电路分析 第4章 耦合电感元件的概念及同名端测试.ppt

1、电路分析,主编 吴安岚副主编 智贵连 编写组 ： 吴安岚 智贵连 姬昌利 李博森 中国水利水电出版社 2009、9、版,内容简介 本教材理论推导从简，计算思路交待详细，概念述明来龙去脉，增加例题数量和难度档次，章节分 “重计算”及“重概念”两类区别对待，编排讲究逐步引深的递进关系，联系工程实际，训练动手能力，尽力为后续课程铺垫。借助类比及对偶手法，语言朴实简练，图文印刷结合紧密，便于自学与记忆，便于节省理论教学时数。适用于应用型本科及高职高专电力类、自动化类、机电类、电器类、仪器仪表类、电子类及测控技术类专业。,第4章 耦合电感元件的概念及同名端测试,4.1 耦合电感元件的伏安关系及同名端测试

2、 4.2 含耦合电感元件的电路计算 4.3 理想变压器,耦合电感元件又称为：互感线圈、互感器。 耦合把某一电路的功率传递到另一电路中去。 作用：传递交变信号； 使电路隔离； 变换电压；变换电流；变换阻抗。,4.1 耦合电感元件的伏安关系及同名端,4.1 耦合电感元件的伏安关系及同名端,4.1.1 耦合电感元件的伏安关系,前下标： 磁通到达 的目的地 后下标： 磁通的 产生地,磁 通 链,自感磁通,互感磁通,自感磁通,互感磁通,伏安 关系,相量形式的 伏安关系,自感感抗,互感感抗,互感系数 M 的大小与两线圈的结构、尺寸、相对位置和周围磁环境有关，其量值反映了某线圈电流的磁通与另一个线圈相交链的

3、能力。,耦合 因数,伏安关系,松耦合：k1，用于两线圈间要避免耦合的情况。两通讯线路间不能平行，尽量远一些 。 紧耦合：k接近于1，用于两线圈间要传递功率时，两线圈平行并尽量靠近； 全耦合：k= 1 ，如本章第3节的理想变压器。,4.1.2 耦合电感元件的同名端及同名端测试,问题的提出： 线圈的绕向及电流、电压参考方向发生变化时， 如何正确判断两线圈中互感电压的正与负？,互感磁通与自感 磁通互相削弱,互相削弱,互感磁通与自感 磁通互相加强,工程中又将耦合线圈上标有标志“*”、“ ”、“” 的一端称为耦合线圈的首端。,同名端是用来判断耦合线圈互感电压极性的标志，用“*”、“ ”、“”等符号在双方

4、线圈的端子处标注。 同名端就是两耦合线圈中自感电压与互感电压的同极性端。,一、能看见两线圈绕向判断同名端的方法：,借助右手螺旋定则，若两线圈产生的磁通互相加强，则 、 的流入端互为同名端；若两线圈产生的磁通互相削弱，则 、 的流入端互为异名端。,注意： 两 “*”号端是一对同名端， 两非“*”号端也是一对同名端。,P66例42 三对 同名端,针对相量模型写 、 的表达式时： 设 与 、 与 参考方向关联，则自感电压前取正号；这时若两电流的流入端为一对同名端，则互感电压与自感电压同号；反之，若两电流的流入端为一对异名端，则互感电压与自感电压异号。,某线圈的互感电压由对方线圈电流引起，那么对方电流

5、的 流入端与该线圈互感电压的正极性端对应，是一对同名端。,电流控制 电压源,P66 例41,解（1）根据,得,（2）,二、不知两线圈绕向，用直流测试同名端的方法：,合上开关S瞬间， 快速增长，端子1为自感电压的正极（阻止增长），电压表若正偏转，表明互感电压的正极在3端子，则1、3两端为同名端；电压表若反偏转，表明互感电压的正极在4端子，则1、4两端为同名端。,电压表所测电压 极性与表本身的 极性一致时，表 正偏转。,P66 例43,解 （1）同名端标志正确。 （2）图（a）开关S闭合瞬间电压表正偏转。 （3）图（b）开关S打开瞬间电压表也是正偏转。 图（b）与图（a）相比，出现了四处否定因素，

6、否定之否定就是肯定。,三、不知两线圈绕向，用交流测试同名端的方法：,将2、4两端用导线短路，用电压表测量1、3两端电压，有两种可能。,1、2 端口只有自感电压， 3、4端口只有互感电压。, ， 和 互相削弱，1、3为同名端。, ， 和 互相加强，1、4 为同名端。,副边两个线圈，匝数、 额定电压、额定电流均相等,需提高输出电压时，将两个副线圈串联运行，要求两个线圈首尾相连 。,需增加输出电流时，将两个副线圈并联运行，要求两个线圈首端与首端相连，尾端与尾端相连 。,变压器两个相同副绕组的连接,4.2 含耦合电感元件的电路计算,4.2.1 耦合电感元件的串联：,等效电感增加为,一、顺向串联,感性增

7、强了,二、反向串联:,P66例44 解 （1）加直流，线圈的自感阻抗、互感阻抗为零 。,（2）第一次顺串，等效阻抗大；第二次反串，等效阻抗小。,（3）第 一次顺串,第二次 反串,4.2.2 耦合电感元件的三端连接,三端连接*端相遇，第三支路加“M”，原接支路减“M”，否则反。,P66例45,解 1、2、3、4 都是等电位点。变成异名 端相遇的三端联接后，去 耦等效得：,注意: 电感串、 并联后求等效电感 的公式与电阻一致 。,P66 例46,解 （1）副边开路，副边仅存在互感电压 。,（3）ab两端戴维南 等效电路的等效阻抗为,（2）副边短路 时，去耦等效 。,P66 例47,解 （1） 去耦

8、等效,（2）按原图求平均功率,（3）复功率,例47 续,4.2.3 含耦合电感电路的基本计算方法网孔法,自阻抗为正，互阻抗为负，除此外，每对有耦合的线圈双方各多了一项互感电压。,对方电流流入端 与互感电压的正极性 端对应。,P66 例48,解：,将代 入得,例48 续,4.3 理想变压器,变压器通过互感线圈耦合来实现对交流电升压及降压。实际变压器本身有一定的功率损耗。 理想变压器理想化的互感耦合元件。无损耗、无畸变地变换电压、 变换电流； 变换阻抗。 性能优良的实际变压器忽略了次要因素后，工作状态接近于理想变压器。,4.3.1 理想变压器的伏安关系式变换电压、变换电流,理想变压器唯一的参数是变

9、比n：,N1 N2分别为原边线圈和副边线圈的匝数。,升压变压器中：,降压变压器中：,伏安关系：n 在哪一边，该边电压是另一边电压的 n 倍，电流是1/ n 倍；两个电压的参考正极同在一对同名端，两者同号；两个电流的参考方向同时流进一对同名端，两者异号。 否则反之。,理想变压器升压必降流；降压必升流。,互感耦合元件要实现理想变压器的伏安关系，必须满足以下条件：,（1） 互感耦合元件本身无损耗；,（2)全耦合,实际变压器有电源变压器、电压互感器、电流互感器等 等。电源变压器功率大，要尽量减小内部损耗；电压互感器 将高电压统一降为100V、电流互感器将大电流统一降为5A （或1A）。工程中要采取多种措施迫使实际互感器的性能接 近理想值。,4.3.2 理想变压器功率平衡方程,理想变压器只是把电信号从某一电路传递到另 一电路，起耦合作用，它本身既不储能又不耗能， 传递信号的过程中同时改变电流和电压值。,4.3.3 理想变压器的阻抗变换特性,副边阻抗透过理想变压器，折合到原边后变为 并且这种阻抗变换与同名端及电流、电压参考方向无关。,P66 例49