【學(xué)習(xí)課件】第6章-互感耦合電路

1、第六章 互感耦合電路6.1 互 感 兩個(gè)相鄰的閉合線圈L1和L2，若一個(gè)線圈中的電流發(fā)生變化時(shí)，在本線圈中引起的電磁感應(yīng)現(xiàn)象稱為自感，在相鄰線圈中引起的電磁感應(yīng)現(xiàn)象稱為互感。 在本線圈中相應(yīng)產(chǎn)生的感應(yīng)電壓稱為自感電壓，用uL表示；在相鄰線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電壓稱為互感電壓，用uM表示。注腳中的12是說明線圈1的磁場(chǎng)在線圈2中的作用。i11L1L2uL1uM2121精選課件 通過兩線圈的電流是交變的電流，交變電流產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)，當(dāng)交變的磁鏈穿過線圈L1和L2時(shí)，引起的自感電壓： 兩線圈套在同一個(gè)芯子上，因此它們電流的磁場(chǎng)不僅穿過本線圈，還有相當(dāng)一部分穿過相鄰線圈，因此這部分交變的磁鏈在相鄰線圈中也必

2、定引起互感現(xiàn)象，由互感現(xiàn)象產(chǎn)生的感應(yīng)電壓稱為互感電壓：i11L1L2uL1uM212i2221uL2uM12精選課件 互感電壓中的“M”稱為互感系數(shù)，單位和自感系數(shù)L相同，都是亨利H。 互感系數(shù)簡(jiǎn)稱互感，其大小只與相鄰兩線圈的幾何尺寸、線圈的匝數(shù)、相互位置及線圈所處位置媒質(zhì)的磁導(dǎo)率有關(guān)?；ジ械拇笮》从沉藘上噜従€圈之間相互感應(yīng)的強(qiáng)弱程度。3精選課件互感現(xiàn)象的應(yīng)用和危害互感現(xiàn)象在電工電子技術(shù)中有著廣泛的應(yīng)用，變壓器就是互感現(xiàn)象應(yīng)用的重要例子。變壓器一般由繞在同一鐵芯上的兩個(gè)匝數(shù)不同的線圈組成，當(dāng)其中一個(gè)線圈中通上交流電時(shí)，另一線圈中就會(huì)感應(yīng)出數(shù)值不同的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，輸出不同的電壓，從而達(dá)到變換電壓的

3、目的。利用這個(gè)原理，可以把十幾伏特的低電壓升高到幾萬(wàn)甚至幾十萬(wàn)伏特。如高壓感應(yīng)圈、電視機(jī)行輸出變壓器、電壓、電流互感器等。互感現(xiàn)象的主要危害：由于互感的存在，電子電路中許多電感性器件之間存在著不希望有的互感場(chǎng)干擾，這種干擾影響電路中信號(hào)的傳輸質(zhì)量。4精選課件二、耦合系數(shù) 兩互感線圈之間電磁感應(yīng)現(xiàn)象的強(qiáng)弱程度不僅與它們之間的互感系數(shù)有關(guān)，還與它們各自的自感系數(shù)有關(guān)。我們把表征兩線圈之間耦合的程度用耦合系數(shù)“k” 來表示： 通常一個(gè)線圈產(chǎn)生的磁通不能全部穿過另一個(gè)線圈，所以一般情況下耦合系數(shù)k1，若漏磁通很小且可忽略不計(jì)時(shí)：k=1；若兩線圈之間無(wú)互感，則M=0,k=0。因此，耦合系數(shù)的變化范圍：0

4、 k 1。5精選課件三、同名端 兩互感線圈感應(yīng)電壓極性始終保持一致的端子稱為同名端。 電流同時(shí)由兩線圈上的同名端流入(或流出)時(shí)，兩互感線圈的磁場(chǎng)相互增強(qiáng)；否則相互消弱。 * 用一對(duì)符號(hào)“”予以標(biāo)注，另一對(duì)無(wú)標(biāo)志端也是同名端。6精選課件例分析判斷下列線圈的同名端。假設(shè)電流同時(shí)由1和2流入， 兩電流的磁場(chǎng)相互增強(qiáng)，因此可以判斷：1和2是一對(duì)同名端；同理，1和2也是一對(duì)同名端。 1i11122i22*7精選課件例分析判斷下圖兩線圈的同名端。已知在開關(guān)S閉合時(shí)，線圈2兩端所接電壓表的指針正偏。 開關(guān)S閉合時(shí)，電流由零增大且由1流向1，由于線圈2與線圈1之間存在互感，所以*+MUS1221+VS正偏當(dāng)

5、線圈1中的電流變化時(shí)，首先要在線圈1中引起一個(gè)自感電壓，這個(gè)自感電壓的極性和線圈中的電流成關(guān)聯(lián)方向（吸收電能、建立磁場(chǎng)）； 由于兩個(gè)線圈之間存在互感，所以線圈1中的電流變化必定在線圈2中也要引起互感電壓，這個(gè)互感電壓正是電壓表所指示的數(shù)值，因電壓表正偏，所以互感電壓的極性與電壓表的極性相符，可以判斷：uL*1和2是一對(duì)同名端！ 8精選課件 依據(jù)圖中所示參考方向可列出兩線圈的伏安關(guān)系： 自感電壓總是與本線圈中通過的電流取關(guān)聯(lián)參考方向，因此前面均取正號(hào)；而互感電壓前面的正、負(fù)號(hào)要依據(jù)兩線圈電流的磁場(chǎng)是否一致。如上圖所示兩線圈電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向一致，因此兩線圈中的磁場(chǎng)相互增強(qiáng)，這時(shí)它們產(chǎn)生的互感電壓

6、前面取正號(hào)；若兩線圈電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互消弱時(shí)，它們產(chǎn)生的感應(yīng)電壓前面應(yīng)取負(fù)號(hào)。i11L1L2uL1uM212i2221uL2uM19精選課件i11L1L2uL1uM212i2221uL2uM1 依據(jù)圖中所示參考方向可列出兩線圈的電壓電流向量關(guān)系式：10精選課件6.2 互感線圈的連接6.2.1 耦合線圈的串聯(lián) 互感線圈L1和L2相串聯(lián)時(shí)有兩種情況：(1)一對(duì)異名端相聯(lián)，另一對(duì)異名端與電路相接，這種連接方法稱為順接串聯(lián)(順串），下圖所示；L1L2i*uL1M*uM2uL2uM11.兩線圈順串時(shí)，電流同時(shí)由同名端流入（或流出)，因此它們的磁場(chǎng)相互增強(qiáng)，自感電壓和互感電壓同方向，有：11精選課件總電壓

7、即兩線圈順串時(shí)等效電感量為：對(duì)于向量形式也可以表示為：12精選課件(2)一對(duì)同名端相聯(lián)，另一對(duì)同名端與電路相接，其連接方法稱為反接串聯(lián)(反串)，下圖所示：L1L2i*uL1M*uM2uL2uM1同理兩線圈反串時(shí)等效電感量為：13精選課件6.2.2 耦合線圈的并聯(lián)兩對(duì)同名端分別相聯(lián)后并接在電路兩端，稱為同側(cè)相并，如下圖所示；L1L2i*uM*i1i2根據(jù)圖中電壓、電流參考方向可得：i = i1 +i2 解得同側(cè)相并的等效電感量：14精選課件 2. 兩對(duì)異名端分別相聯(lián)后并接在電路兩端，稱為異側(cè)相并，如下圖所示：L1L2i*uM*i1i2根據(jù)圖中電壓、電流參考方向可得：i = i1 +i2 解得異側(cè)

8、相并的等效電感量：15精選課件6.3 空心變壓器 常用的實(shí)際變壓器有空芯變壓器和鐵芯變壓器兩種類型。本節(jié)介紹的空芯變壓器，是不含鐵芯的耦合線圈或者由兩個(gè)具有互感的線圈繞在非鐵磁材料制成的芯子上所組成，其耦合系數(shù)較小，屬于松耦合。 變壓器是利用電磁感應(yīng)原理傳輸電能或電信號(hào)的器件。通常有一個(gè)初級(jí)線圈和一個(gè)次級(jí)線圈，初級(jí)線圈接電源，次級(jí)線圈接負(fù)載，能量可以通過磁場(chǎng)的耦合，由電源傳遞給負(fù)載。 因變壓器是利用電磁感應(yīng)原理而制成的，故可以用耦合電感來構(gòu)成它的模型。這一模型常用于分析空芯變壓器電路。16精選課件L1L2i1uSM*i21*u20122R2R1 左圖所示為空芯變壓器的電路模型。其中左端稱為空芯

9、變壓器的初級(jí)回路，右端為空芯變壓器的次級(jí)回路。 圖中uS為信號(hào)源電壓，u20為次級(jí)回路的開路電壓。分析由圖可列出空芯變壓器的電壓方程式為：若次級(jí)回路接上負(fù)載ZL，則回路方程為：ZL17精選課件稱為空芯變壓器初、次級(jí)回路的自阻抗；把稱為空芯變壓器回路的互阻抗。jXL1jXL2jM*1*122R2R1R+jXI1USI2左圖為空芯變壓器的相量模型圖，其中令：由此可得空芯變壓器的回路電壓方程式：18精選課件聯(lián)立方程式可得：令式中為次級(jí)對(duì)初級(jí)的反射阻抗。反射阻抗 Z1r反映了空芯變壓器次級(jí)回路通過互感對(duì)初級(jí)回路產(chǎn)生的影響。19精選課件 引入反射阻抗的概念之后，次級(jí)回路對(duì)初級(jí)回路的影響就可以用反射阻抗來

10、計(jì)算。這樣，我們就可以得到如下圖所示的由電源端看進(jìn)去的空芯變壓器的等效電路。當(dāng)我們只需要求解初級(jí)電流時(shí)，可利用這一等效電路迅速求得結(jié)果。 jXL111R1I1USZ222M 2 反射阻抗的算法不難記憶：用2M2除以次級(jí)回路的總阻抗Z22即可。20精選課件6.4 理想變壓器 理想變壓器是一種特殊的無(wú)損耗全耦合變壓器，它是從實(shí)際變壓器抽象出來的。 (1)變壓器本身無(wú)損耗，這意味著繞線圈的金屬導(dǎo)線 無(wú)任 何電阻，(2)耦合系數(shù)k=1，即為全耦合；(3)自感系數(shù)L1、L2、 M均為無(wú)窮大。一、理想變壓器應(yīng)滿足下列三個(gè)條件理想變壓器的電路模型： N1*N2i1u1n:1*i2u221精選課件二、理想變壓器的主要性能1.變壓關(guān)系 理想變壓器在圖示參考方向下，其初級(jí)和次級(jí)端電壓有效值之比為：U1/U2=N1/N2=nN1*N2i1u1n:1*i2u2