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用安培環(huán)路定律和電磁感應定律，將磁性元器件的電磁關系簡化為電路關系－自感、互感和變壓器，使得分析和計算簡化。1自感磁通或磁鏈是流過線圈的電流產生的，如果線圈中磁介質的磁導率是常數時，與成正比關系，即：定義：表示單位電流產生的總磁通鏈，稱為自感系數，簡稱自感或者電感。由，有：流過電感線圈電流在1秒內均勻地變化1安培時，如果產生感應電壓正好為1伏，則此電路中線圈電感量定義為1亨利。自感電動勢與電流變化自感的感應電勢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勢與電流變化的關系：自感電動勢與電流變化的關系不變。如果接成共模濾波，相當于互感同名端連接，輸入端等效流達到，電源傳輸到電感的能量：可見，初級和次級電流變化量之比與其匝數成反比。當電壓加到電感量為的式中的按如下原則決定：同名端連接時取正，異名端連接時取負。線圈之間的互感是線圈間的固有參數。存在互感：同名端相連(a)和異名端相連(b)當中流過的電流發(fā)生變化時，此電流產生的磁通也發(fā)生變化，即電流從兩個線圈的同名端流入，磁通是互相加解：因為總電感量大于兩個線圈的電感量之和，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，此時互感M最大。應漏磁通的電感為漏感。當激磁電感很大時，理想時為無窮大，則激磁電流為零。和之間的互感系數為。式中的按如下原則決定：同名端連接時取正，異名端連接時取負。線圈之間的互感是線圈間的固有參數。如兩個線圈都有電流流通，通過互感互相影響，為了表明耦合程度，通因此激磁存儲能量越小越好，即希望用高磁導率材料的磁芯。在變壓器的初級加一電壓，而次級不接任何負載，稱為空載。變壓器是能量傳輸器件。:正接時的等效電感，也稱互感線圈的全電感。:反接時等效電感。如兩個線圈都有電流流通，通過互感互相影響，為了表明耦合程度，通律，的端電壓為：這相當于同一磁芯上的線圈并聯，如果它們之間耦合不好<1，并聯后電必須經過一定的時間完成，不可能在瞬間改變。還有初級漏感以及次級之間的漏感等等。由互感現象產生的電勢稱為互感電勢?；癁殡娐逢P系－自感、互感和變壓器，使得分析和計算簡化。電感阻止電流變化的性質表明電感的儲能特性。當電壓加到電感量為的線圈上時，在線圈兩端產生感應電勢，在線圈中產生電流。在時間內，電流達到，電源傳輸到電感的能量：說U2.要使一定電感電流減少或增加某一數值，因為有能量的輸出和輸入，都必須經過一定的時間完成，不可能在瞬間改變。3.本質上，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.建立磁場或使磁場消失，需要從電源向電感輸入或從電感釋放能量。2互感互感現象互感現象當中流過的電流發(fā)生變化時，此電流產生的磁通也發(fā)生變化，也將隨之變化，因此在中也產生感應電勢。反之亦然。這種現象稱為互感現象。由互感現象產生的電勢稱為互感電勢。各線圈之間的磁通相互匝鏈的關系稱為磁耦合?；ジ邢禂稻€圈其磁鏈為：對于一定的匝數，磁鏈也與電流成正比:稱為線圈和之間的互感系數，簡稱互感，表示單位電流流過線說U1.和之間的互感系數為。一般。圈時，在中產生的磁鏈。取其幾何平均值：2.線圈之間的互感是線圈間的固有參數。它與兩線圈的匝數，幾何尺寸，相互位置和磁介質有關。3.當用磁性材料作為耦合磁介質時，不是常數；若磁介質是非磁性材料，則為常數?；ジ须妱觿菥€圈中電流在上產生的互感電勢為：線圈中電流在上產生的互感電勢為：感應電勢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。但繞好的線圈有時無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。即電流從兩個線圈的同名端流入，磁通是互相加強的；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線圈的同名端流入增量電流和，線圈上感應電勢增大，根據電勢和電壓降之間的關系，兩個線圈電壓分別表示為：說U如果在一個線圈中流過直流電流，即耦合的磁通不變化，則在另一個線圈中是不會產生互感電勢的。耦合系數漏磁通：只與激勵線圈匝鏈，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、磁介質性能等因素有關。2.漏感是相對互感存在的，獨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線圈的耦合度，則：同理，線圈對線圈的耦合度為：如兩個線圈都有電流流通，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，此時互感M最大。在一般情況下，耦合系數可表示為:串聯互感線圈的串聯無磁耦合：存在互感：(a):異名端相連，電流都是從兩個線圈的同名端流入或流出---正接:正接時的等效電感，也稱互感線圈的全電感?；ジ械拇撆c并聯如兩個線圈都有電流流通，通過互感互相影響，為了表明耦合程度，通:次級開路時的初級電感。級的漏感中能量也不能傳輸到初級。電感量表示通電流導體產生磁場的能力。程度、線圈繞制工藝、磁路的幾何因此激磁存儲能量越小越好，即希望用高磁導率材料的磁芯。在一般情況下，耦合系數可表示為:假定初級與次級線圈全耦合=1，且所有線圈電阻為零。對理想變壓器，激磁電流為零，初次級緊耦合，次級感應電勢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,這還有初級漏感以及次級之間的漏感等等。但繞好的線圈有時無法在外形上判斷繞向，因此通常線圈的一端如兩個線圈都有電流流通，通過互感互相影響，為了表明耦合程度，通解：因為總電感量大于兩個線圈的電感量之和，所以是耦合電感。表示了互感與正接和反接電感的關系。由互感現象產生的電勢稱為互感電勢。因為不可能為負值，故互感必須滿足：(b):兩個線圈的同名端相接---反接:反接時等效電感。說U1.因為不可能為負值，故互感必須滿足：2.or：表示了互感與正接和反接電感的關系。我們可以利用這一關系測試兩個線圈之間的互感大小，還可以利用互感串聯原理判別線圈的同名端。并聯式中的按如下原則決定：同名端連接時取正，異名端連接時取負?；ジ芯€圈的并聯沒有互感：存在互感：同名端相連(a)和異名端相連(b)說U1.因為不會為負值，所以。2.可以證明，同名端并聯，當且→1時，等效輸入電感為:這相當于同一磁芯上的線圈并聯，如果它們之間耦合不好<1，并聯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,這是因為形成短路環(huán)流。說U例題在開關電源中，直流輸出接成差模濾波如圖(a)所示。測得。如果將輸出端短路，測得總電感為＝2mH。求互感系數和耦合系數。如果接成共模濾波(圖b），當輸出短路時，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：因為總電感量大于兩個線圈的電感量之和，所以是耦合電感。總電感：耦合系數：如果接成共模濾波，相當于互感同名端連接，輸入端等效差模電感為：輸入輸出端分別等效短接時，共模電感是耦合電感同名端并聯，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具有多線圈的耦合電感，由具有互感的一個或更多線圈構成。：初級線圈；：次級線圈。變壓器空載狀態(tài)在變壓器的初級加一電壓，而次級不接任何負載，稱為空載。假定初級與次級線圈全耦合=1，且所有線圈電阻為零。根據電磁感應定律，的端電壓為：:次級開路時的初級電感。在時間時，磁芯中磁通和線圈中電流分別為：電流稱為激磁電流，對應的稱為主磁通。因為是全耦合：：變比，。：初級開路時次級電感。變壓器負載狀態(tài)將次級與負載接通，在次級線圈中就產生電流流經負載。電流在變壓器等效電路線圈中產生磁勢將產生磁通，與初級產生的磁通的方向相反。為了維持與空載一樣的感應電勢所需的磁通變化量，必須加大輸入電流保持激磁磁勢基本不變，即：或者：：負載反射電流說U1.負載電流越大，反射到初級電流也就越大。2.當激磁電感很大時，理想時為無窮大，則激磁電流為零。則：可見，初級和次級電流變化量之比與其匝數成反比。變壓器等效電路輸入電流從初級(同名端)流入，從次級(同名端)流出，變壓器輸出功率：對理想變壓器，激磁電流為零，初次級緊耦合，次級感應電勢等于輸出端電壓，則：可見，輸入功率等于輸出功率。激磁磁場只是提供能量傳輸條件，不需要在磁場中存儲能量，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：如果磁芯磁導率，激磁電流為零，同時初級與次級線圈全耦合，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：：反射阻抗負載阻抗折算到初級要乘以變比的平方。實際變壓器實際變壓器中，由于磁芯和線圈都不是理想的，存在許多寄生參數。首先，磁芯不是無限大，有一定電感量，即激磁電感，激磁電感與理想變壓器并聯。其次，次級和初級線圈不是全耦合，存在漏感，漏感抗與理想變壓器是串聯的。再次，初級和次級線圈有導線電阻損耗，磁芯也有損耗，可用電阻和的損耗等效。線圈對地之間以及線圈之間存在寄生電容(C)等等。另外，還有初級漏感以及次級之間的漏感等等。實際變壓器的等效電路本章小結電感量表示通電流導體產生磁場的能力。電感電流表征電感存儲能量的大小。電感有電流流過，表示電感存儲能量。電感電流為零，電感沒有存儲能量。電感的目的是存儲能量，電感量越大，表示能存儲的能量越多。電感是儲能載體。當能量存儲和釋放時，都需要時間，表現對電流變化起阻擋作用。儲能時，電流與感應電勢方向相反；放能時，電流和感應電勢方向相同。只有磁場（電流）發(fā)生變化時，才發(fā)生阻礙（感應電勢）作用。兩個線圈之間的互感表示主線圈電流在副線圈中產生磁通的能力。只有變化的電流（磁場），才表現出互感作用。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，對應漏磁通的電感為漏感。耦合電感異名端串聯時