電路中的磁性元件優(yōu)秀文檔

第二章電路中的磁性元件本章提要本章主要應(yīng)用安培環(huán)路定律和電磁感應(yīng)定律，將磁性元器件的電磁關(guān)系簡(jiǎn)化為電路關(guān)系－自感、互感和變壓器，使得分析和計(jì)算簡(jiǎn)化。1自感磁通或磁鏈?zhǔn)橇鬟^線圈的電流產(chǎn)生的，如果線圈中磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率是常數(shù)時(shí)，與成正比關(guān)系，即：定義：表示單位電流產(chǎn)生的總磁通鏈，稱為自感系數(shù)，簡(jiǎn)稱自感或者電感。由，有：流過電感線圈電流在1秒內(nèi)均勻地變化1安培時(shí)，如果產(chǎn)生感應(yīng)電壓正好為1伏，則此電路中線圈電感量定義為1亨利。自感電動(dòng)勢(shì)與電流變化自感的感應(yīng)電勢(shì)總是試圖維持電感電流不變，即試圖維持線圈包圍的磁通自感電動(dòng)勢(shì)與電流變化的關(guān)系：自感電動(dòng)勢(shì)與電流變化的關(guān)系不變。如果接成共模濾波，相當(dāng)于互感同名端連接，輸入端等效流達(dá)到，電源傳輸?shù)诫姼械哪芰浚嚎梢?，初?jí)和次級(jí)電流變化量之比與其匝數(shù)成反比。當(dāng)電壓加到電感量為的式中的按如下原則決定：同名端連接時(shí)取正，異名端連接時(shí)取負(fù)。線圈之間的互感是線圈間的固有參數(shù)。存在互感：同名端相連(a)和異名端相連(b)當(dāng)中流過的電流發(fā)生變化時(shí)，此電流產(chǎn)生的磁通也發(fā)生變化，即電流從兩個(gè)線圈的同名端流入，磁通是互相加解：因?yàn)榭傠姼辛看笥趦蓚€(gè)線圈的電感量之和，所以是耦合電感。鐵芯閉合磁路互感線圈可近似k=1，稱為全耦合，此時(shí)互感M最大。應(yīng)漏磁通的電感為漏感。當(dāng)激磁電感很大時(shí)，理想時(shí)為無(wú)窮大，則激磁電流為零。和之間的互感系數(shù)為。式中的按如下原則決定：同名端連接時(shí)取正，異名端連接時(shí)取負(fù)。線圈之間的互感是線圈間的固有參數(shù)。如兩個(gè)線圈都有電流流通，通過互感互相影響，為了表明耦合程度，通因此激磁存儲(chǔ)能量越小越好，即希望用高磁導(dǎo)率材料的磁芯。在變壓器的初級(jí)加一電壓，而次級(jí)不接任何負(fù)載，稱為空載。變壓器是能量傳輸器件。:正接時(shí)的等效電感，也稱互感線圈的全電感。:反接時(shí)等效電感。如兩個(gè)線圈都有電流流通，通過互感互相影響，為了表明耦合程度，通律，的端電壓為：這相當(dāng)于同一磁芯上的線圈并聯(lián)，如果它們之間耦合不好<1，并聯(lián)后電必須經(jīng)過一定的時(shí)間完成，不可能在瞬間改變。還有初級(jí)漏感以及次級(jí)之間的漏感等等。由互感現(xiàn)象產(chǎn)生的電勢(shì)稱為互感電勢(shì)?；癁殡娐逢P(guān)系－自感、互感和變壓器，使得分析和計(jì)算簡(jiǎn)化。電感阻止電流變化的性質(zhì)表明電感的儲(chǔ)能特性。當(dāng)電壓加到電感量為的線圈上時(shí)，在線圈兩端產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，在線圈中產(chǎn)生電流。在時(shí)間內(nèi)，電流達(dá)到，電源傳輸?shù)诫姼械哪芰浚赫fU2.要使一定電感電流減少或增加某一數(shù)值，因?yàn)橛心芰康妮敵龊洼斎?，都必須?jīng)過一定的時(shí)間完成，不可能在瞬間改變。3.本質(zhì)上，電感阻止電流變化的特性就是阻止電感磁芯中磁通變化的特性。1.建立磁場(chǎng)或使磁場(chǎng)消失，需要從電源向電感輸入或從電感釋放能量。2互感互感現(xiàn)象互感現(xiàn)象當(dāng)中流過的電流發(fā)生變化時(shí)，此電流產(chǎn)生的磁通也發(fā)生變化，也將隨之變化，因此在中也產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。反之亦然。這種現(xiàn)象稱為互感現(xiàn)象。由互感現(xiàn)象產(chǎn)生的電勢(shì)稱為互感電勢(shì)。各線圈之間的磁通相互匝鏈的關(guān)系稱為磁耦合?；ジ邢禂?shù)線圈其磁鏈為：對(duì)于一定的匝數(shù)，磁鏈也與電流成正比:稱為線圈和之間的互感系數(shù)，簡(jiǎn)稱互感，表示單位電流流過線說U1.和之間的互感系數(shù)為。一般。圈時(shí)，在中產(chǎn)生的磁鏈。取其幾何平均值：2.線圈之間的互感是線圈間的固有參數(shù)。它與兩線圈的匝數(shù)，幾何尺寸，相互位置和磁介質(zhì)有關(guān)。3.當(dāng)用磁性材料作為耦合磁介質(zhì)時(shí)，不是常數(shù)；若磁介質(zhì)是非磁性材料，則為常數(shù)?；ジ须妱?dòng)勢(shì)線圈中電流在上產(chǎn)生的互感電勢(shì)為：線圈中電流在上產(chǎn)生的互感電勢(shì)為：感應(yīng)電勢(shì)的方向不僅取決于互感磁通的增加還是減少，而且還取決于線圈說U的繞向。但繞好的線圈有時(shí)無(wú)法在外形上判斷繞向，因此通常線圈的一端用‘?’表示所謂同名端。即電流從兩個(gè)線圈的同名端流入，磁通是互相加強(qiáng)的；反之磁通互相抵消。同名端互感電路電壓平衡方程分別從具有互感的兩個(gè)線圈的同名端流入增量電流和，線圈上感應(yīng)電勢(shì)增大，根據(jù)電勢(shì)和電壓降之間的關(guān)系，兩個(gè)線圈電壓分別表示為：說U如果在一個(gè)線圈中流過直流電流，即耦合的磁通不變化，則在另一個(gè)線圈中是不會(huì)產(chǎn)生互感電勢(shì)的。耦合系數(shù)漏磁通：只與激勵(lì)線圈匝鏈，不與鏈合的磁通。耦合線圈說U1.漏磁通的大小與線圈間耦合緊密程度、線圈繞制工藝、磁路的幾何形狀、磁介質(zhì)性能等因素有關(guān)。2.漏感是相對(duì)互感存在的，獨(dú)立電感不存在漏感問題。如果將互感磁通與總磁通之比稱為線圈對(duì)線圈的耦合度，則：同理，線圈對(duì)線圈的耦合度為：如兩個(gè)線圈都有電流流通，通過互感互相影響，為了表明耦合程度，通常采用和的幾何平均值來(lái)表示，即：說U1.由于，所以。只有在沒有漏磁通的情況下。2.鐵芯閉合磁路互感線圈可近似k=1，稱為全耦合，此時(shí)互感M最大。在一般情況下，耦合系數(shù)可表示為:串聯(lián)互感線圈的串聯(lián)無(wú)磁耦合：存在互感：(a):異名端相連，電流都是從兩個(gè)線圈的同名端流入或流出---正接:正接時(shí)的等效電感，也稱互感線圈的全電感?；ジ械拇?lián)與并聯(lián)如兩個(gè)線圈都有電流流通，通過互感互相影響，為了表明耦合程度，通:次級(jí)開路時(shí)的初級(jí)電感。級(jí)的漏感中能量也不能傳輸?shù)匠跫?jí)。電感量表示通電流導(dǎo)體產(chǎn)生磁場(chǎng)的能力。程度、線圈繞制工藝、磁路的幾何因此激磁存儲(chǔ)能量越小越好，即希望用高磁導(dǎo)率材料的磁芯。在一般情況下，耦合系數(shù)可表示為:假定初級(jí)與次級(jí)線圈全耦合=1，且所有線圈電阻為零。對(duì)理想變壓器，激磁電流為零，初次級(jí)緊耦合，次級(jí)感應(yīng)電勢(shì)等于輸出端如果兩線圈電感量不等而→1,由上式可見，等效電感為零,這還有初級(jí)漏感以及次級(jí)之間的漏感等等。但繞好的線圈有時(shí)無(wú)法在外形上判斷繞向，因此通常線圈的一端如兩個(gè)線圈都有電流流通，通過互感互相影響，為了表明耦合程度，通解：因?yàn)榭傠姼辛看笥趦蓚€(gè)線圈的電感量之和，所以是耦合電感。表示了互感與正接和反接電感的關(guān)系。由互感現(xiàn)象產(chǎn)生的電勢(shì)稱為互感電勢(shì)。因?yàn)椴豢赡転樨?fù)值，故互感必須滿足：(b):兩個(gè)線圈的同名端相接---反接:反接時(shí)等效電感。說U1.因?yàn)椴豢赡転樨?fù)值，故互感必須滿足：2.or：表示了互感與正接和反接電感的關(guān)系。我們可以利用這一關(guān)系測(cè)試兩個(gè)線圈之間的互感大小，還可以利用互感串聯(lián)原理判別線圈的同名端。并聯(lián)式中的按如下原則決定：同名端連接時(shí)取正，異名端連接時(shí)取負(fù)?；ジ芯€圈的并聯(lián)沒有互感：存在互感：同名端相連(a)和異名端相連(b)說U1.因?yàn)椴粫?huì)為負(fù)值，所以。2.可以證明，同名端并聯(lián)，當(dāng)且→1時(shí)，等效輸入電感為:這相當(dāng)于同一磁芯上的線圈并聯(lián)，如果它們之間耦合不好<1，并聯(lián)后電感小于單線圈電感。3.如果兩線圈電感量不等而→1,由上式可見，等效電感為零,這是因?yàn)樾纬啥搪翻h(huán)流。說U例題在開關(guān)電源中，直流輸出接成差模濾波如圖(a)所示。測(cè)得。如果將輸出端短路，測(cè)得總電感為＝2mH。求互感系數(shù)和耦合系數(shù)。如果接成共模濾波(圖b），當(dāng)輸出短路時(shí)，輸入端差模等效電感量是多少？輸出輸入端分別短接，輸入與輸出端之間的等效電感是多少？解：因?yàn)榭傠姼辛看笥趦蓚€(gè)線圈的電感量之和，所以是耦合電感?？傠姼校厚詈舷禂?shù)：如果接成共模濾波，相當(dāng)于互感同名端連接，輸入端等效差模電感為：輸入輸出端分別等效短接時(shí)，共模電感是耦合電感同名端并聯(lián)，等效輸入電感：3變壓器兩線圈變壓器及其等效電路變壓器是一個(gè)具有多線圈的耦合電感，由具有互感的一個(gè)或更多線圈構(gòu)成。：初級(jí)線圈；：次級(jí)線圈。變壓器空載狀態(tài)在變壓器的初級(jí)加一電壓，而次級(jí)不接任何負(fù)載，稱為空載。假定初級(jí)與次級(jí)線圈全耦合=1，且所有線圈電阻為零。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，的端電壓為：:次級(jí)開路時(shí)的初級(jí)電感。在時(shí)間時(shí)，磁芯中磁通和線圈中電流分別為：電流稱為激磁電流，對(duì)應(yīng)的稱為主磁通。因?yàn)槭侨詈希海鹤儽?，。：初?jí)開路時(shí)次級(jí)電感。變壓器負(fù)載狀態(tài)將次級(jí)與負(fù)載接通，在次級(jí)線圈中就產(chǎn)生電流流經(jīng)負(fù)載。電流在變壓器等效電路線圈中產(chǎn)生磁勢(shì)將產(chǎn)生磁通，與初級(jí)產(chǎn)生的磁通的方向相反。為了維持與空載一樣的感應(yīng)電勢(shì)所需的磁通變化量，必須加大輸入電流保持激磁磁勢(shì)基本不變，即：或者：：負(fù)載反射電流說U1.負(fù)載電流越大，反射到初級(jí)電流也就越大。2.當(dāng)激磁電感很大時(shí)，理想時(shí)為無(wú)窮大，則激磁電流為零。則：可見，初級(jí)和次級(jí)電流變化量之比與其匝數(shù)成反比。變壓器等效電路輸入電流從初級(jí)(同名端)流入，從次級(jí)(同名端)流出，變壓器輸出功率：對(duì)理想變壓器，激磁電流為零，初次級(jí)緊耦合，次級(jí)感應(yīng)電勢(shì)等于輸出端電壓，則：可見，輸入功率等于輸出功率。激磁磁場(chǎng)只是提供能量傳輸條件，不需要在磁場(chǎng)中存儲(chǔ)能量，變壓器作為能量傳輸之用。變壓器等效電路理想變壓器定義：如果磁芯磁導(dǎo)率，激磁電流為零，同時(shí)初級(jí)與次級(jí)線圈全耦合，且線圈電阻為零，也不考慮磁芯損耗和飽和，此即理想變壓器。理想變壓器的等效電路變壓器的等效輸入阻抗：：反射阻抗負(fù)載阻抗折算到初級(jí)要乘以變比的平方。實(shí)際變壓器實(shí)際變壓器中，由于磁芯和線圈都不是理想的，存在許多寄生參數(shù)。首先，磁芯不是無(wú)限大，有一定電感量，即激磁電感，激磁電感與理想變壓器并聯(lián)。其次，次級(jí)和初級(jí)線圈不是全耦合，存在漏感，漏感抗與理想變壓器是串聯(lián)的。再次，初級(jí)和次級(jí)線圈有導(dǎo)線電阻損耗，磁芯也有損耗，可用電阻和的損耗等效。線圈對(duì)地之間以及線圈之間存在寄生電容(C)等等。另外，還有初級(jí)漏感以及次級(jí)之間的漏感等等。實(shí)際變壓器的等效電路本章小結(jié)電感量表示通電流導(dǎo)體產(chǎn)生磁場(chǎng)的能力。電感電流表征電感存儲(chǔ)能量的大小。電感有電流流過，表示電感存儲(chǔ)能量。電感電流為零，電感沒有存儲(chǔ)能量。電感的目的是存儲(chǔ)能量，電感量越大，表示能存儲(chǔ)的能量越多。電感是儲(chǔ)能載體。當(dāng)能量存儲(chǔ)和釋放時(shí)，都需要時(shí)間，表現(xiàn)對(duì)電流變化起阻擋作用。儲(chǔ)能時(shí)，電流與感應(yīng)電勢(shì)方向相反；放能時(shí)，電流和感應(yīng)電勢(shì)方向相同。只有磁場(chǎng)（電流）發(fā)生變化時(shí)，才發(fā)生阻礙（感應(yīng)電勢(shì)）作用。兩個(gè)線圈之間的互感表示主線圈電流在副線圈中產(chǎn)生磁通的能力。只有變化的電流（磁場(chǎng)），才表現(xiàn)出互感作用。主線圈磁通全部匝鏈副線圈，稱為全耦合。通過主線圈也通過副線圈的磁通稱為主磁通。如果部分磁通不通過副線圈，此部分磁通稱為漏磁通，對(duì)應(yīng)漏磁通的電感為漏感。耦合電感異名端串聯(lián)時(shí)