含有耦合电感元件的正弦稳态电路分析

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一、耦合电感元件的相量模型

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二、耦合电感的去等效
出发点

两个线圈之间存在磁耦合,每个线圈的电压不仅与本线圈的电流变化率有关,而且与另一个线圈的电流变化率有关,其伏安关系中的正、负号又取决于同名端的位置及电压、电流的参考方向等。所以,对含有耦合电感的电路的分析就相对比较复杂。

耦合电感在一定的条件下存在去等效电路。对某些特定结构的耦合电感作去等效,找出其相应的去等效电路,使电路的分析得以简化。

1、串联的去等效

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2、并联的去等效

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3Y形连接的去等效

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三、含有耦合电感的正弦稳态电路分析

含有耦合电感的正弦稳态电路的分析,依然采用相量法,只是要注意耦合电感的特点。为了使分析和计算简化,如果能去等效的,那么先对它去等效,得到去后等效电路。这样电路中的就不存在耦合电感,只有自感,等效后的电路与第7章的正弦稳态电路并无区别,当然其分析的方法也就一样;如果耦合电感不能去等效,那么,就根据耦合电感的基本概念和同名端的位置,列写电路方程,并进行计算。

8.2-1 8.2-1a)所示的正弦稳态电路中,电压源含有耦合电感元件的正弦稳态电路分析含有耦合电感元件的正弦稳态电路分析含有耦合电感元件的正弦稳态电路分析含有耦合电感元件的正弦稳态电路分析含有耦合电感元件的正弦稳态电路分析含有耦合电感元件的正弦稳态电路分析含有耦合电感元件的正弦稳态电路分析含有耦合电感元件的正弦稳态电路分析。求电容C上的电压含有耦合电感元件的正弦稳态电路分析

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解:图8.2-7a)电路的耦合电感是异名端相联,作Y形去等效,其等效电路如图8.2-7b)所示。

电阻R2和电感(L2M)串联后的等效阻抗为

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电感(-M)和电容C串联后的等效阻抗为

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则电路的总等效阻抗为

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所以,

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由分流公式,得电容电流为

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因此,电容电压为

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8.2-2 电路如图8.2-8a)所示,已知含有耦合电感元件的正弦稳态电路分析含有耦合电感元件的正弦稳态电路分析含有耦合电感元件的正弦稳态电路分析,电感含有耦合电感元件的正弦稳态电路分析含有耦合电感元件的正弦稳态电路分析,互感含有耦合电感元件的正弦稳态电路分析,负载含有耦合电感元件的正弦稳态电路分析可调。问负载含有耦合电感元件的正弦稳态电路分析为何值时获得最大功率?并求最大功率。

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解:对图8.2-8a)电路作去等效,得图8.2-8b)所示的等效电路。

8.2-8b)中,电压源含有耦合电感元件的正弦稳态电路分析,用戴维南定理求ab两端左边电路的等效电路。先求ab两端的开路电压含有耦合电感元件的正弦稳态电路分析,由于ab两端开路,电阻R2和感抗jω(L2M)上没有电压,那么,开路电压含有耦合电感元件的正弦稳态电路分析就等于感抗jωM上的电压,由分压公式得

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再求戴维南等效阻抗含有耦合电感元件的正弦稳态电路分析,将电压源短路,则

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所以,用戴维南定理等效后的等效电路如图8.2-8c)所示。

由最大功率传输定理,当负载阻抗与等效内阻抗共轭匹配时,负载获得最大功率,则负载阻抗为

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最大功率为

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四、空心变压器

空心变压器是绕在非铁磁芯上的两个耦合线圈。其中,一个线圈作为输入,接入电源或信号源,称为原边电路或初级电路(primary circuit),另一个线圈作为输出,接入负载,称为副边电路或次级电路(secondary circuit)。

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含有耦合电感元件的正弦稳态电路分析是原边电路阻抗,含有耦合电感元件的正弦稳态电路分析是副边电路阻抗,其中含有耦合电感元件的正弦稳态电路分析是负载阻抗,含有耦合电感元件的正弦稳态电路分析是互感阻抗。则

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解得:

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式中,含有耦合电感元件的正弦稳态电路分析是原边电路导纳,含有耦合电感元件的正弦稳态电路分析是副边电路导纳。

原边电路的输入阻抗为

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空心变压器的原边输入阻抗中,除了原边本身的阻抗含有耦合电感元件的正弦稳态电路分析外,还包含了由互感和副边电路导纳决定的阻抗,即含有耦合电感元件的正弦稳态电路分析,它是反映副边电路通过互感对原边电路产生影响的一个阻抗,称为反射阻抗。

由于含有耦合电感元件的正弦稳态电路分析,则含有耦合电感元件的正弦稳态电路分析,这就说明,如果副边电路阻抗含有耦合电感元件的正弦稳态电路分析是感性的,则反映到原边输入阻抗中的反射阻抗是容性的;反之,如果副边电路阻抗含有耦合电感元件的正弦稳态电路分析是容性的,则反射阻抗是感性的。

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