去耦等效L1MMi1u1i2au2bcdL2M 由此可画出原电路的由此可画出原电路的T T型等效电路如下图所示:型等效电路如下图所示:图中图中3个电感元件
16、相互之间个电感元件相互之间是无互感的,它们的等效电感是无互感的,它们的等效电感量分别为量分别为L1-M,L2-M和和M,由于它们连接成由于它们连接成T型结构形式,型结构形式,因此称之为互感线圈的因此称之为互感线圈的T型去型去耦等效电路。耦等效电路。同理可推出两个异名端相联时的去耦等效电路为:L1L2i1u1M*i2a*u2bcdL1+MMi1u1i2au2bcdL2+M两耦合线圈顺接串联两耦合线圈顺接串联 7.2.2耦合电感的串联耦合电感的串联由所设电压、电流参考方向及互感线圈上电压、电流关系,由所设电压、电流参考方向及互感线圈上电压、电流关系,得得 dtdiLdtdiMLLdtdiMdtdi
17、LdtdiMdtdiLuuu顺)2(212121MLLL221顺式中式中 两耦合线圈反接串联两耦合线圈反接串联 MLLL221反同理,反接串联时,有同理,反接串联时,有互感系数测量方法互感系数测量方法根据顺接串联和反接串联的公式,我们可以得到一种根据顺接串联和反接串联的公式,我们可以得到一种测量互感的方法,即顺接一次,反接一次,就可以测出测量互感的方法,即顺接一次,反接一次,就可以测出互感为互感为4反顺LLM只要测量只要测量U和和I,再分别利用顺接串联和反接串联的公,再分别利用顺接串联和反接串联的公式就可以计算出式就可以计算出L顺顺和和L反反,从而得出互感系数,从而得出互感系数M的值。这的值。
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