电工基础完整ppt课件

,电工基础第四章互感及变压器,主要制作：廖芳2011年9月,.,2,第4章主要内容,知识要点，技能要点，重点、难点4.1互感元件及其特性4.2互感元件的等效分析4.3变压器第4章小结,.,3,第4章知识要点,知识要点1.互感线圈及其同名端；2.互感元件的等效分析；3.变压器的工作原理及分析。,.,4,第4章技能要点,技能要点1.同名端的测定；2.线圈互感的测定；3.互感线圈的连接方式与测试；4.单相调压器的使用；5.交流电压表、交流电流表和直流电流表的使用。,.,5,第4章重点、难点,重点、难点1.同名端的意义；2.互感与线圈相对位置的关系；3变压器的变压、变流、变阻抗特性。,返回,.,6,4.1互感元件及其特性,互感与互感电压同名端,返回,.,7,4.1互感元件及其特性,1.互感与互感电压（1）互感现象当通过电感线圈的电流发生变化时，线圈周围的磁通也随之变化，电感线圈中就会产生感应电动势。,返回,.,8,4.1互感元件及其特性,若由于线圈自身电流发生变化而产生的感应电动势的现象称为自感现象。由线圈电流发生变化而在相邻线圈上产生的感应电动势的现象，称为互感现象。,.,9,4.1互感元件及其特性,自感磁链11与自身线圈通过的电流i1成正比，即：电流i1的变化在自身线圈1中产生的自感应电动势e11和自感应电压u11为：,.,10,4.1互感元件及其特性,由线圈1中的电流i1穿越线圈2产生的互感磁链21的关系为：由线圈2中的电流i2穿越线圈1产生的互感磁链12的关系为：,返回,.,11,4.1互感元件及其特性,（2）互感电压线圈1中的电流i1变化时，在线圈2中产生的感应电压（互感电压）u21为：线圈2中的电流i2变化时，在线圈1中产生的感应电压（互感电压）u12为：,返回,.,12,4.1互感元件及其特性,（3）耦合系数K耦合系数K是表征两线圈之间磁链耦合的松紧程度的参数，其大小为：由于互感系数M与自感系数L1、L2满足：所以耦合系数K满足：,返回,.,13,4.1互感元件及其特性,若两线圈紧密地绕在一起时，互感最大，其耦合系数K=1；若两线圈垂直放置时，两线圈的互感互感为零，其耦合系数K=0；若两线圈平行放置，且距离越近，互感越大，距离越远，互感越小，其耦合系数介于0和1之间。,.,14,4.1互感元件及其特性,耦合系数K反映了两线圈耦合的强弱，K=1，说明两线圈之间耦合最紧密，称为全耦合；K=0，说明两线圈之间没有耦合，称为无耦合。在电子技术和电力变压器中，为了更有效地传输信号或功率，总是采用极紧密的耦合，使耦合系数K尽可能接近于1。但有时在工程上（如，功率放大器的输入变压器和输出变压器之间），也需要尽可能地减小互感作用，使实际的电气设备或系统少受或不受电磁干扰的影响，这可以采用屏蔽的措施或采用合理布置这些线圈的相对位置达到此目的。,返回,.,15,4.1互感元件及其特性,2.同名端线圈的感应电压极性与线圈的绕向有直接关系。当线圈1和线圈2的绕向相反，产生的感应电压u1和u2的方向相反；当线圈1和线圈2的绕向相同，产生的感应电压u1和u2的方向相同。,返回,（a）两线圈的绕向相反（b）两线圈的绕向相同,.,16,4.1互感元件及其特性,在实际电路图中，难以绘出实际线圈及绕向，所以常用“同名端”来表示线圈绕向与感应电压极性的关系。互感线圈同名端的规定：当两线圈的电流产生的磁通方向一致时，则流入电流的这两个线圈端子就为“同名端”，用“”或“*”表示。同名端的含义：同名端的线圈端子具有同样的感应电压极性。,.,17,4.1互感元件及其特性,如图（a）所示电路中，、端为同名端，或、端为同名端。所以、端的感应电压极性同为“+”极性，、端同为“-”极性如图（b）所示电路中，、端为同名端，或、端为同名端。所以、端的感应电压极性同为“+”极性，、端同为“-”极性。,返回,（a）（b）,.,18,4.1互感元件及其特性,例4.1如图所示的互感电路，试列写出各互感线圈的电压、电流的关系式。两线圈的自感分别为L1、L2，两线圈的互感系数为M。,返回,.,19,4.1互感元件及其特性,解：线圈的感应电压包括自感电压和互感电压。对于线圈1来说，其自感电压为；根据同名端的定义，线圈1获得的互感电压为；所以线圈1上的感应电压为：对于线圈2来说，其自感电压为；根据同名端的定义，线圈2获得的互感电压为；所以线圈1上的感应电压为：,返回,.,20,4.2互感元件的等效分析,互感线圈的串联互感线圈的并联,返回,.,21,4.2互感元件的等效分析,1.互感线圈的串联具有互感的两个线圈串联连接时，有两种方式：顺向串联和反向串联。（1）顺向串联互感线圈进行顺向串联时，是异名端进行连接。电流从两个线圈的同名端流入（或流出），其线圈磁场是增强的。,返回,.,22,4.2互感元件的等效分析,顺向串联时，两个线圈上的自感电压和互感电压的极性相同，因而每个线圈上的电压方程为：即顺向串联时的等效电感为：可见，电感顺向串联时，其等效电感量增加。,返回,.,23,4.2互感元件的等效分析,顺向串联的电感线圈电路可以转换为一个独立的去耦电路，如下图所示。经过去耦转换后，该电路的分析计算方法与交流电路的计算方法相同。,返回,.,24,4.2互感元件的等效分析,（2）反向串联互感线圈进行反向串联时，是同名端进行连接。电流从两个线圈的异名端流入（或流出），其线圈磁场是互相削弱的。,返回,.,25,4.2互感元件的等效分析,反向串联时，两个线圈上的自感电压和互感电压的极性相反，因而每个线圈上的电压方程为：即反向串联时的等效电感为：可见，电感反向串联时，其等效电感量减小。,.,26,4.2互感元件的等效分析,反向串联的电感线圈电路转换为一个独立的去耦电路，如下图所示。,返回,.,27,4.2互感元件的等效分析,例4.2电感量为20mH和40mH、互感为10mH、内阻为100的两个电感线圈与电容为50pF的电容串联后，得到约80Khz的谐振频率，试问（1）这两个电感线圈采用顺向串联还是反向串联的方式进行连接；（2）电感的耦合程度如何？,返回,.,28,4.2互感元件的等效分析,解：（1）电感与电容串联后的谐振频率fo为所以，电路的等效电感L为：当两个线圈顺向串联时，其等效电感L顺为：当两个线圈反向串联时，其等效电感L反为：,.,29,4.2互感元件的等效分析,可见，只有两个电感线圈顺向串联时，其等效电感L顺与电路谐振频率为80KHz对应的等效电感L相吻合。因而可以得出，要获得80KHz的谐振频率，则两个电感线圈应采用顺向串联的方式进行连接。（2）电感的耦合程度用耦合系数K表示：,返回,.,30,4.2互感元件的等效分析,2.互感线圈的并联具有互感的两个线圈并联连接时，有同侧并联和异侧并联两种方式。（1）同侧并联当两个互感线圈并联时，若采用同名端连接在同一个节点上，称为同侧并联。,返回,.,31,4.2互感元件的等效分析,由于同侧并联采用同名端连接，因而每个电感上的自感电压与互感电压的极性相同，其电压方程为：因为总电流，所以上式的电压方程组可以变换为：,.,32,4.2互感元件的等效分析,具有互感作用的两个电感线圈同侧并联，可以化为无互感电路的形式。如下图所示。,.,33,4.2互感元件的等效分析,同侧并联电路的等效阻抗Z为：即，同侧并联的电感电路的等效电感L同为：,返回,.,34,4.2互感元件的等效分析,（2）异侧并联当两个互感线圈并联时，若采用异名端连接在同一个节点上，称为异侧并联。,返回,.,35,4.2互感元件的等效分析,由于异侧并联采用异名端连接，因而每个电感上的自感电压与互感电压的极性相反，其电压方程为：因为总电流，所以上式的电压方程组可以变换为：,.,36,4.2互感元件的等效分析,具有互感作用的两个电感线圈异侧并联，可以化为无互感电路的形式。如下图所示。,.,37,4.2互感元件的等效分析,异侧并联电路的等效阻抗Z为：即，异侧并联的电感电路的等效电感L异为：两个有互感的线圈并联时，同侧并联的等效电感L同大于异侧并联的等效电感L异。,返回,.,38,4.2互感元件的等效分析,例4.3求图（a）所示电路的输入等效阻抗。,返回,（a）原电路（b）去耦等效电路,.,39,4.2互感元件的等效分析,解：图（a）所示电路的电感采用同名端连接，因而每个电感上的自感电压与互感电压的极性相同，根据KVL，可列出如下电压的方程组：将总电流代入上式，得：并整理得：,.,40,4.2互感元件的等效分析,因此得出，图（a）的去耦电路为图（b）。由此求出该电路的等效阻抗Z为：,返回,.,41,4.3变压器,变压器的基本结构及分类理想变压器的工作状态及分析变压器的使用及选择特殊变压器简介,返回,.,42,4.3变压器,变压器是利用电磁感应原理进行能量传输的一种电路器件，它具有变压、变流、变阻抗、耦合、匹配等主要作用。在电力系统中，变压器用来变换电压的大小，以利于电信号的传输、分配以及使用；在通信电路中，变压器用来进行阻抗匹配、电路耦合以及隔离直流信号。,返回,.,43,4.3变压器,常见变压器的外形结构,返回,.,44,4.3变压器,1.变压器的基本结构及分类变压器由铁心和绕在铁心上的多个互感耦合线圈绕组构成，铁心和绕组之间、绕组和绕组之间都是绝缘的。变压器中，与电源连接的线圈称为初级线圈（绕组），亦称原线圈（绕组）；与负载连接的线圈称为次级线圈（绕组），亦称副线圈（绕组）。,返回,.,45,4.3变压器,变压器的结构示意图和电路符号,返回,.,46,4.3变压器,（1）按工作频率分类按不同的工作频率，变压器可分为低频变压器、中频变压器和高频变压器。低频变压器主要用来传输信号电压和信号功率，实现电路之间的阻抗匹配，对直流电具有隔离作用。中频变压器在电路中起信号耦合和选频等作用。常用的高频变压器有黑白电视机中的天线阻抗变换器和收音机中的天线线圈等。,返回,.,47,4.3变压器,变压器在不同工作频率时的电路符号,返回,.,48,4.3变压器,（2）按铁心和绕组的组合方式分类分为心式变压器：心式变压器多用于大容量的变压器，如，电力系统中使用的变压器；壳式变压器：用于小容量的变压器，如，各种电子仪器设备中使用的变压器。,返回,.,49,4.3变压器,（3）按变压器的用途分分为：电源变压器、配电变压器、仪用变压器、脉冲变压器、电焊变压器、耦合变压器、输入/输出变压器等。（4）按电源的相数分分为：单相变压器和三相变压器。单相变压器用于连接单相负载；三相变压器用于三相系统的升、降电压。,返回,.,50,4.3变压器,（5）按绕组形式分分为：双绕组变压器、三绕组变压器、自耦变电器等。双绕组变压器用于连接电力系统中的两个电压等级；三绕组变压器用于电力系统区域变电站中，连接三个电压等级；自耦变电器用于连接不同电压的电力系统，也可用作普通的升压或降后变压器用。,返回,.,51,4.3变压器,2.理想变压器的工作状态及分析忽略变压器线圈绕组的电阻损耗和铁耗，变压器初、次级之间的耦合系数K=1的变压器称之为理想变压器。,返回,.,52,4.3变压器,（1）变压器的空载运行和电压变换变压器的初级加交变电压，而次级不接负载（即开路）的工作状态，称为变压器的空载运行，空载运行时，次级电流为零。,返回,.,53,4.3变压器,变压器初级线圈上的感应电动势为：变压器次级线圈上的感应电动势为：所以，变压器初、次级电动势（有效值）之比为：,.,54,4.3变压器,空载时，初、次级上的电压满足：U1=E1，U2=E2所以，可得出初、次级电压的关系：称为变压器的变压比（匝数比）。若，则U1U2，此时变压器称为降压变压器；若，则U1U2，此时变压器称为升压变压器。,.,55,4.3变压器,（2）变压器的负载运行和电流变换变压器的次级接上负载时的工作状态，称为变压器的负载工作状态。,返回,.,56,4.3变压器,空载时，变压器的磁通由i01N1产生；有载时，磁通由i1N1和i2N2共同产生。由于外加电压、频率和线圈匝数没有发生变化，因而空载和有载时的磁通也不变，即因为空载电流i01很小，在变压器接近满载时，i01N10。,返回,.,81,第4章小结,4当两线圈的电流产生的磁通方向一致时，则流入电流的这两个线圈端子就为“同名端”，用“”或“*”表示。同名端的线圈端子具有同样的感应电压极性。,返回,.,82,第4章小结,5线圈顺向串联时(异名端连接)，其等效电感为：线圈反向串联时(同名端连接)，其等效电感为：顺向串联的等效电感大于反向串联的等效电感。线圈同侧并联时，其等效电感为：线圈异侧并联时，其等效电感为：同侧并联的等效电感大于异侧并联的等效电感。,返回,.,83,第4章小结,6变压器是利用电磁感应原理进行能量传输的一种电路器件，它具有变压、变流、变阻抗、耦合、匹配等主要作用，可以用于电力系统、通信系统、电源电路及电子仪器设备中等。,返回,.,84,第4章小结,7.变压器具有三大作用，变压、变流、变阻抗。变压作用：变流作用：变阻抗作用：变压器的阻抗变换作用，可以使电路达到匹配状态，此时负载上获得最大输出功率。,返回,.,85,第4章小结,8变压器的额定值主要有：变压器初级的额定电压U1N，次级的额定电压U2N，初、次级的额定电流I1N、U2N，额定容量SN和额定频率fN等，它们是使用和选择变压器的依据。,返回,.,86,第4章小结,9变压器的效率为输出有功功率P2与输入有功功率P1之比，即一