电磁兼容理论基础精选课件.ppt

关于电磁兼容理论基础1 1第一页，本课件共有124页22.1 各种信号的频谱分析各种信号的频谱分析n2.1.1 信号的分类信号的分类n信号分类多种多样，从信号函数自变量和幅度信号分类多种多样，从信号函数自变量和幅度的取值形式出发，基本上可以分为的取值形式出发，基本上可以分为连续信号和连续信号和离散信号离散信号两大类。两大类。第二页，本课件共有124页连续时间信号连续时间信号n如果信号随时间连续变化，如果信号随时间连续变化，如果信号随时间连续变化，如果信号随时间连续变化，也就是在观测过程的连续也就是在观测过程的连续也就是在观测过程的连续也就是在观测过程的连续时间范围内信号函数有定时间范围内信号函数有定时间范围内信号函数有定时间范围内信号函数有定义，则称连续时间信号，义，则称连续时间信号，义，则称连续时间信号，义，则称连续时间信号，用用用用 表示，如图所示：表示，如图所示：表示，如图所示：表示，如图所示：第三页，本课件共有124页离散时间信号离散时间信号n n若信号函数仅在规定的离若信号函数仅在规定的离若信号函数仅在规定的离若信号函数仅在规定的离散时刻定义，则称离散时散时刻定义，则称离散时散时刻定义，则称离散时散时刻定义，则称离散时间信号，用间信号，用间信号，用间信号，用 表示，表示，表示，表示，是某特定时刻，右图表示是某特定时刻，右图表示是某特定时刻，右图表示是某特定时刻，右图表示每相邻两个时刻的时间间每相邻两个时刻的时间间每相邻两个时刻的时间间每相邻两个时刻的时间间隔相等的离散时间信号，隔相等的离散时间信号，隔相等的离散时间信号，隔相等的离散时间信号，离散信号的时间间隔也可离散信号的时间间隔也可离散信号的时间间隔也可离散信号的时间间隔也可以不相等。以不相等。以不相等。以不相等。第四页，本课件共有124页l工程中遇见的信号就其变化规律的特性来划工程中遇见的信号就其变化规律的特性来划分，可粗略归结为分，可粗略归结为确定信号和随机信号确定信号和随机信号两类，两类，这是根据信号能否用明确的数学函数关系描述这是根据信号能否用明确的数学函数关系描述进行分类的。进行分类的。第五页，本课件共有124页确确 定定 信信 号号n如果信号的未来值可以如果信号的未来值可以用某个函数准确地描述用某个函数准确地描述，则这类时间信号称为确定信号，如正弦信号，则这类时间信号称为确定信号，如正弦信号，它可以用正弦函数描述，给定的某一时刻就可它可以用正弦函数描述，给定的某一时刻就可确定相应的函数值，所以在相同条件下能够准确定相应的函数值，所以在相同条件下能够准确地重现。确地重现。第六页，本课件共有124页随随 机机 信信 号号n如果给定任一时刻，信号的值是如果给定任一时刻，信号的值是随机的随机的，换句，换句话说信号的未来值不能用精确的时间函数来描话说信号的未来值不能用精确的时间函数来描述，无法准确地预测，在相同条件下也不能准述，无法准确地预测，在相同条件下也不能准确地重现，则称该信号为不确定信号或随机信确地重现，则称该信号为不确定信号或随机信号。随机信号幅度的取值在任一时刻是随机的，号。随机信号幅度的取值在任一时刻是随机的，所发生的物理过程是个随机过程，人们可以用所发生的物理过程是个随机过程，人们可以用实函数表示其样本函数的集合，实函数表示其样本函数的集合，如图所示：如图所示：第七页，本课件共有124页随随 机机 信信 号号第八页，本课件共有124页综综 述述 信信信信 号号号号 确确确确 定定定定 信信信信 号号号号随随随随 机机机机 信信信信 号号号号周周周周 期期期期 信信信信 号号号号 非周期信号非周期信号非周期信号非周期信号平稳随机信号平稳随机信号平稳随机信号平稳随机信号非平稳随机信号非平稳随机信号非平稳随机信号非平稳随机信号简谐周期信号简谐周期信号简谐周期信号简谐周期信号复杂周期信号复杂周期信号复杂周期信号复杂周期信号准周期信号准周期信号准周期信号准周期信号瞬变信号瞬变信号瞬变信号瞬变信号各态历经过程各态历经过程各态历经过程各态历经过程非各态历经过程非各态历经过程非各态历经过程非各态历经过程一般非平稳随机过程一般非平稳随机过程一般非平稳随机过程一般非平稳随机过程瞬变随机过程瞬变随机过程瞬变随机过程瞬变随机过程第九页，本课件共有124页2.2 信号的时域分析与频域分析信号的时域分析与频域分析n用不同的时间函数描述具有不同形式的信号波形称为信号用不同的时间函数描述具有不同形式的信号波形称为信号用不同的时间函数描述具有不同形式的信号波形称为信号用不同的时间函数描述具有不同形式的信号波形称为信号的时域分析。的时域分析。的时域分析。的时域分析。n频域分析是对信号在频率域内进行分析，将分析的结果绘频域分析是对信号在频率域内进行分析，将分析的结果绘频域分析是对信号在频率域内进行分析，将分析的结果绘频域分析是对信号在频率域内进行分析，将分析的结果绘成以频率为坐标的各种物理量的谱线和曲线，可得到各种成以频率为坐标的各种物理量的谱线和曲线，可得到各种成以频率为坐标的各种物理量的谱线和曲线，可得到各种成以频率为坐标的各种物理量的谱线和曲线，可得到各种幅值谱、相位谱、功率谱和各种谱密度幅值谱、相位谱、功率谱和各种谱密度等。等。n信号的时域分析与频域分析既相互独立又密切相关，信号的时域分析与频域分析既相互独立又密切相关，可以通过可以通过傅立叶变换傅立叶变换傅立叶变换傅立叶变换把它们联系起来并互相转换。把它们联系起来并互相转换。把它们联系起来并互相转换。把它们联系起来并互相转换。第十页，本课件共有124页11信号频谱信号频谱n正弦信号是使用最为广泛的信号。正弦信号是使用最为广泛的信号。n从数学看，无论周期信号还是非周期信号，都可以借从数学看，无论周期信号还是非周期信号，都可以借助傅立叶级数或傅立叶变换将其分解为助傅立叶级数或傅立叶变换将其分解为“一系列一系列”不不同频率的正弦信号的线性组合同频率的正弦信号的线性组合。n对于周期性电磁骚扰信号，可以在对于周期性电磁骚扰信号，可以在时域进行波形分析时域进行波形分析时域进行波形分析时域进行波形分析，确定其周期、峰值、上升（下降）沿时间等主要的表征确定其周期、峰值、上升（下降）沿时间等主要的表征确定其周期、峰值、上升（下降）沿时间等主要的表征确定其周期、峰值、上升（下降）沿时间等主要的表征参数。参数。参数。参数。n同时，也可以同时，也可以采用傅立叶级数进行频谱分析采用傅立叶级数进行频谱分析，得到，得到其频谱、频带宽度等特性。其频谱、频带宽度等特性。n对于非周期性电磁干扰信号，可以在时域进行波形分析，对于非周期性电磁干扰信号，可以在时域进行波形分析，对于非周期性电磁干扰信号，可以在时域进行波形分析，对于非周期性电磁干扰信号，可以在时域进行波形分析，从而确定其上升（下降）沿时间、持续时间、峰值等主从而确定其上升（下降）沿时间、持续时间、峰值等主从而确定其上升（下降）沿时间、持续时间、峰值等主从而确定其上升（下降）沿时间、持续时间、峰值等主要的表征参数，也可以得到频谱、频带宽度等特性。要的表征参数，也可以得到频谱、频带宽度等特性。要的表征参数，也可以得到频谱、频带宽度等特性。要的表征参数，也可以得到频谱、频带宽度等特性。第十一页，本课件共有124页12傅立叶变换与逆变换傅立叶变换与逆变换定义：定义：f(t)在无限空间内绝对可积。在无限空间内绝对可积。第十二页，本课件共有124页13傅立叶变换傅立叶变换n以以T为周期的函数，满足为周期的函数，满足狄里赫勒条件狄里赫勒条件狄里赫勒条件狄里赫勒条件：在一个周期内只有有限个不连续点；在一个周期内只有有限个不连续点；在一个周期内只有有限个极大值点和极小值在一个周期内只有有限个极大值点和极小值点；点；f(t)在一个周期绝对可积。在一个周期绝对可积。第十三页，本课件共有124页14第十四页，本课件共有124页15第十五页，本课件共有124页16在电气工程领域，傅立叶级数如下：在电气工程领域，傅立叶级数如下：第十六页，本课件共有124页17在电气工程领域，傅立叶级数如下：在电气工程领域，傅立叶级数如下：第十七页，本课件共有124页18u傅立叶级数表明，任意一个周期信号都可傅立叶级数表明，任意一个周期信号都可以用它的直流分量、基波分量和各次谐波分以用它的直流分量、基波分量和各次谐波分量来表示，即这些频率分量组成了该周期信量来表示，即这些频率分量组成了该周期信号。频谱号。频谱频率特性频率特性。u以角频率为横坐标画出的各个频率分量的图形以角频率为横坐标画出的各个频率分量的图形称为频谱图，其中，已各个频率分量振幅（或称为频谱图，其中，已各个频率分量振幅（或有效值）画出的频谱图称为幅度频谱。有效值）画出的频谱图称为幅度频谱。-幅频幅频特性特性。u已各个频率分量初相位画出的频谱图称为相已各个频率分量初相位画出的频谱图称为相位图位图相频特性相频特性。第十八页，本课件共有124页19第十九页，本课件共有124页20第二十页，本课件共有124页21第二十一页，本课件共有124页22第二十二页，本课件共有124页23第二十三页，本课件共有124页24第二十四页，本课件共有124页25频谱密度频谱密度n周期信号：周期信号：表明：周期信号可以分解为无限多个频率为表明：周期信号可以分解为无限多个频率为 n0 、复振幅为、复振幅为 Fn 的复数分量的复数分量的离散和，其频谱是离散的。的离散和，其频谱是离散的。第二十五页，本课件共有124页26频谱密度频谱密度n非周期信号：非周期信号：表明：非周期信号可以分解为无限多个频率表明：非周期信号可以分解为无限多个频率为为 复振幅为复振幅为F()d/2的指数分量的指数分量ejt 的的连续和（积分），其频率是连续的，用连续和（积分），其频率是连续的，用 F()来描述非周期信号的频谱特性。来描述非周期信号的频谱特性。第二十六页，本课件共有124页27频谱密度频谱密度nF()F()是单位频带的复振幅，具有密度概念，故称为是单位频带的复振幅，具有密度概念，故称为频谱密度函数。频谱密度函数。第二十七页，本课件共有124页第二十八页，本课件共有124页图1闭合刀闸时域特性 闭合刀闸时域特性闭合刀闸时域特性 第二十九页，本课件共有124页闭合刀闸频域特性闭合刀闸频域特性 第三十页，本课件共有124页某信号的时域波形某信号的时域波形某信号的时域波形某信号的时域波形第三十一页，本课件共有124页对应的频域波形对应的频域波形第三十二页，本课件共有124页n1.连续时间周期信号分析连续时间周期信号分析 数学上已经证明，具有周期数学上已经证明，具有周期T的周期信号在的周期信号在任意起始时刻起的一个周期内满足任意起始时刻起的一个周期内满足狄里赫利狄里赫利条件条件，就可以分解为傅立叶级数。此条件下任，就可以分解为傅立叶级数。此条件下任一周期信号可以用三角函数一周期信号可以用三角函数(正弦型函数正弦型函数)的线的线性组合来表示，称为三角形式的傅立叶级数展性组合来表示，称为三角形式的傅立叶级数展开，即开，即第三十三页，本课件共有124页也可写成下述形式：也可写成下述形式：第三十四页，本课件共有124页l上述周期信号展开成傅立叶级数的物理意义上述周期信号展开成傅立叶级数的物理意义是十分明确的，它表明一个周期信号可是十分明确的，它表明一个周期信号可分解分解成直流分量与一系列谐波分量之和成直流分量与一系列谐波分量之和。或者说周。或者说周期信号可看作是由一个直流分量和一系列谐期信号可看作是由一个直流分量和一系列谐波分量叠加而成。波分量叠加而成。第三十五页，本课件共有124页 傅立叶级数展开式除用三角函数形式表示外，还傅立叶级数展开式除用三角函数形式表示外，还可以用复指数形式表示。三角傅立叶级数和复指可以用复指数形式表示。三角傅立叶级数和复指数傅立叶级数实质上是同一级数的两种表现形式，数傅立叶级数实质上是同一级数的两种表现形式，复指数形式复指数形式的傅立叶级数表示式可得：的傅立叶级数表示式可得：的傅立叶级数表示式可得：的傅立叶级数表示式可得：第三十六页，本课件共有124页l总之，上述两种不同形式的傅立叶级数均表总之，上述两种不同形式的傅立叶级数均表明，任意波形的周期信号都可以分解为由两明，任意波形的周期信号都可以分解为由两种基本连续时间信号，即正弦信号或复指数种基本连续时间信号，即正弦信号或复指数信号所组成。所以都属于用时间函数表示的信号所组成。所以都属于用时间函数表示的时域分析范畴。不同形状的周期信号，只是时域分析范畴。不同形状的周期信号，只是组成的组成的各个谐波的频率、幅度和初相位有所各个谐波的频率、幅度和初相位有所不同不同而已。而已。第三十七页，本课件共有124页p2.连续时间非周期信号分析连续时间非周期信号分析凡信号波形在区凡信号波形在区间间不再重复出不再重复出现现，时间时间非周期信号。从数学上可非周期信号。从数学上可认为认为，它是周期，它是周期趋趋于于即信号函数不存在即信号函数不存在，则该信号称为连续，则该信号称为连续无限无限的周期信号。的周期信号。根据周期信号的傅立叶级数表示式为根据周期信号的傅立叶级数表示式为第三十八页，本课件共有124页可以得到非周期信号的傅立叶级数可以得到非周期信号的傅立叶级数常用的傅立叶变换的性质见下表：常用的傅立叶变换的性质见下表：第三十九页，本课件共有124页第四十页，本课件共有124页常用的傅立叶变换对常用的傅立叶变换对常用的傅立叶变换对常用的傅立叶变换对 第四十一页，本课件共有124页第四十二页，本课件共有124页第四十三页，本课件共有124页p3.离散时间周期信号离散时间周期信号(周期序列周期序列)分析分析 离散时间信号是一个在离散时刻取有限值的信号。离散时间信号是一个在离散时刻取有限值的信号。它可以是客观存在的信号，也可以是一个时间连它可以是客观存在的信号，也可以是一个时间连续的模拟信号续的模拟信号 按一定时间间隔按一定时间间隔按一定时间间隔按一定时间间隔T逐点抽取其瞬逐点抽取其瞬时值时值。第四十四页，本课件共有124页 一个连续时间周期信号是无限多个呈谐波关系的复一个连续时间周期信号是无限多个呈谐波关系的复指数信号的线性组合，即指数信号的线性组合，即 考虑到周期序列在满足考虑到周期序列在满足 为有理数时，是连续为有理数时，是连续周期信号在时间上的离散化，所以一个周期序列在时周期信号在时间上的离散化，所以一个周期序列在时域也可以用复指数序列形式的傅立叶级数来表示，域也可以用复指数序列形式的傅立叶级数来表示，将将t=nT代入上述第一式可得代入上述第一式可得：第四十五页，本课件共有124页说明：说明：T 为为时域取样间隔时域取样间隔；=t为离散域频率或称其为为离散域频率或称其为数字频率数字频率。第四十六页，本课件共有124页 在连续域傅立叶级数可表示为具有无限多个频谱分量，在连续域傅立叶级数可表示为具有无限多个频谱分量，而在离散域只含有有限个谐波分量，总共谐波数为而在离散域只含有有限个谐波分量，总共谐波数为 由于由于 使上式求和的上下限仅有项，即使上式求和的上下限仅有项，即 上式即上式即离散傅立叶级数离散傅立叶级数。第四十七页，本课件共有124页n4.离散时间非周期信号离散时间非周期信号(非周期序列非周期序列)分析分析 离散时间傅立叶变换就是离散时间信号从时域变换到离散时间傅立叶变换就是离散时间信号从时域变换到离散时间傅立叶变换就是离散时间信号从时域变换到离散时间傅立叶变换就是离散时间信号从时域变换到频域和从频域变换到时域的一对线性变换。由于在时间频域和从频域变换到时域的一对线性变换。由于在时间频域和从频域变换到时域的一对线性变换。由于在时间频域和从频域变换到时域的一对线性变换。由于在时间上是连续的，因此它的频谱变化规律如前面所讨论的，上是连续的，因此它的频谱变化规律如前面所讨论的，上是连续的，因此它的频谱变化规律如前面所讨论的，上是连续的，因此它的频谱变化规律如前面所讨论的，时域取样信号是以时域取样信号是以时域取样信号是以时域取样信号是以取样频率取样频率为周期的周期连续频谱，为周期的周期连续频谱，即即第四十八页，本课件共有124页 与与 构成离散时间非周期傅立叶变换对。构成离散时间非周期傅立叶变换对。第四十九页，本课件共有124页2.1.3 傅立叶变换的应用傅立叶变换的应用n根据以上分析可以清楚地认识到，傅立叶变换是根据以上分析可以清楚地认识到，傅立叶变换是信号分析和处理中将信号信号分析和处理中将信号由时间域转换到频率域由时间域转换到频率域而而进行频谱分析的基本数学工具。运用傅立叶反变换，进行频谱分析的基本数学工具。运用傅立叶反变换，可将信号由频域的频率函数变换成时间域的时间函数。可将信号由频域的频率函数变换成时间域的时间函数。因此傅立叶正反变换给出了信号特性的时间域和频率因此傅立叶正反变换给出了信号特性的时间域和频率域的对应关系。域的对应关系。n现举例说明傅立叶变换在信号分析和电磁兼容工现举例说明傅立叶变换在信号分析和电磁兼容工程中的应用。程中的应用。第五十页，本课件共有124页例例 非周期信号矩形波非周期信号矩形波 为为 0，其余，其余 应用傅立叶变换分析其频谱函数。应用傅立叶变换分析其频谱函数。第五十一页，本课件共有124页 通常通常通常通常 的频谱函数可直接应用傅立叶变换公式的频谱函数可直接应用傅立叶变换公式计算。根据傅立叶变换性质的线性特性和时频展缩计算。根据傅立叶变换性质的线性特性和时频展缩特性来获得特性来获得 的频谱函数。其的频谱函数。其频谱函数频谱函数为为为为：频谱曲线如下图所示频谱曲线如下图所示 第五十二页，本课件共有124页基于基于Matlab的快速傅立叶变换（的快速傅立叶变换（FFT）1.figure(1);2.plot(a(:,1),a(:,2);3.figure(2);4.ts=1.00e-5;5.fmax=1/ts6.N=length(a(:,1);N=length(a(:,1);7.fs=fmax/N;8.fs=0:fs:(N-1)*fsfs=0:fs:(N-1)*fs9.Af=abs(fft(a(:,2);Af=abs(fft(a(:,2);10.plot(fs(1:N/2),abs(Af(1:N/2)/N*2);11.semilogx(fs(1:N/2),abs(Af(1:N/2)/N*2);12.grid on;第五十三页，本课件共有124页2.2 路的概念路的概念-电路与磁路电路与磁路2.2.1 电路电路n电路是由若干电气器件或设备，按一定的方式和规律电路是由若干电气器件或设备，按一定的方式和规律组成的总体，它构成电流的通路。随着电流的流通，组成的总体，它构成电流的通路。随着电流的流通，电路实现了电能的传输、分配和转换；或者实现各种电路实现了电能的传输、分配和转换；或者实现各种电信号的传递、处理和测量。电信号的传递、处理和测量。n电路的基本组成为电路的基本组成为4 4部分：部分：部分：部分：电源、负载、连接导线电源、负载、连接导线和开关和开关。第五十四页，本课件共有124页 n在对电路进行分析时，往往在一定条件下，对在对电路进行分析时，往往在一定条件下，对实际电气器件加以理想化，略去其次要性质，实际电气器件加以理想化，略去其次要性质，用一个足以表征实际器件主要性质的理想元件用一个足以表征实际器件主要性质的理想元件来表示。理想元件就是可精确定义并能表征实来表示。理想元件就是可精确定义并能表征实际器件的主要电磁性质的一种际器件的主要电磁性质的一种理想化元件理想化元件。第五十五页，本课件共有124页理理 想想 电电 源源 n实际电路中，电源向各种用电设备提供能量。实际电路中，电源向各种用电设备提供能量。实际电源种类繁多，但在一定条件下构成电路实际电源种类繁多，但在一定条件下构成电路模型时，电源通常有模型时，电源通常有理想电压源和理想电流源理想电压源和理想电流源两种，它们均属有源二端理想元件。两种，它们均属有源二端理想元件。第五十六页，本课件共有124页理理 想想 电电 压压 源源l理想电压源无论外部电压如何，其端电压总能理想电压源无论外部电压如何，其端电压总能保持定值或一定的时间函数。理想电压源的端保持定值或一定的时间函数。理想电压源的端电压与通过它自身的电流大小无关，其电压与通过它自身的电流大小无关，其电压总电压总保持定值保持定值或或为某给定的时间的函数为某给定的时间的函数。第五十七页，本课件共有124页理理 想想 电电 压压 源源 第五十八页，本课件共有124页理理 想想 电电 流流 源源l理想电流源无论外部电路如何，其输出电流总理想电流源无论外部电路如何，其输出电流总保持定值或一定的时间函数。理想电流源的输保持定值或一定的时间函数。理想电流源的输出电流与其两端电压大小无关，其出电流与其两端电压大小无关，其电流总保持电流总保持定值或为某给定的时间函数定值或为某给定的时间函数。第五十九页，本课件共有124页理理 想想 电电 流流 源源第六十页，本课件共有124页电电 阻阻 元元 件件 n 电阻元件是从对电流呈现阻力而且消耗电能电阻元件是从对电流呈现阻力而且消耗电能的实际电气器件中抽象出来的理想化元件。任的实际电气器件中抽象出来的理想化元件。任何两端元件，如果在任何时刻，其两端电压和何两端元件，如果在任何时刻，其两端电压和通过元件的电流之间的关系可以在通过元件的电流之间的关系可以在伏安特性伏安特性平平面上用曲线表示，则称为电阻元件。面上用曲线表示，则称为电阻元件。第六十一页，本课件共有124页电电 感感 元元 件件 电感元件是实际电感器的理想化元件，它体电感元件是实际电感器的理想化元件，它体现了元件现了元件储存磁场能量储存磁场能量的性质。任意两端元件，的性质。任意两端元件，如果在任意时刻，其电流和由它产生的磁链如果在任意时刻，其电流和由它产生的磁链 之间的关系可以在之间的关系可以在 平面上用曲线来表平面上用曲线来表示，则称其为电感元件。示，则称其为电感元件。第六十二页，本课件共有124页电电 感感 元元 件件 其值为自感磁链其值为自感磁链 与电流与电流 之比，即之比，即 电感元件上任意时刻的电压与电流有下列关系：电感元件上任意时刻的电压与电流有下列关系：这就是这就是电感元件的特性方程电感元件的特性方程。第六十三页，本课件共有124页电电 容容 元元 件件 电容元件是实际电容器的理想化元件，它体电容元件是实际电容器的理想化元件，它体现了元件现了元件储存电场能量储存电场能量的性质。任意两端元的性质。任意两端元件，如果在任意时刻，其极板上的电荷和元件，如果在任意时刻，其极板上的电荷和元件两端的电压之间的关系可以在件两端的电压之间的关系可以在 平面上用曲线来表示，则称其为电容元平面上用曲线来表示，则称其为电容元件。件。第六十四页，本课件共有124页电电 容容 元元 件件 对于线性电容元件，其电容值对于线性电容元件，其电容值C为一正实常数。其值为一正实常数。其值为一正实常数。其值为一正实常数。其值为电容任一极板上积累的电荷量为电容任一极板上积累的电荷量为电容任一极板上积累的电荷量为电容任一极板上积累的电荷量 与其上的电压与其上的电压与其上的电压与其上的电压 的比值，即的比值，即 。电容元件的特性方程为。电容元件的特性方程为 从特性方程可知，在某一时刻电容器的电流取决该时刻从特性方程可知，在某一时刻电容器的电流取决该时刻从特性方程可知，在某一时刻电容器的电流取决该时刻从特性方程可知，在某一时刻电容器的电流取决该时刻电容器电容器电容器电容器两端电压的变化率两端电压的变化率两端电压的变化率两端电压的变化率。第六十五页，本课件共有124页66元件的非理想特性元件的非理想特性u在传导耦合分析中，一个重要的工作就是在传导耦合分析中，一个重要的工作就是传导电路的传导电路的建模建模，此时，必须考虑实际电路，此时，必须考虑实际电路各个元件的各个元件的非理想特性非理想特性。u例如：导线、电路板印制线、元件引线、电阻例如：导线、电路板印制线、元件引线、电阻元件、电容元件、电感元件、铁氧体扼流圈、元件、电容元件、电感元件、铁氧体扼流圈、磁环等元器件。磁环等元器件。第六十六页，本课件共有124页67u导线是实际电路中的一类重要元件，导线是实际电路中的一类重要元件，导线的导线的非理想性主要体现在导线的电阻和电感效应方非理想性主要体现在导线的电阻和电感效应方面。当信号频率较高时，导线的电感效应要远面。当信号频率较高时，导线的电感效应要远远大于其电阻效应远大于其电阻效应。u在直流情况下，导线中的电流均匀分布在横在直流情况下，导线中的电流均匀分布在横街面上。圆形导线的单位长直流电阻为：街面上。圆形导线的单位长直流电阻为：第六十七页，本课件共有124页68u随频率的升高，集肤效应将导致导线截面上随频率的升高，集肤效应将导致导线截面上的电流向导线边缘分布，集肤深度为：的电流向导线边缘分布，集肤深度为：u信号频率越高，集肤深度越小。当集肤深信号频率越高，集肤深度越小。当集肤深度远小于导线半径时，电流将主要分布在具度远小于导线半径时，电流将主要分布在具有集肤深度的导体表面附近的带状区域。此有集肤深度的导体表面附近的带状区域。此时导线只利用了其很薄的一部分金属。时导线只利用了其很薄的一部分金属。第六十八页，本课件共有124页69第六十九页，本课件共有124页70对于具有半径相等和间距恒定的平行导线，对于具有半径相等和间距恒定的平行导线，当导线的间距大于当导线的间距大于五倍五倍及以上导线半径时，及以上导线半径时，导线之间的邻近效应可以忽略不计。此时，导线之间的邻近效应可以忽略不计。此时，导线单位长电感为：导线单位长电感为：第七十页，本课件共有124页71第七十一页，本课件共有124页72第七十二页，本课件共有124页73第七十三页，本课件共有124页 2.2.2 磁路磁路 磁通磁通(磁力线磁力线磁力线磁力线)所通过的闭合路径称为磁路。线圈中所通过的闭合路径称为磁路。线圈中通以电流就会产生磁场，磁力线将分布在线圈周围通以电流就会产生磁场，磁力线将分布在线圈周围的整个空间。如下图：的整个空间。如下图：第七十四页，本课件共有124页 如果我们把线圈绕在铁芯上如下图所示，则由于铁磁如果我们把线圈绕在铁芯上如下图所示，则由于铁磁如果我们把线圈绕在铁芯上如下图所示，则由于铁磁如果我们把线圈绕在铁芯上如下图所示，则由于铁磁物质的优良物质的优良物质的优良物质的优良导磁性能导磁性能，电流所产生的磁力线基本上都，电流所产生的磁力线基本上都，电流所产生的磁力线基本上都，电流所产生的磁力线基本上都局限在铁芯内。不仅如此，在同样大小的电流作用下，局限在铁芯内。不仅如此，在同样大小的电流作用下，局限在铁芯内。不仅如此，在同样大小的电流作用下，局限在铁芯内。不仅如此，在同样大小的电流作用下，有铁芯时磁通将大大增加有铁芯时磁通将大大增加。也就是说，用较小的电流。也就是说，用较小的电流可以产生较大的磁通。这就是在电磁器件中采用铁芯可以产生较大的磁通。这就是在电磁器件中采用铁芯的原因。的原因。第七十五页，本课件共有124页76第七十六页，本课件共有124页n磁路中的基本单位磁路中的基本单位 在磁场中画一些曲线，使这些曲线上任何一在磁场中画一些曲线，使这些曲线上任何一点的切线都在该点的磁场方向上，这些曲线点的切线都在该点的磁场方向上，这些曲线就称为磁通。磁场的强弱和方向可用洒铁屑就称为磁通。磁场的强弱和方向可用洒铁屑的方法以磁力线的形式表示出来。的方法以磁力线的形式表示出来。磁通磁通(磁磁力线力线)的单位在国际单位制中为的单位在国际单位制中为韦伯韦伯，简，简称韦，单位符号称韦，单位符号Wb。第七十七页，本课件共有124页 除了用磁通外，我们还要用到除了用磁通外，我们还要用到磁通密度磁通密度 这一物这一物这一物这一物理量，它是在与磁场相垂直的单位面积内的磁通，在均理量，它是在与磁场相垂直的单位面积内的磁通，在均理量，它是在与磁场相垂直的单位面积内的磁通，在均理量，它是在与磁场相垂直的单位面积内的磁通，在均匀磁场中匀磁场中匀磁场中匀磁场中 式中式中 就是与磁场相垂直的面积就是与磁场相垂直的面积S中所有的磁通。中所有的磁通。磁通密度是表示磁路中某一点的磁场性质的。在国磁通密度是表示磁路中某一点的磁场性质的。在国际单位制中，磁通密度际单位制中，磁通密度BB的单位为特斯拉的单位为特斯拉的单位为特斯拉的单位为特斯拉(Tesla)，简称特，单位符号简称特，单位符号简称特，单位符号简称特，单位符号T。特斯拉特斯拉即韦即韦/米米米米2。磁通密度磁通密度第七十八页，本课件共有124页 磁场是由电流产生的。在磁路中，电流越大，线圈匝数磁场是由电流产生的。在磁路中，电流越大，线圈匝数磁场是由电流产生的。在磁路中，电流越大，线圈匝数磁场是由电流产生的。在磁路中，电流越大，线圈匝数越多，产生的磁场强度越强。即取决于电流与线圈匝数越多，产生的磁场强度越强。即取决于电流与线圈匝数越多，产生的磁场强度越强。即取决于电流与线圈匝数越多，产生的磁场强度越强。即取决于电流与线圈匝数的乘积的乘积的乘积的乘积 。这一乘积叫做。这一乘积叫做。这一乘积叫做。这一乘积叫做磁动势或磁通势磁动势或磁通势。以。以。以。以F表表示，即示，即 磁动势是磁路中产生磁通的磁动势是磁路中产生磁通的磁动势是磁路中产生磁通的磁动势是磁路中产生磁通的“推动力推动力推动力推动力”。磁动势的国际制。磁动势的国际制。磁动势的国际制。磁动势的国际制单位为安单位为安单位为安单位为安(A)(A)。磁动势磁动势第七十九页，本课件共有124页 磁场的强弱用磁场强度磁场的强弱用磁场强度H表示。对于粗细均表示。对于粗细均匀的磁路来说，若磁路的平均长度匀的磁路来说，若磁路的平均长度(即磁路即磁路中心线的长度中心线的长度)为为l，则，则 即，即，磁场强度磁场强度是磁力线路径每单位长度的磁是磁力线路径每单位长度的磁动势。在国际单位制中动势。在国际单位制中H的单位是的单位是安安/米米()磁场强度磁场强度第八十页，本课件共有124页 磁导率与磁场强度的乘积称为磁导率与磁场强度的乘积称为磁导率与磁场强度的乘积称为磁导率与磁场强度的乘积称为磁感应强度磁感应强度B，即即 在相同的磁场强度的情况下，物质的磁导率越高，在相同的磁场强度的情况下，物质的磁导率越高，整体的磁场效应将越强，由前述可知，磁场强度整体的磁场效应将越强，由前述可知，磁场强度H是正比于电流是正比于电流I的，因此，磁感应强度的，因此，磁感应强度(磁通密度磁通密度)B既体现既体现励磁电流励磁电流大小，又体现大小，又体现磁性材料磁性材料性质的一个性质的一个反映整体磁场强弱的物理量。反映整体磁场强弱的物理量。磁感应强度磁感应强度第八十一页，本课件共有124页n磁路的基本定律磁路的基本定律 (1)磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律 磁动势是磁路中产生磁通的根源。当磁路中有磁磁动势是磁路中产生磁通的根源。当磁路中有磁 动势存在时，便有磁通通过，其大小为动势存在时，便有磁通通过，其大小为 当磁通通过由某种磁性材料组成的磁路时，将受当磁通通过由某种磁性材料组成的磁路时，将受到该材料对磁通的阻碍作用。如用到该材料对磁通的阻碍作用。如用磁阻磁阻 来表示这一阻碍，上式可以写成来表示这一阻碍，上式可以写成 第八十二页，本课件共有124页u安培环路定律安培环路定律 如图：如图：第八十三页，本课件共有124页磁路里的磁通磁路里的磁通经过变换可以写成经过变换可以写成 第八十四页，本课件共有124页 称为安培环路定理。式中称为安培环路定理。式中H1l1 ，H2l 2 2和和H3l3称为称为磁路各段的磁路各段的磁压降磁压降。上式说明，磁路中任一个闭合路。上式说明，磁路中任一个闭合路。上式说明，磁路中任一个闭合路。上式说明，磁路中任一个闭合路径上的磁压降的代数和等于总磁动势。此式与电路中的径上的磁压降的代数和等于总磁动势。此式与电路中的径上的磁压降的代数和等于总磁动势。此式与电路中的径上的磁压降的代数和等于总磁动势。此式与电路中的基尔霍夫电压定律相似，故又称为基尔霍夫电压定律相似，故又称为基尔霍夫电压定律相似，故又称为基尔霍夫电压定律相似，故又称为磁路的基尔霍夫定磁路的基尔霍夫定律律。第八十五页，本课件共有124页2.3 场的概念场的概念-电磁场原理电磁场原理 当电荷和电流随时间变化时，在周围空间会发现变化当电荷和电流随时间变化时，在周围空间会发现变化的电场和磁场，并且电场和磁场间存在着不可分割的的电场和磁场，并且电场和磁场间存在着不可分割的联系，形成联系，形成统一的电磁场统一的电磁场。在静电场中，电场是由。在静电场中，电场是由电荷引起的，这个电场是符合守恒性的。但是，电荷引起的，这个电场是符合守恒性的。但是，在时变场中，当场量随时间变化时，不仅在时变场中，当场量随时间变化时，不仅电荷产电荷产生电场，而且磁场的变化也会产生电场生电场，而且磁场的变化也会产生电场。后者便是。后者便是普通物理学中已经讨论过的电磁感应现象。普通物理学中已经讨论过的电磁感应现象。第八十六页，本课件共有124页 按照法拉第电磁感应定律，设有导线构成的闭合回按照法拉第电磁感应定律，设有导线构成的闭合回路路l，当穿过以这个回路为周界的曲面的磁通当穿过以这个回路为周界的曲面的磁通 随时间变化时，在回路中将引起随时间变化时，在回路中将引起随时间变化时，在回路中将引起随时间变化时，在回路中将引起感应电动势感应电动势 如图所示：如图所示：第八十七页，本课件共有124页 当回路运动时，还应加上回路切割磁场产生的当回路运动时，还应加上回路切割磁场产生的电动势电动势 则回路中的则回路中的总感应电动势总感应电动势为为 第八十八页，本课件共有124页 通过上式可见，出现感应电动势通过上式可见，出现感应电动势 是时变电磁场本是时变电磁场本身属性的一种表现，它的大小与回路身属性的一种表现，它的大小与回路l 的导电性能的导电性能无关。又因对闭合回路而言，其感应电动势等于无关。又因对闭合回路而言，其感应电动势等于感应电场沿回路的线积分。感应电场沿回路的线积分。故得故得故得故得 上式说明，时变电磁场的电场强度不符合守恒性，上式说明，时变电磁场的电场强度不符合守恒性，因为除了电荷引起的电场外还有电磁感应引起的电因为除了电荷引起的电场外还有电磁感应引起的电场，而后者是不符合守恒性的。可见，场，而后者是不符合守恒性的。可见，时变电磁场时变电磁场时变电磁场时变电磁场的电场是和其磁场的变化密切联系的电场是和其磁场的变化密切联系的电场是和其磁场的变化密切联系的电场是和其磁场的变化密切联系的。的。第八十九页，本课件共有124页在时变场情况下的在时变场情况下的电流连续性原理电流连续性原理，要由更为普遍的规，要由更为普遍的规律律电荷守恒定律导出。电荷守恒定律导出。第九十页，本课件共有124页 这里这里 表示电流密度，表示电流密度，项具有电流密度的量纲，项具有电流密度的量纲，并和并和 处于相同的地位，称为处于相同的地位，称为位移电流位移电流密度。以密度。以 表之，则表之，则 称为称为全电流密度全电流密度全电流密度全电流密度。上式表示由任何闭合曲面流出的。上式表示由任何闭合曲面流出的全电流恒等于零，也叫全电流连续性原理。将恒定全电流恒等于零，也叫全电流连续性原理。将恒定磁场中安培环路定律表达式的右方换成全电流。磁场中安培环路定律表达式的右方换成全电流。第九十一页，本课件共有124页 该式称为该式称为时变电磁场的安培环路定律时变电磁场的安培环路定律，又叫全电流，又叫全电流定律。它说明不但传导电流引起磁场，位移电流定律。它说明不但传导电流引起磁场，位移电流(即电场的变化即电场的变化)也引起磁场。也引起磁场。也引起磁场。也引起磁场。时变电磁场的磁场，是时变电磁场的磁场，是与电场的变化密切联系的与电场的变化密切联系的。第九十二页，本课件共有124页 麦克斯韦通过时变电磁场的基本方程，即麦克斯韦通过时变电磁场的基本方程，即 安培环路定律：安培环路定律：法拉第定律：法拉第定律：高斯定律：高斯