电路原理第十章含耦合电感电路精选文档.ppt
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1、电路原理第十章含耦合电感电路本讲稿第一页,共五十七页重点:重点:互感互感含有耦合电感电路的计算含有耦合电感电路的计算变压器变压器本讲稿第二页,共五十七页10.1 互感互感(mutual inductance)一、互感电压和互感一、互感电压和互感+u11+u21i1 11 21N1N21.1.磁耦合磁耦合:载流线圈间通过彼:载流线圈间通过彼此的磁场相互联系的物理现象。此的磁场相互联系的物理现象。这样的两个线圈称为耦合线圈。这样的两个线圈称为耦合线圈。2.自感电压自感电压:线圈:线圈1 1流过变动电流流过变动电流i i1 1时所产生的变动磁通时所产生的变动磁通 11会在会在线圈线圈1 1中引起感应
2、电压中引起感应电压u11,称为自感电压称为自感电压。u11:自感电压:自感电压 L11:自感系数:自感系数3.互感电压互感电压:如线圈:如线圈1 1附近有线圈附近有线圈2 2,线圈线圈2 2与磁通与磁通 11相链,会在相链,会在线圈线圈2 2中引起感应电压中引起感应电压u u2121 ,称为互感电压,称为互感电压。4.耦合线圈的电路模型耦合线圈的电路模型(只考虑线圈的电磁感应作用,而忽略电阻等只考虑线圈的电磁感应作用,而忽略电阻等次要因数),称为次要因数),称为互感互感或耦合电感或耦合电感。本讲稿第三页,共五十七页1 1 耦合电感的概念耦合电感的概念 两个耦合线圈如图所示,设线圈两个耦合线圈如
3、图所示,设线圈1 1和线圈和线圈2 2的匝数分别为的匝数分别为N N1 1和和N N2 2 互磁链互磁链21=N221自磁链自磁链11=N111+u11+u21i1 11 21N1N2在线性媒质中,在线性媒质中,磁通链磁通链与产生该磁通链的与产生该磁通链的电流电流成正比成正比,且满足右手螺,且满足右手螺旋定则。旋定则。本讲稿第四页,共五十七页L1、L2为自感系数;为自感系数;M12、M21称为两个线圈的互感系数称为两个线圈的互感系数自磁链、互磁链与电流的关系自磁链、互磁链与电流的关系 1 i1 +u1 -a 2 2 11 12 21 22 b c i2 +u2 -d 1 本讲稿第五页,共五十七
4、页2 2 耦合电感的伏安关系耦合电感的伏安关系 1=11+122=22+211=11 122=22 21 说明耦合线圈的伏安关系用图 1 i1 +u1 -a 2 2 11 12 21 22 b c i2 +u2 -d 1 1 i1+u1 -a 2 2 11 12 21 22 b c i2+u2 -d 1*(b)(a)本讲稿第六页,共五十七页+u11+u21i1 11 21N1N2耦耦合合线线圈圈1和和线线圈圈2,匝匝数数为为N1和和N2。线线圈圈1通通有有电电流流i1时时,产产生生自自感感磁磁通通 11,11与与N1匝匝线线圈圈相相链链,产产生生自自感感磁磁通通链链11 N1 11。同同时时,
5、11中中部部分分或或全全部部与与线线圈圈N2相相链链,这这部部分分磁磁通通称称为为线线圈圈1对对线线圈圈2的的互互感感磁磁通通 21,21与与N2匝匝线线圈圈相相链链产产生生互互感感磁磁通通链链21 N2 21。在在线线性性媒媒质质中中,磁磁通通链链与与产产生生该该磁磁通通链链的的电电流流成成正正比比,且且满满足足右右手手螺螺旋旋定定则则。互互感感磁磁通通链链21与与 i1的的比比值值称称为为线线圈圈1对对线线圈圈2的的互互感感系系数数,简简称称互互感感。自自感感磁磁通通链链11与与 i1的比值称为的比值称为线圈线圈1的自感系数的自感系数,简称自感(电感)。,简称自感(电感)。单位:亨利(H)
6、本讲稿第七页,共五十七页同同理理,当当线线圈圈2 2中中通通电电流流i i2 2时时会会产产生生自自感感磁磁通通 2222,自自感感磁磁通通链链2222 。2222 部部分分或或全全部部与与线线圈圈1 1相相链链,产产生生线线圈圈2 2对对线线圈圈1 1的的互互感感磁磁通通 1212及及 互互感感磁磁通通链链1212 。同同样样有有,互互感感磁磁通通链链1212与与 i i2 2的的比比值值称称为为线圈线圈2 2对线圈对线圈1 1的互感系数的互感系数。即。即+u u1212+u u2222i i2 2 12 12 22 22N N1 1N N2 2 互感的性质互感的性质可以证明,对于线性电感可
7、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)本讲稿第八页,共五十七页二、互感的同名端二、互感的同名端 当互感的两个线圈当互感的两个线圈都通有电流时,每个线都通有电流时,每个线圈中的磁通链是自感磁圈中的磁通链是自感磁通链和互感磁通链的代通链和互感磁通链的代数和。数和。+u11+u21i1 11 12N1N2i2 可见磁耦合中,互感对磁通链的作用有两种可能:可见磁耦合中,互感对磁通链的作用有
8、两种可能:“增助增助”、“削弱削弱”。本讲稿第九页,共五十七页为什么要引入同名端:为什么要引入同名端:耦合电感线圈中的互磁链和自磁链的参考方向可能一耦合电感线圈中的互磁链和自磁链的参考方向可能一致,也可能不一致,致,也可能不一致,由线圈电流的参考方向和线圈的绕向及线由线圈电流的参考方向和线圈的绕向及线圈间的相对位置决定。圈间的相对位置决定。引入同名端可确定互感磁通链与自感磁引入同名端可确定互感磁通链与自感磁通链方向是否一致;互感电压与自感电压方向是否一致。通链方向是否一致;互感电压与自感电压方向是否一致。(不用看线圈内部结构)(不用看线圈内部结构)同名端的概念:同名端的概念:所谓同名端是指耦合
9、线圈中的这样一对端钮:所谓同名端是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致。两个电流所产生的磁通链相互增强。与互磁链的参考方向一致。两个电流所产生的磁通链相互增强。为了便于反映互感的作用,采用为了便于反映互感的作用,采用同名端同名端标记法。标记法。同名端标记法原则:当两个线圈的电流同时由同名端流进同名端标记法原则:当两个线圈的电流同时由同名端流进(或流出或流出)线圈线圈时,两个电流所产生的磁通链相互增强。时,两个电流所产生的磁通链相互增强。本讲稿第十页,共五十七页同名端与两
10、个线圈的绕向和相对位置有关。同名端与两个线圈的绕向和相对位置有关。112233*+u11+u21i1 11 0N1N2+u31N3 s*两个以上线圈彼此耦合时,同名端应一对一对加以标记。如果每个电两个以上线圈彼此耦合时,同名端应一对一对加以标记。如果每个电感都有电流时,每个电感的磁通链等于自感磁通链和所有互感磁通链感都有电流时,每个电感的磁通链等于自感磁通链和所有互感磁通链的代数和。的代数和。i1122*本讲稿第十一页,共五十七页三、互感(耦合电感)的三、互感(耦合电感)的VCRVCRi i1 1*L L1 1L L2 2+_ _u u1 1+_ _u u2 2i i2 2MM当耦合线圈同名端
11、确定后,两个线圈相互作用,就当耦合线圈同名端确定后,两个线圈相互作用,就不再考虑其实际绕向,而只画出同名端及电压和电不再考虑其实际绕向,而只画出同名端及电压和电流参考方向即可。两个耦合电感通有流参考方向即可。两个耦合电感通有变动变动的电流,的电流,根据电磁感应定律和楞次定律,根据电磁感应定律和楞次定律,则有:则有:当两个耦合线圈通有变动电流时,每个线圈两端的电压均包含自感电压和互感当两个耦合线圈通有变动电流时,每个线圈两端的电压均包含自感电压和互感电压。电压。自感电压符号自感电压符号 由自感电压和电流的参考方向是否相关联决定。由自感电压和电流的参考方向是否相关联决定。互感电互感电压符号压符号
12、选取原则:如果互感电压的选取原则:如果互感电压的正极性端正极性端与产生它的与产生它的电流流进端子电流流进端子为为一对同名端,互感电压取正号,反之取负号。一对同名端,互感电压取正号,反之取负号。或者或者选取原则:增助时,与选取原则:增助时,与自感相同;削弱时,与自感相反。自感相同;削弱时,与自感相反。本讲稿第十二页,共五十七页*L1L2+_u1+_u2i2Mi1时域形式时域形式:i1*L1L2+_u1+_u2i2Mi1*L1L2+_u1+_u2i2Mi1*L1L2+_u1+_u2i2M本讲稿第十三页,共五十七页相量形式表示:相量形式表示:*j L1j L2+_j M+_*j L1j L2+_j
13、M+_ 当施感电流为同频正弦量时,在正弦稳态情况下,电压、电流可当施感电流为同频正弦量时,在正弦稳态情况下,电压、电流可用相量形式表示:用相量形式表示:本讲稿第十四页,共五十七页 耦合系数耦合系数 k:表示两个耦合线圈磁耦合的紧密程度。:表示两个耦合线圈磁耦合的紧密程度。1)全耦合全耦合:11=21,22=12 3 耦合电感的耦合系数耦合电感的耦合系数2)无耦合无耦合:21=0,12=0 k=0本讲稿第十五页,共五十七页 4 4 同名端的实验测定:同名端的实验测定:i i1 11 12 22 2*R RS SV V+电压表正偏。电压表正偏。图示电路,当闭合图示电路,当闭合开关开关S时,时,i增
14、加,增加,当当两两组组线线圈圈装装在在黑黑盒盒里里,只只引引出出四四个个端端线线组组,要要确确定定其其同同名名端,就可以利用上面的结论来加以判断。端,就可以利用上面的结论来加以判断。结结论论:当当随随时时间间增增大大的的时时变变电电流流从从一一线线圈圈的的一一端端流流入入时时,将将会会引引起另一线圈相应同名端的电位升高。起另一线圈相应同名端的电位升高。互感现象的利与弊:互感现象的利与弊:利用利用变压器:信号、功率传递变压器:信号、功率传递避免避免干扰干扰克服:合理布置线圈相互位置减少互感作用。克服:合理布置线圈相互位置减少互感作用。本讲稿第十六页,共五十七页10.2 含耦合电感电路的计算含耦合
15、电感电路的计算一、耦合电感的串联一、耦合电感的串联1.顺接顺接i*u2+MR1R2L1L2u1+u+iRLu+含耦合电感电路的正弦稳态分析采用相量法。计算时注意耦合电含耦合电感电路的正弦稳态分析采用相量法。计算时注意耦合电感上的电压即包括自感电压又包括互感电压。感上的电压即包括自感电压又包括互感电压。本讲稿第十七页,共五十七页2.反接反接i*u2+MR1R2L1L2u1+u+iRLu+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。本讲稿第十八页,共五十七页在正弦激励下在正弦激励下:*+R1R2j L1+j L2j M 相量图相量图:(a)顺接顺接.(b)反接反接.本讲稿第十九
16、页,共五十七页*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:*全耦合全耦合 当当 L L1 1=L L2 2 时时 ,M=LM=L4 4L L 顺接顺接0 0 反接反接L L=互感的测量方法:互感的测量方法:本讲稿第二十页,共五十七页1.同侧并联:同侧并联:i=i1+i2 二、耦合电感的并联二、耦合电感的并联*Mi2i1L1L2ui+R1R2*jMjL1jL2+R1R2本讲稿第二十一页,共五十七页2.2.异侧并联异侧并联*jMjL1jL2+R1R2i=i1+i2*Mi2i1L1L2ui+R1R2本讲稿第二十二页,共五十七页根据前面的电路图,列写方程:根据前面的电路图
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- 电路 原理 第十 耦合 电感 精选 文档
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