空心变压器课件

1、空心变压器PPT课件10-3 空心变压器空心变压器什么是什么是空心变压器空心变压器？ 两个耦合线圈绕在一个由非铁磁性材料制成的心子上组两个耦合线圈绕在一个由非铁磁性材料制成的心子上组成成空心变压器空心变压器，该器件通过磁耦合实现了从一个电路向另一，该器件通过磁耦合实现了从一个电路向另一个电路传输能量和信号的功能，是一种能量传输装置。个电路传输能量和信号的功能，是一种能量传输装置。2U1U+_+_1I2I*1R2R1Lj 2Lj LRLjXMj a)与电源相连的一边称为与电源相连的一边称为原边原边( (初初级级) )，其线圈称为原线圈，其线圈称为原线圈，R1 和和 L1分别表示原线圈的电阻和电感

2、。分别表示原线圈的电阻和电感。b)与负载相连的一边称为与负载相连的一边称为副边副边( (次次级级) )，其线圈称为副线圈，其线圈称为副线圈，R2 和和 L2分别表示副线圈的电阻和电感。分别表示副线圈的电阻和电感。c)M为两线圈的互感系数为两线圈的互感系数,RL 和和 XL 分别表示负载的电阻和分别表示负载的电阻和电抗电抗。d)注意图中注意图中参考方向参考方向的规定。的规定。空心变压器PPT课件2U1U+_+_1I2I*1R2R1Lj 2Lj LRLjXMj 1111LjRZ LLjXRLjRZ 2222 原边回路阻抗原边回路阻抗副边回路阻抗副边回路阻抗MjZM 列写上图列写上图 KVL 方程：

3、方程：12111)(UIjILjR 0)(2221 IjXRLjRIjLL 12111UIZIZM 02221 IZIZM解上述方程组可得：解上述方程组可得：222111221MZZZUZI 222111YZZUM 2221112MMZZZUZI 11222111YZZUYZMM 11222111)(YMjXRLjRUMYjLL 222111)(YMZU 空心变压器原边、副边的电流关系：空心变压器原边、副边的电流关系：2212ZZIIM 1221222 IZMjIZZIM 即即空心变压器PPT课件2U1U+_+_1I2I*1R2R1Lj 2Lj LRLjXMj 222111221MZZZUZI

4、 222111)(YMZU 2221111)( YMZIU 引入阻抗引入阻抗原边输入阻抗原边输入阻抗引入阻抗引入阻抗 又称反映阻抗，它又称反映阻抗，它是副边的回路阻抗是副边的回路阻抗 Z22 通过互感反映到通过互感反映到原边的等效阻抗。引入阻抗的性质与原边的等效阻抗。引入阻抗的性质与 Z22 相反，即感性相反，即感性(容性容性)变为容性变为容性(感性感性)。引入阻抗表明副边回路对原边回路有影引入阻抗表明副边回路对原边回路有影响。响。引入阻抗吸收的复功率就是副边回引入阻抗吸收的复功率就是副边回路吸收的复功率路吸收的复功率。222)(YM 11Z1U+_1I222)(YM 根据根据 ，可得可得原边

5、等效电路原边等效电路如左图如左图。1222111)(IYMZU 空心变压器PPT课件2U1U+_+_1I2I*1R2R1Lj 2Lj LRLjXMj 22Z111UMYj +_2I112)(YM 根据上式可得空心变压器的根据上式可得空心变压器的副边等效电路副边等效电路如右上图。如右上图。2221112MMZZZUZI 11222111)(YMjXRLjRUMYjLL 211222111)( IYMjXRLjRUMYjLL 虽然原边和副边之间没有电的联系，但在互感的作用下，虽然原边和副边之间没有电的联系，但在互感的作用下，副边有一互感电压，它将使闭合的副边回路产生电流，反过副边有一互感电压，它将

6、使闭合的副边回路产生电流，反过来这个电流又影响到原边电压。来这个电流又影响到原边电压。空心变压器PPT课件副边等效电路的另一形式副边等效电路的另一形式2U1U+_+_1I2I*1R2R1Lj 2Lj LRLjXMj 1111 UMYjIMjUoc ocU1U+_+_1I02 I*1R2R1Lj 2Lj Mj U+_1I2I*1R2R1Lj 2Lj Mj eqZ11222)(YMLjRZeq +111UMYj +_2IeqZLRLjX空心变压器PPT课件104)()(222222jZZMYMZx 引引 8 . 92 . 0 jZx此时负载获得的功率此时负载获得的功率： WPPx 1010)101

7、020(2 引引WRUPZZs 104 , *1211 引引引引实际上是最佳匹配实际上是最佳匹配： 解解：依题意，有依题意，有求求：Zx ；并求负载获得的有功功率并求负载获得的有功功率。 例例10.2 已知已知 ，原边等效电路的引入阻抗为原边等效电路的引入阻抗为 ，VUs20 1010j*j 10 2Ij 10 j 2+sU10 Zx+sU10+j 10 222)(YM 1010j空心变压器PPT课件解：方法解：方法(1)：回路法回路法。方法方法(2)：利用空心变压器的等效电路利用空心变压器的等效电路。AZIMjI 135. 0o2212 1131201111jLjRZ 85.1808.422

8、222jRLjRZL )1 .24(464)()(o222222ZMYMZ 引引AZZUIs )9 .64(5 .110o111 引引1I+sUZ11222)(YM 例例10.3 已知已知 L1=3.6H，L2=0.06H，M=0.465H，R1=20 ，V 0115o sU. , :21II求求R2=0.08 ，RL=42 ， 314 314rad/s， *j L11I2Ij L2j M+sUR1R2RL空心变压器PPT课件1.理想变压器理想变压器 空心变压器如果同时满足下列空心变压器如果同时满足下列 3 个条件即演变为个条件即演变为理想变压器理想变压器：1)变压器本身无损耗变压器本身无损耗

9、；2)耦合因数耦合因数 ，即全耦合即全耦合；3)L1 1、L2 2和和M均为无限大，但保持均为无限大，但保持 不变，不变， n为匝数比。为匝数比。12/ 1kML LnNNLL 2121/2U1U+_+_1I2I*1R2R1Lj 2Lj Mj 0 21 RR无无损损2111IMjILjU 2212ILjIMjU 22111ILLjILj 22121ILjILLj 1122 ULnULnuu 21 亦即亦即21LLM 全耦合全耦合10-4 理想变压器理想变压器空心变压器PPT课件2111 IMjILjU 又又21111 ILMLjUI 21211ILLLjU 21LLM 全耦合全耦合21In n

10、LLL 211/ ，211 ini 亦亦即即 综上可知综上可知理想变压器是一种特殊的无损耗全耦合变压器理想变压器是一种特殊的无损耗全耦合变压器，其电路图形符号如下，并且其原边和副边的电压和电流总满其电路图形符号如下，并且其原边和副边的电压和电流总满足下列关系：足下列关系：2u1u+_+_1i2i*1:n222112211 nuuNNuNuNu 或或2212122111 0iniNNiiNiN 或或 注意上式是根据图中的注意上式是根据图中的参考方向和同名端参考方向和同名端列出的。式中列出的。式中 n = N1/N2，称为理想变压器的称为理想变压器的变比变比。理想变压器的特性方程为代。理想变压器的

11、特性方程为代数关系，因此无记忆作用，理想变压器不是动态元件。数关系，因此无记忆作用，理想变压器不是动态元件。空心变压器PPT课件1) 功率性质功率性质： 21nuu 211ini 0)1(22222211 iuinnuiuiup 由此可以看出，理想变压器既不耗能，也不储能，它将由此可以看出，理想变压器既不耗能，也不储能，它将能量由原边全部传输到副边输出，在传输过程中，仅仅将电能量由原边全部传输到副边输出，在传输过程中，仅仅将电压、电流按变比作数值变换。即它在电路中只起传递信号和压、电流按变比作数值变换。即它在电路中只起传递信号和能量的作用。能量的作用。2.理想变压器的性质理想变压器的性质2u1

12、u+_+_1i2i*1:n理想变压器吸收的瞬时功率为理想变压器吸收的瞬时功率为理想变压器的方程为理想变压器的方程为空心变压器PPT课件LZnIUnInUnIU22222211)( /1 2) 2)阻抗变换性质阻抗变换性质 1U+_LZn21I当理想变压器的副边接入阻抗当理想变压器的副边接入阻抗 ZL 时，原边输入阻抗为时，原边输入阻抗为：即即 n2ZL 为副边折合到原边的等效阻抗为副边折合到原边的等效阻抗。2U1U+_+_1I2I*1:nLZRn2Lj )(2Lnj Cj 1)(122nCjCjn RLZLZn2空心变压器PPT课件 3) 3)两种特殊情况两种特殊情况 2u1u+_+_1i2i

13、*1:n+_+_*2u1u1i2i1:n输出端短路，此时输出端短路，此时0 2 u0 21 nuu输出端开路，此时输出端开路，此时0 2 i0121 ini 21nuu 211ini 3.3.理想变压器的受控源等效电路理想变压器的受控源等效电路+_+_2u1u1i2i+_21in 11un空心变压器PPT课件解：解：+ocueqRLR方法（方法（1 1）戴维南等效电路）戴维南等效电路+*1:nsusR2u1u+_+_1i2iocu 已知：电源内阻已知：电源内阻 Rs=1k ，负载电阻负载电阻RL=10 。为了使为了使RL上获得最大功率，求：理上获得最大功率，求：理想变压器的变比想变压器的变比

14、n。2u1u+_+_1i2i+*1:nsusRLR例例10.42/ nRRseq *1:nsR2u1u+_+_1i2ieqRnunuuusoc/12 要使要使RL上获得最大功率，则上获得最大功率，则2/nRRRseqL 2/100010 n 10 n空心变压器PPT课件+susRLRn2解：解： 方法（方法（2 2）原边等效电路）原边等效电路由于理想变压器不耗能，因此等效电阻上的功率即为负由于理想变压器不耗能，因此等效电阻上的功率即为负载电阻的功率。载电阻的功率。要使要使n2RL上获得最大功率，则上获得最大功率，则sLRRn 2100010 2 n10 n方法（方法（3 3）列写电路）列写电路

15、KVL方程利用方程组找出功率表达式并求解。方程利用方程组找出功率表达式并求解。已知：电源内阻已知：电源内阻 Rs=1k ，负载电阻负载电阻RL=10 。为了使为了使RL上获得最大功率，求：理上获得最大功率，求：理想变压器的变比想变压器的变比 n。2u1u+_+_1i2i+*1:nsusRLR例例10.4空心变压器PPT课件例例10.52U求求解：方法（解：方法（1 1）列方程）列方程 10121UU 2110II o110101 UI05022 UI解得解得VUo2033.33 50 11I2I*+2U+1U1:10+Vo010 空心变压器PPT课件方法（方法（2 2）阻抗变换）阻抗变换 2150)101(2LZ 0310212/11010oo1VU VUnUUo112033.33 10/ 10/1 n2U求求 50 11I2I*+2U+1U1:10+Vo010 1I+1U+Vo010 1 LZ 例例10.5空心变压器PPT课件VUUUsoco10100 1010 0 012 II，方法（方法（3 3）戴维南等效）戴维南等效:ocU求求2U求求 50 11I2I*+2U+