含耦合电感电路课件.ppt
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1、6 含耦合电感电路罗明1 本章知识要点:本章知识要点:耦合电感的伏安关系与同名端耦合电感的伏安关系与同名端;耦合电感器的串联和并联耦合电感器的串联和并联;T T形去耦等效电路形去耦等效电路;含耦合电感器复杂电路的分析含耦合电感器复杂电路的分析;空心变压器空心变压器;理想变压器理想变压器;26.1.1 6.1.1 耦合电感的概念耦合电感的概念 两个靠近的线圈,当一个线圈有电流通过时,该电流两个靠近的线圈,当一个线圈有电流通过时,该电流产生的磁通不仅通过本线圈,还部分或全部地通过相邻线产生的磁通不仅通过本线圈,还部分或全部地通过相邻线圈。一个线圈电流产生的磁通与另一线圈交链的现象,称圈。一个线圈电
2、流产生的磁通与另一线圈交链的现象,称为两个线圈的为两个线圈的磁耦合磁耦合。6.1 6.1 耦合电感的伏安关系与同名端耦合电感的伏安关系与同名端 具有磁耦合的线圈称为具有磁耦合的线圈称为耦合线圈耦合线圈或或互感线圈互感线圈。图图6-1 6-1 两个线圈的磁耦合两个线圈的磁耦合3 如图如图6-16-1所示,电流的方向与它产生的磁通链的方向满足右手螺所示,电流的方向与它产生的磁通链的方向满足右手螺旋关系,参考方向按这一关系设定。若线圈周围没有铁磁物质,则旋关系,参考方向按这一关系设定。若线圈周围没有铁磁物质,则各磁通链与产生该磁通链的电流成正比,即各磁通链与产生该磁通链的电流成正比,即 1.L 1.
3、L1 1、L L2 2、M M1212、M M2121均为正常数,单位为亨利(均为正常数,单位为亨利(H H)。)。L1L1、L2L2为为自感自感;M;M1212、M M2121称为称为互感互感。2.M 2.M1212=M=M2121,因此当只有两个线圈耦合时,可略去下标,表示,因此当只有两个线圈耦合时,可略去下标,表示为为M=MM=M1212=M=M2121。(6-1a)(6-1b)图图6-1 6-1 两个线圈的磁耦合两个线圈的磁耦合自磁链自磁链互磁链互磁链46.1.2 6.1.2 耦合电感的伏安关系耦合电感的伏安关系 如图如图6-26-2(a a)所示的具有磁耦合的两个线圈)所示的具有磁耦
4、合的两个线圈1 1和和2 2,由于两个线,由于两个线圈之间存在磁耦合,每个线圈中的磁链将由本线圈的电流产生的磁圈之间存在磁耦合,每个线圈中的磁链将由本线圈的电流产生的磁链和另一线圈的电流产生的磁链两部分组成。链和另一线圈的电流产生的磁链两部分组成。图图6-2(a)6-2(a)耦合线圈的伏安关系耦合线圈的伏安关系 若选定线圈中各磁链的参考方若选定线圈中各磁链的参考方向与产生该磁链的线圈电流的参向与产生该磁链的线圈电流的参考方向符合右手螺旋法则,则各考方向符合右手螺旋法则,则各线圈的总磁链在如图线圈的总磁链在如图6-26-2(a a)电)电流参考方向下可表示为:流参考方向下可表示为:1 1=111
5、1+12122 2=2222+21215 当线圈绕向和电流的参考方向如当线圈绕向和电流的参考方向如图图6-2(b)6-2(b)所示时,每个线圈中的自磁所示时,每个线圈中的自磁链和互磁链的参考方向均不一致。因链和互磁链的参考方向均不一致。因此,耦合线圈中的总磁链可表示为此,耦合线圈中的总磁链可表示为1 1=11111212 (6-2a6-2a)2 2=22222121 (6-2b6-2b)如果线圈周围无铁磁物如果线圈周围无铁磁物质,则各磁链是产生该磁质,则各磁链是产生该磁链电流的线性函数,故有链电流的线性函数,故有(6-3a)(6-3b)图图6-2(b)6-2(b)耦合线圈的伏安关系耦合线圈的伏
6、安关系 6 上式即为耦合电感的伏安关系式。可见,耦合电感中每一线圈的上式即为耦合电感的伏安关系式。可见,耦合电感中每一线圈的感应电压由感应电压由自感电压自感电压和和互感电压互感电压两部分组成。两部分组成。当线圈的电流与电压取关联参考方向时,自感电压前的符号总为当线圈的电流与电压取关联参考方向时,自感电压前的符号总为正;而互感电压前的符号可正可负,当互磁链与自磁链的参考方向正;而互感电压前的符号可正可负,当互磁链与自磁链的参考方向一致时,取正号;反之,取负号。一致时,取正号;反之,取负号。当耦合线圈的线圈电流变化时,线圈中的自磁链和互磁链将当耦合线圈的线圈电流变化时,线圈中的自磁链和互磁链将随之
7、变化。由电磁感应定律可知,各线圈的两端将会产生感应电随之变化。由电磁感应定律可知,各线圈的两端将会产生感应电压。若设各线圈的电流与电压取关联参考方向,则有压。若设各线圈的电流与电压取关联参考方向,则有(6-4a)(6-4b)76.1.3 6.1.3 耦合线圈的同名端耦合线圈的同名端 同名端同名端:指耦合线圈中的这样一对端钮,当线圈电流同时流入指耦合线圈中的这样一对端钮,当线圈电流同时流入(或流出)该对端钮时,各线圈中的自磁链与互磁链的参考方向一(或流出)该对端钮时,各线圈中的自磁链与互磁链的参考方向一致。致。同名端通常用标志同名端通常用标志“”“”(或(或“*”“*”)表示。耦合电感标有)表示
8、。耦合电感标有“”“”的两个端钮为同名端,余下的一对无标志符的端钮也是一对的两个端钮为同名端,余下的一对无标志符的端钮也是一对同名端。同名端。图图6-26-2(续)(续)8图图6-3 6-3 耦合电感的电路符号耦合电感的电路符号 判定方法:判定方法:1.1.在正值且为增长的电流流入端和互感电压的高电位端为在正值且为增长的电流流入端和互感电压的高电位端为同名端。同名端。图图6-26-2(续)(续)9图图6-4 6-4 同名端的判定同名端的判定 2.2.同名端的实验判定同名端的实验判定 如图如图6-46-4,当开关,当开关S S闭合时,将从线闭合时,将从线圈圈1 1的的A A端流入,且端流入,且
9、。如果电压表正向偏转,表示线圈如果电压表正向偏转,表示线圈2 2中的互感电压中的互感电压 ,则可判,则可判定电压表的正极所接定电压表的正极所接C C与与 的流入端的流入端A A为同名端;为同名端;反之,如果电压表反向偏转,反之,如果电压表反向偏转,C C与与A A为异名端。为异名端。10例例6-16-1试写出图试写出图6-56-5所示耦合电感的伏安关系。所示耦合电感的伏安关系。具体规则是:若耦合电感的线圈电压与电流的参考方向为关联具体规则是:若耦合电感的线圈电压与电流的参考方向为关联参考方向时,该线圈的自感电压前取正号,否则取负号;若耦合电参考方向时,该线圈的自感电压前取正号,否则取负号;若耦
10、合电感线圈的线圈电压的正极性端与在该线圈中产生互感电压的另一线感线圈的线圈电压的正极性端与在该线圈中产生互感电压的另一线圈的电流的流入端为同名端时,该线圈的互感电压前取正号,否则圈的电流的流入端为同名端时,该线圈的互感电压前取正号,否则取负号。取负号。耦合电感的伏安关系式耦合电感的伏安关系式 图图6-5 6-5 例例6-16-1电路图电路图11若用受控源表示互感电压,则图若用受控源表示互感电压,则图6-3(a)6-3(a)和和(b)(b)所示耦合电感可分别所示耦合电感可分别用图用图6-6(a)6-6(a)和和(b)(b)所示的电路模型表示。所示的电路模型表示。耦合电感的受控源形式耦合电感的受控
11、源形式 图图6-6 6-6 用受控源表示互感电压时耦合电感的电路模型用受控源表示互感电压时耦合电感的电路模型图图6-36-3(续)(续)12正弦稳态电路中,式正弦稳态电路中,式(6-4)(6-4)所述的耦合电感伏安关系的相量形式为:所述的耦合电感伏安关系的相量形式为:、(6-5a)(6-5b)式中,式中,称为自感阻抗,称为自感阻抗,、称为互感阻抗。称为互感阻抗。(6-4a)(6-4b)(续前)(续前)13正弦稳态电路中,若用受控源表示互感电压,图正弦稳态电路中,若用受控源表示互感电压,图6-36-3去耦等效电路去耦等效电路可用图可用图6-76-7所示电路模型表示。所示电路模型表示。图图6-7
12、6-7 用受控源表示互感电压时耦合电感的相量模型用受控源表示互感电压时耦合电感的相量模型图图6-36-3(续)(续)146.1.4 6.1.4 耦合系数耦合系数K K 耦合系数耦合系数K K来表示互感线圈之间耦合的紧密程度。来表示互感线圈之间耦合的紧密程度。2.2.当当K=1K=1时,是无漏磁通的理想情况,称为全耦合。时,是无漏磁通的理想情况,称为全耦合。注:注:1.1.所以耦合系数为所以耦合系数为 3.3.当两个线圈互相垂直放置时,因两线圈间没有磁耦合,互感当两个线圈互相垂直放置时,因两线圈间没有磁耦合,互感 磁链为零,所以磁链为零,所以K=0K=0。15例例6-26-2图图6-86-8所示
13、电路,已知所示电路,已知 。试求,。试求,图图6-8 6-8 例例6-26-2电路图电路图解:由于解:由于BCBC处开路,所以电感处开路,所以电感 所在支所在支 路无电流,故有路无电流,故有此题不是正弦稳态电路,故不能用相量法。此题不是正弦稳态电路,故不能用相量法。16例例6-36-3在图在图6-96-9所示正弦稳态电路中,所示正弦稳态电路中,。求电流。求电流 图图6-9 6-9 例例6-36-3电路图电路图解解:此题应先解出此题应先解出 代入数据,则代入数据,则17186.2.1 6.2.1 耦合电感器的串联耦合电感器的串联 1.1.串联顺接串联顺接 图图6-106-10所示为两个有耦合的实
14、际线圈的串联电路,电流均从两所示为两个有耦合的实际线圈的串联电路,电流均从两个线圈的同名端流出(流进),这种接法称为顺接。图个线圈的同名端流出(流进),这种接法称为顺接。图6-10(b)6-10(b)为为其受控源去耦等效电路。其受控源去耦等效电路。6.2 6.2 耦合电感器的串联和并联耦合电感器的串联和并联图图6-10 6-10 耦合电感顺接及其去耦等效电路耦合电感顺接及其去耦等效电路19 顺接时,电压电流关系为顺接时,电压电流关系为 在正弦稳态的情况下在正弦稳态的情况下,应用相量法可得应用相量法可得:称为顺接时的串联等效电感,称为顺接时的串联等效电感,可见顺接时互感增强了电感。可见顺接时互感
15、增强了电感。图图6-106-10(续)(续)20 2.2.串联反接串联反接 对于图对于图6-116-11(a a)所示电路,电流从一个线圈的同名端流入,而)所示电路,电流从一个线圈的同名端流入,而从另一个线圈的同名端流出,这种接法,称为反接。图从另一个线圈的同名端流出,这种接法,称为反接。图6-116-11(b b)为其受控源去耦等效电路。为其受控源去耦等效电路。图图6-11 6-11 耦合电感反接及其去耦等效电路耦合电感反接及其去耦等效电路21 反接时,电压电流关系为反接时,电压电流关系为 在正弦稳态的情况下在正弦稳态的情况下,应用相量法可得应用相量法可得:称为反接时的串联等效电感,称为反接
16、时的串联等效电感,可见反接时互感消弱了电感。可见反接时互感消弱了电感。图图6-116-11(续)(续)226.2.2 6.2.2 耦合电感器的并联耦合电感器的并联 1.1.同侧并联同侧并联 耦合电感的并联电路,也有两种接法。在图耦合电感的并联电路,也有两种接法。在图6-12(a)6-12(a)中,两个中,两个线圈的同名端在同一侧,把这种并联方法称为同侧并联,其受控线圈的同名端在同一侧,把这种并联方法称为同侧并联,其受控源去耦等效电路如图源去耦等效电路如图6-12(b)6-12(b)。图图6-12 6-12 耦合电感同侧并联及其去耦等效电路耦合电感同侧并联及其去耦等效电路23 2.2.异侧并联异
17、侧并联 图图6-13(a)6-13(a)中,两个线圈的同名端不在同一侧,把这种并联方中,两个线圈的同名端不在同一侧,把这种并联方法称为异侧并联,其受控源去耦等效电路如图法称为异侧并联,其受控源去耦等效电路如图6-13(b)6-13(b)。图图6-13 6-13 耦合电感异侧并联及其去耦等效电路耦合电感异侧并联及其去耦等效电路24 对于同侧并联对于同侧并联 对于异侧并联对于异侧并联 综合起来,可以写成综合起来,可以写成 式中含有式中含有M M(或(或 )项前面的符号)项前面的符号“”“”号表示的意义是:上面号表示的意义是:上面“+”“+”号对应同侧并联;下面号对应同侧并联;下面“-”“-”号对应
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