空心变压器电路分析.
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电路分析08-2空心变压器
R22 jX 22
X
2 M
R22
R222
X
2 22
j
X
2 M
X
22
R222
X
2 22
R1 f jX1 f
Z1f：二次侧对一次侧的反映阻抗。 R1f：反映电阻。恒为正 , 表示二次回路吸收的功率
是靠一次回路供给的。
X电1f抗：的反性映质电相抗反。。负号反映了引入电抗与二次回路
当线圈的耦合为零，或者二次开路时，反映阻抗 消失
jL2
X
2 M
Z11
U OC
I2
ZL
二次回路反映阻抗
二次侧等效电路
4
电 路 例 8-8
分析
查等效电路
求图示电路的输入阻抗 ZAB 。
j2 1 A
•
j4 j2
•
B
- j4 j2
Z11 j4
U S
I1
Z1 f
一次侧等效电路
Z1 f
X
2 M
Z22
4 4 1
ZAB 4 j4
5
电 路 例 题(自测题8-7)
3
电 路 二次侧等效电路
分析
返回
二次侧等效电路：
I1 j M I2
设：Z11 R1 jL1
•
•
Z22 R2 jL2 ZL R22 jX22 XM M 应用戴维南定理：
U S
j L1
R1
j L2 ZL
R2
U OC
j M I1
jXM
U S
R1 jL1
jXM Z11
U S
Z0
Z0
R2
电路 分析
8.3
空心变压器
空心变压器电路的分析
图13－11
例13-7 电路如图(a)所示。已知 uS (t ) 10 2 cos103 t V 。 试求电流i1(t),i2(t)和负载可获得的最大功率。
图13－18
解：将耦合电感 b、d两点相连，用去耦等效电路代替耦合 电感，得到图(b)相量模型。
等效电路中三个电感的阻抗为：
Z a j ( L1 M ) ( j4 j1) j3 Z b jM j1 Z c j ( L2 M ) ( j2 j1) j1
图13－16
解：画出相量模型，如图(b)所示。求出反映阻抗
Z ref
2M 2
Z 22
22 (1 j1) 2 j2
求出输入阻抗
Zi Z11 Z ref (1 j3 1 j1) (2 j2)
求出初级电流
U 10 0 S I1 A 2.5 2 45 A Zi 2 j2
(13 25)
图13－17(b)
得到图示戴维宁等效电路。根据最大功率传输
定理，当负载ZL与Zo共轭匹配，即 Z ＝ Z o L 可获得最大功率为 Pmax
2 U oc 4 Ro
*
例13-6 求图13-16电路中1.6负载电阻经调整获得的最大功 率。
图13－16
解：将1.6电阻断开，求含源单口网络的戴维宁等效电路。 求出开路电压
i1 (t ) 2 2 cos(103 t 53.1 )A i2 (t ) 2 2 cos(103 t 3.69 )A
为求负载可获得的最大功率，断开负载ZL=(0.6-j2)
求得
U oc j1 j10(2 j4) US V (2 j1)V 526.6 V 2 j4 20
电路分析5
– –
L1
*
L2 + u2 –
(L1+M) -M
(L2+M)
例 求等效电感 Lab M=3H a
U 23 jL2 I 2 jM I 1 jω( L2 M ) I 2 jM I
电感的并联等效
1、电感同名端并联
L
L1 L 2 M
2
i1 + u1 – L1
M * *
i2
L1 L 2 2 M
i1
(L1－M) M
i2
(L2－M)
+ L2 u2
–
M + i u1 – * *
②异名端为共端的T型去耦等效
I 1 j M I 2
1
2
* jL1
* 3
I
jL2
I1 j(L1+M)
1
I2
2
j(L2+M)
I
-jM
全关联相 消情况
I I1 I 2
3
U 13 jL1 I 1 jM I 2 jω( L1 M ) I 1 jM I
a
＋
i1(t)
c
＋ L1 L2
i2(t)
＋
i1
M
i2
＋
u1 b
－
L1
L2
u2
－
u1(t)
d
－
－ di M 2 dt ＋
. I1
－ di M dt1 ＋
. I2
u2(t)
－
di u L M dt dt VCR di di u L M dt dt di
空心变压器
Z eq U OC
2 I2 ZL
其中 Y11US 是在副边开路下的原边电流
Z eq
=
(ωM )2 Z11
+
R2
+
jωL2
2′
大小与同名端位置无关（电源置零条件下）
若要求负载获最大功率，应使 ZL = Zeq
3) 副边受控源等效电路：当先求出原电路的 I1 后，可得副边的互感电压。
1
⎧(ωM )2
二、反映阻抗
⎪⎪ ⎨ ⎪
Z 22 (ωM
)2
⎪⎩ Z11
= =
(ωM )2 副边回路的总阻抗
(ωM )2 原边回路的总阻抗
= =
Z2 f Z1 f
副边反映到原边的阻抗 原边反映到副边的阻抗
1）从物理意义讲，虽然原副边没有电的联系，但由于互感作用使闭合的副边产生感应电流，
反过来这个电流又影响原边电流电压。
2）反映阻抗说明了磁耦合对原副边的影响。其性质与原有阻抗相反，说明感应电流产生的
解：1）谐振是第一条件，应先使n2的
Zin = n22 (− j5) = − j20Ω
即发生并联谐振，∴ 4Ω
2） n1 原边可等效为
当 n12 × 4 = 100Ω 时，
n1的 Rin 会获最大功率，∴ n1 = 5 ，
Pm
=
42 4 ×100
=
1W 25
副边反映到原边的阻抗副边回路的总阻抗原边反映到副边的阻抗原边回路的总阻抗1从物理意义讲虽然原副边没有电的联系但由于互感作用使闭合的副边产生感应电流反过来这个电流又影响原边电流电压
§10－3 空心变压器
变压器：具有无电气连接的二回路耦合电路
⎧原边（初级）加电源 ⎨⎩副边（次级）接负载
6空心变压器汇总
＋ －
* L1
M
*2 L
Z C
R
uS(t)
I
+
*
M jL1 jL2
*
ZL
U S
–
1/jC
（2）作去耦等效电路 R M jL1 jL2
100
j(L-20)
I
+
*
*
ZL
＋
j100
0
U S
–
1000 －
j20
－j20
1/jC
100 j(L-20) ＋ 10000 －
M L2 1 L1 L1 n
1 i1 ( t ) i2 ( t ) n
1 i1 ( t ) i2 ( t ) n
若i1、i2一个从同名端流入，一个从同名端流出，则有：
（3）变阻抗关系
I1
+
n:1
* *
I2
+
+
I1
Z
U1
–
U2
–
U1
–
n2Z
U n U U 2 2 1 2 2 n ( )n Z I 1 1 / nI 2 I2
Pmax 102 (4 10) 2.5W
解2
应用副边等效电路
U oc
(M ) 2 400 Zl 40 Z11 10
U OC U j 20 10 jM S j 20V Z11 10
(M ) 2 40 Z11
+
–
R2
当
Z l R2 40
40V
i (0 ) i (0 ) 40 1 1A 10 // 10 15 2
空心变压器
原边等 效电路
副边戴维宁 等效电路
副边受控源 等效电路
1)原边等效电路：只需把副边的阻抗折算到原边即反映阻抗 Z2 f
2)副边戴维宁等效电路：
U OC = Y11Z MU S 方向与同名端位置有关
Z eq U OC
2 I2 ZL
其中 Y11US 是在副边开路下的原边电流
Z eq
=
(ωM )2 Z11
§10－3 空心变压器
变压器：具有无电气连接的二回路耦合电路
⎧原边（初级）加电源 ⎨⎩副边（次级）接负载
，原边的电能是利用磁
耦合传递到副边的。
一、空心变压器（无铁心，线性， k < 1 ）的原副边去耦等效电路
设 Z11 = R1 + jωL1 原边线圈阻抗
Z22 = R2 + jωL2 + ZL 副边回路阻抗
+
R2
+
jωL2
2′
大小与同名端位置无关（电源置零条件下）
若要求负载获最大功率，应使 ZL = Zeq
3) 副边受控源等效电路：当先求出原电路的 I1 后，可得副边的互感电压。
1
⎧(ωM )2
二、反映阻抗
⎪⎪ ⎨ ⎪
Z 22 (ωM
)2
⎪⎩ Z11
= =
(ωM )2 副边回路的总阻抗
(ωM )2 原边回路的总阻抗
而 n1 副边等效为 R2 = 4Ω
2） n1 原边可等效为
当 n12 × 4 = 100Ω 时，
n1的 Rin 会00
=
1W 25
∵ 理想变压器为无源、无耗，∴ Rin 的功率即为 R2 的功率。
收音机上的负载—喇叭的匹配问题和此题类似。
空心变压器
4.
同理，初级在次级中的反映阻抗：
Zref2
( M )2
Z11
【例1】电路如图所示，已知L1=4H，L2=1H，M=0.5H，R1=50Ω，R2=20Ω，
RL=100Ω，正弦电压 uS 100 2 cos 314t V，求初级、次级电流 I1 、 I2 。
解 用反映阻抗的概念求解本题
Z11 R1 jL1 50 j314 4 50 j1256
Z 22 = RL R2 jL2 120 j314 1 336.1569.08
反映阻抗为
(M )2 Y22
314 2
0.52
1 Z 22
24649 336.1569.08
73.33 69.08 26.18 j68.5
I1
Z11
U S
(M ) 2 Y22
50
1000 j1256 26.18
j68.5
84 86.33
mA
I2
jMI1
Z 22
j314 0.5 84 86.33 336.1569.08
39.23 65.41
mA
【例2】ZL 并求负载获得的有功功率。
+
•
US
–
10 j2
**
•
I2
j10
j10
ZL
+
•
US
–
10+j10 Z1r=10–j10
解：Βιβλιοθήκη Z1rω2M 2 Z 22
I1
R1
US
j
L1
R2
( M )2 ZL j
L2
I1
1
......
I2
2
......
空心变压器电路的分析反映阻抗
jω( L2 jω( L2
M ) M )
例11-3-3 如图所示为自耦变压器电路,其中的两个线圈实际上是
由一个线圈抽头而成。因此，这两个线圈的绕向必然相同，同
例 1
名端必然是图中所示的位置。设这两个线圈的电感分别为L1 及
2
4 -
L2,它们之间的互感为M，试列出求解
•
I
1
和
•
I
2
所需的方程组。
2
Zi Z11 Z1r
反映(射)阻抗 用Z1r表示。
jωL1
•
•
I1
I2
•
•
I1
R1
US jωL1
ω2M 2 Z 22
•
•
I2
jωM I 1
R2 jωL2 RL
例 1
例11-2-1 电路如图(a)所示，已知：L1=5H，L2 =1.2H，M =1H，R=10，
2 3
uS 10 2cos10t V，求稳态电流i2,又若k=1, L1,L2仍为原值,求稳态电流i2。
M前所取符号与Lb中的相反
例11-3-1 求如图所示电路的等效电感Lab。
解：
Lab
14
6 6
(4 ) (4)
2mH
例11-3-2 试求如图所示电路的输入阻抗。
jωM
jω( L1 M ) jω( L2 M )
解：
Zi
jωM
R1 R1
jω( L1 jω( L1
M )R2 M ) R2
4
短路，已知:L1=0.1H,L2=0.4H,
M=0.12H,求ab端的等效电感L。
解：
Zi
Z11 Z1r
jωL1
空心变压器及反阻抗
空心变压器及反阻抗
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：
空心变压器及反射阻抗
具有互感的两线圈，如果它们绕在非铁磁材料框架上，则称为空心变压器。
1 ．电路模型（见图）
由方程（ 2 ）得
将上式代入方程（ 1 ），得
2 ．反射阻抗
令，空心变压器输入端的等效阻抗为
由上式可知，空心变压器可以用一个与原方阻抗串联的等效电路替代，如图所示，
图中称为反射阻抗。
反射阻抗为
例：已知空心变压器，，，。
外加电压，求与及输入功率和输出功率。
解：
输入功率
输出功率
输入回路线圈电阻损耗的功率
又反射阻抗消耗的功率，可见，原方回路是以磁耦合的方式将功率传递给副方的。
空心变压器——精选推荐
§8-3 空心变压器一、空心变压器：由于空芯变压器属于一种线性变压器，所以，它可以由图所示电路的虚线方框所围部分作为它的电路模型。
其中与电源相联的一边称为原边(或初级)，其线圈称为原线圈(或原绕组)，R 1、L 1分别为原绕组的电阻和电感；与负载相联的一边称为副边(或次级)，其线圈称为副线圈(或副绕组)，R 2、L 2分别为副线团的电阻和电感。
M 为两线圈之间的互感。
这些都是空芯变压器的参数。
R L 、X L 为负载的电阻和感抗。
二、采用网孔电流法：根据上图所示的电压和电流的参考方向以及同名端，可写出其电路方程为：...1112..1222(j )j .............j (j )0......l s R L I M I U M I R L Z I ωωωω⎧+-=⎪⎨⎪-+++=⎩ ..22121122..221122(j )(j )(j )()j (j )(j )()l l l ss R L Z U I R L R L Z M M U I R L R L Z M ωωωωωωωω⎧++⎪=⎪++++⎨⎪=⎪++++⎩如果令Z 11＝R 1+j ωL 1为原边回路的阻抗，Z 22＝R 2+R L +j ωL 2+j X L 为副边回路的阻抗，Z M＝j ωM 为互感阻抗，由.I 1的表达式可得初级回路输入端的等效阻抗.221111111f 2.22221s()()j j l U M M Z R L Z Z Z R L Z Z I ωωωω==++=++++l Z2f 222()M Z Z ω=----------副边对原边的反射阻抗，故称为次级对初级的反映阻抗。
它表明次级的感性阻抗反映到初级的反映阻抗为容性；反之，次级的容性阻抗反映到初级的反映阻抗为感性。
很显然，当次级回路开路时，反映阻抗R 1f ＝0，则Z 1＝Z 11，次级对初级无影响。
这个结论与.I 2＝0，次级对初级无影响的结论是一致的。
耦合系数123 空心变压器电路分析 反映阻抗124 耦合电
有关。
§12-1 基本概念
2）若不知绕向，用实验方法确定
直流法：如图当开关 S 迅速闭合，若mA表正
向偏转，则1与3为同名端。
当有随时间增大的电
i1 S 1
3
M
+
流从任一端流入一个线圈 时，将会引起另一个线圈 相应同名端电位的升高。
US
L1
2
L2
mA
－
4
例12-1 S打开瞬间， mA表偏转方向？如何 判别同名端？
Ⅱ
a i1 M i2 c
+
u1
L
1 M di2
b
dt
L 2 M di1 dt
+
u2
d
§12-2耦合电感的VCR 耦合系数
课堂练习
写出下面两电路的伏安关系
i1
+
•M
i2 +
u1
L1
L2
u2
•
—
—
（1）
i2
+
•M•
+
u1
L1
L2
u2
i1
—
—
（2）
u1
=
L1
di1 dt
M di2 dt
u2
=
L2
di2 dt
F11
F21
互感电压u21与互感磁
通F21符合右手螺旋关系
L1 i1
－ u1 +
L2
－ u21 + + u21 －
u21
=
d 21
dt
=
M
di1 dt
反之
u21
=
d 21
dt
空心变压器和理想变压器
Z1
ZC
+
••
U_
RL Z2
n:1
答案
n 2, ZC j0.5
PLmax 6.25W
9.4 理想变压器
例 求Zab。 a
I1 0.5:1 I2
+
+•
•+
U
U_1
_U 2
1
j1
_ b
I1 I2
U
答案
Zab I1 0.25(1 j)
9.4 理想变压器
ZL
j MI1
Z 22
式中Z11= R1+jL1是初级回路阻抗，Z22= R2+jL2+ZL是次级回路阻抗。
二、初级等效电路
9.3 空心变压器电路的分析
I1
Z11
U 1
2M2
Z 22
利用所求的初级电流 可得初级等效电路：
输入阻抗：Zi
UI11
R1
j L1
2M 2
或
I1
10o 2000 2000
1 4000
0o
A
I2
nI1
15.8
1 4000
0o
3.95180o mA
Pmax I22RL (3.95103)2 8 125μW
五、理想变压器特点
9.4 理想变压器
既不耗能，也不贮能的二端口元件。
p
u1i1
(0.4 j2 4 ) (0.8 j0.8) 1 j3
*
显然，当ZL Z o (0.8 j0.8) 时获得最大功率
空心变压器去耦等效电路
空心变压器去耦等效电路空心变压器去耦等效电路，听起来是不是有点复杂呢？别着急，咱们慢慢来，像喝茶一样细细品味。
想象一下，变压器就像一位魔术师，能把电流从一个地方搬到另一个地方，而且还可以变换电压，简直是电力界的超人。
不过，空心变压器就像是那种不带任何装饰的魔术师，外表简单，但内心却藏着不少秘密。
这空心变压器去耦等效电路，嘿，听起来就是个高大上的名词，其实就是为了让电流在两个不同的电路之间流动时，不互相干扰。
想想看，像两位在舞池中跳舞的小伙伴，如果他们各自的舞步不受对方影响，那岂不是能跳得更好？这去耦的作用，就是为了让电流能在“舞池”里自由自在，不被外界的干扰所打扰。
你瞧，电路中如果有干扰，那就像在大喧嚣的市场中，你想听到朋友的声音却听不清，烦得很。
这个去耦的设计，能让电流各自有各自的节奏，简直就是电路界的“清道夫”。
咱们把复杂的东西简单化，就像用一根绳子把两条鱼绑在一起，鱼能游得更远。
得提一下空心变压器的工作原理。
它没有铁心，像个空心的球，电流在里面来回穿梭。
这就好比你在一个大房间里打乒乓球，没墙壁反弹，球来球去，速度飞快。
而在去耦电路里，这种“空心”的状态就让电流更加灵活，不容易被其他电路的信号影响，像是在无阻碍的空间里自由飞翔。
去耦电路的实现嘛，得用一些电容和电感这些小玩意儿。
想象一下，电容就像个水库，能储存电流，电感就像个弹簧，能储存能量。
二者相互配合，形成了一个稳固的体系。
电流流过时，水库蓄水，弹簧收缩，整个过程就像一场优雅的芭蕾舞，流畅自然。
结果就是，电流在这舞台上大展身手，丝毫不受外界影响。
要是没有去耦电路，电流就会像个调皮的孩子，乱跑乱闹。
比如，一个信号要发送到另一端，却被旁边的信号给搞得七上八下，最后弄得一团糟。
这就好比你在聚会上想和朋友聊天，却总被其他人的喧闹声打断，真是心烦意乱。
所以，空心变压器去耦电路就像是一剂良药，能有效减轻这种“噪音”。
它把信号的“干扰”压到最低，让每一个信号都能独立发展，像是一个个小明星，各自闪耀光芒。
空心变压器电路分析.
Z11 j10
U1
I1
Z1 f
M
U1
N
I1 M
I2
•
L1
L2
•
原边等效电路
Z1 f
X
2 M
Z22
36 j9 j4
ZMN j10 j9 j1
4
§4 理想变压器电路分析
返回
理想变压器的伏安关系
i1
11 12
i2
u1
u2
i1 1: n i2
•
•
u1
u2
理想变压器模型
22 21 理想变压器是实际变压器的理想化模型：称为匝比，注有的书 条件：((13))变 L1,压L2器和理伏想无M安变无损关压限耗系器式大；的，(2)但耦合系数k=1（定全义耦为合n）无NN12漏磁通；
V
U1 2U2
I1
1 2
I2
理想变压器的伏安关系
五个方程可解五个未知量
8 j8 I
I
2 I1 2 :1 I2
I1
•
U1
•U2 I2
4
I 1250 4.7843.5A 19 j18
12
例1
方法二：节点法
求图示电路的电流 I。 解：用节点法：选节点如图
8 j8 I
所示。 U3 100V
付边等效电路付边等效电路付边回路反映阻抗付边回路反映阻抗返回返回求图示电路的输入阻抗zab原边等效电路原边等效电路查等效电路查等效电路4mhm6mh1000rads查等效电路查等效电路mn原边等效电路原边等效电路10113622理想变压器的伏安关系理想变压器的伏安关系返回返回12112122理想变压器是实际变压器的理想化模型
11 22
5.3空心变压器
I2
Z2
XM Z 11
2
解法二：副边等效电路法
jX M jM j 314 0.465 j146
1
U jX
M
Z11 R1 jL1 20 j1130
U
1
Z 22
Z 22 42.08 j18.84 46.124.1 Z
1
X M 6
R1 R1 '
22
PR2 I 1 R 1 ' 2 . 5 2 12.5W
2 2
PR2 I R 2
2 2
I2
PR2 R2
12 . 5 1 . 2 A 9
练
j1
j1 Zi
( M 2 ) Z 33
( M 1 ) Z 22
2
习
j2
Z 22 U
Z 11 Z 22 Z
Z 11
U
1 2
( M ) Z 22
5.3 空心变压器
二、空心变压器的电压电流方程
M
1
+ -
L1
L2
2
Z 11 I 1 Z M I 2 U 1
RL
U1
I1
1'
I2
2'
R1
R2
XL
Z M I 1 Z 22 I 2 0
j2
试计算图示电路的入端阻抗Z i
j3
j4
解：
Z2'
2 j1 j4
2
Z i2 j3 Z 2 ' j3 j j2
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§3 空心变压器电路分析
返回
原边(初级)等效电路：
设：Z11 R1 jL1 Z22 R2 jL2 ZL R22 jX22 XM M
网孔方程： Z11I1 jXM I2 US
I1 jM I2
•
•
US j L1
j L2 ZL
R1
R2
jXM I1 Z22I2 0
即反得映：阻I2抗
•
•
u1
u2
u2 n u1
i2 1 i1 n
i1 1: n i2
•
u1
u2
•
u2 n u1
i2 1 i1 n
7
说明
i1 n :1 i2
•
•
u1
u2
u1 n i1 1
u2
i2 n
i1 N1 : N2 i2
•
u1
u2
•
u1 N1
u2
N2
i1 N2 i2 N1
伏安关系式的几条规律：
• 电压方程的比值取决于匝数比，匝数与电压成正比； • 电压方程的符号取决于同名端，同名端电压极性相同； • 电流方程的比值取决于匝数比，匝数与电流成反比； • 电流方程的符号取决于同名端，同名端流入为负。
j2 1 A
•
j4 j2
•
B
- j4 j2
Z11 j4
US
I1
Z1 f
原边等效电路
Z1 f
X
2 M
Z22
4 4 1
ZAB 4 j4
3
例2
查等效电路
图示电路中, L1=10mH, L2= 4mH, M=6mH, =1000rad/s, 则 ZMN =___C___。
(A) j10 (B) ∞ (C) j1 (D) j4 (E) 0 (F) j19
Z11 j10
U1
I1
Z1 f
M
U1
N
I1 M
I2
•
L1
L2
•
原边等效电路
Z1 f
X
2 M
Z22
36 j9 j4
ZMN j10 j9 j1
4
§4 理想变压器电路分析
返回
理想变压器的伏安关系
i1
11 12
i2
u1
u2
i1 1: n i2
•
•
u1
u2
理想变压器模型
22 21 理想变压器是实际变压器的理想化模型：称为匝比，注有的书 条件：((13))变 L1,压L2器和理伏想无M安变无损关压限耗系器式大；的，(2)但耦合系数k=1（定全义耦为合n）无NN12漏磁通；
2 22 2
•
10
j4 j4
1 11 1
Z0
2
j2
2
j2
j4( 4
j
4
4
j
) 4
2
•
- j2 2 ZL 2
ZL=Z0 =2时获得的功率最大，最大功率为：
Pmax
U
2 OC
4R0
202 42
50W
折合阻抗法计算 计算原边回路时，用折合阻抗法将付边回路的阻抗 折合到原边计算； 计算付边回路时，用戴维南定理计算。
11
例1
方法一：回路法
求图示电路的电流 I。
解：用回路法：选回路电流 如图所示。
2I1 100 U1 4I2 4I U2 4I2 (12 j8)I 100
回路
方程 1000
8
阻抗变换器
Zi
U1 I1
1 n
U2
nI2
1 n2
(UI22 )
1 n2
ZL
称为折合阻抗。
I1 1: n I2
•
•
U1
Z L U2
特点：不改变阻抗的性质，只改变大小，与同名端无关。
1: n
•
•
ZL
Zi n2ZL
变压器的三大作用：变换电压；变换电流；变换阻抗。
9
折合阻抗分析法
ZS
US
I1 1: n
L2 n 可推得：u2 n i2 1
L1
u1
i1 n
n N2 N1
5
说明
变压器无损耗
理想变压器吸收的功率为：u1 i1 + u2 i2 = 0 表明理想变压器不消耗能量，也不贮存能量，它是
一种无记忆元件。
耦合系数(两个线圈的耦合程度)
k 12 21 M i2 M i1 M 1 k=1为全耦合
•
•
I2
ZL
付边阻抗折合到原边
求付边的戴维南等效电路
ZS
I1
US
ZL n2
原边等效电路
Z0
I2
UOC
ZL
付边等效电路
UOC nUS , Z0 n2ZS
10
含理想变压器电路的计算
节点法计算 把理想变压器的端电流看作电流源列方程； 补充理想变压器的伏安关系。
回路法计算 把理想变压器两端电压看作电压源列方程； 补充理想变压器的伏安关系。
8 j8
8 j8
(19 j18)(8 j8) 19 j18
13
例2
如图所示电路,电压源 US =100V，负载ZL可变。问
ZL= ？时其上获得最大功率，并求此最大功率。
解：用戴维南定理，
1: 2
j2
UOC
2
2 j2
2US
2 2 j2
2US
US
1 11 1
20( j j ) j20V
Z22 R2 jL2 ZL R22 jX22 XM M
应用戴维南定理：
I1 jM I2
•
•
US j L1
j L2 ZL
R1
R2
UOC
j M I1
jXM
US
R1 jL1
jXM Z11
US
Z0
R2
jL2
X
2 M
Z11
UOC
Z0
I2
ZL
付边回路反映阻抗
付边等效电路
2
例1
查等效电路
求图示电路的输入阻抗 ZAB 。
jX M Z22
反I1 映电I1阻
Z11 US反XZ 2M22映电Z抗11USZ1
f
US
Z11
I1
Z1 f
Z1 f
X
2 M
Z22
X
2 M
R22 jX22
X
2 M
R22
R222
X
2 22
j
X
2 M
X
22
R222
X
2 22
原边等效电路
1
付边(次级)等效电路
返回
付边(次级)等效电路： 设：Z11 R1 jL1
11 22
L1i1 L2i2
L1L2
电感量无穷大
若令 i2 = 0(次级开路)，u1为有限值。而
u1
L1
d i1 dt
i2 0, i1 0
必有：L1=
6
说明
伏安关系式
伏安关系式是在参考方向下得出的，参考方向不同， 关系式就不同。
伏安关系式还与同名端、n 的标注方式有关。
i1 1: n i2
V
U1 2U2
I1
1 2
I2
理想变压器的伏安关系
五个方程可解五个未知量
8 j8 I
I
2 I1 2 :1 I2
I1
•
U1•U2 I24I 1250 4.7843.5A 19 j18
12
例1
方法二：节点法
求图示电路的电流 I。 解：用节点法：选节点如图
8 j8 I
所示。 U3 100V
1 2
U1
1 2
100
I1
③
(1 4
8
1
j8
)U2
1 8 j8
100
I2
1000 V
2 I1 2 :1 I2
① •
•
U1
U2
② 4
U1 2U2
I1
1 2
I2
解之：U2
900 19
j800 j18
I
U3
U2
100
900 19
j800 j18
1000 j1000
125
4.7843.5A
返回
原边(初级)等效电路：
设：Z11 R1 jL1 Z22 R2 jL2 ZL R22 jX22 XM M
网孔方程： Z11I1 jXM I2 US
I1 jM I2
•
•
US j L1
j L2 ZL
R1
R2
jXM I1 Z22I2 0
即反得映：阻I2抗
•
•
u1
u2
u2 n u1
i2 1 i1 n
i1 1: n i2
•
u1
u2
•
u2 n u1
i2 1 i1 n
7
说明
i1 n :1 i2
•
•
u1
u2
u1 n i1 1
u2
i2 n
i1 N1 : N2 i2
•
u1
u2
•
u1 N1
u2
N2
i1 N2 i2 N1
伏安关系式的几条规律：
• 电压方程的比值取决于匝数比，匝数与电压成正比； • 电压方程的符号取决于同名端，同名端电压极性相同； • 电流方程的比值取决于匝数比，匝数与电流成反比； • 电流方程的符号取决于同名端，同名端流入为负。
j2 1 A
•
j4 j2
•
B
- j4 j2
Z11 j4
US
I1
Z1 f
原边等效电路
Z1 f
X
2 M
Z22
4 4 1
ZAB 4 j4
3
例2
查等效电路
图示电路中, L1=10mH, L2= 4mH, M=6mH, =1000rad/s, 则 ZMN =___C___。
(A) j10 (B) ∞ (C) j1 (D) j4 (E) 0 (F) j19
Z11 j10
U1
I1
Z1 f
M
U1
N
I1 M
I2
•
L1
L2
•
原边等效电路
Z1 f
X
2 M
Z22
36 j9 j4
ZMN j10 j9 j1
4
§4 理想变压器电路分析
返回
理想变压器的伏安关系
i1
11 12
i2
u1
u2
i1 1: n i2
•
•
u1
u2
理想变压器模型
22 21 理想变压器是实际变压器的理想化模型：称为匝比，注有的书 条件：((13))变 L1,压L2器和理伏想无M安变无损关压限耗系器式大；的，(2)但耦合系数k=1（定全义耦为合n）无NN12漏磁通；
2 22 2
•
10
j4 j4
1 11 1
Z0
2
j2
2
j2
j4( 4
j
4
4
j
) 4
2
•
- j2 2 ZL 2
ZL=Z0 =2时获得的功率最大，最大功率为：
Pmax
U
2 OC
4R0
202 42
50W
折合阻抗法计算 计算原边回路时，用折合阻抗法将付边回路的阻抗 折合到原边计算； 计算付边回路时，用戴维南定理计算。
11
例1
方法一：回路法
求图示电路的电流 I。
解：用回路法：选回路电流 如图所示。
2I1 100 U1 4I2 4I U2 4I2 (12 j8)I 100
回路
方程 1000
8
阻抗变换器
Zi
U1 I1
1 n
U2
nI2
1 n2
(UI22 )
1 n2
ZL
称为折合阻抗。
I1 1: n I2
•
•
U1
Z L U2
特点：不改变阻抗的性质，只改变大小，与同名端无关。
1: n
•
•
ZL
Zi n2ZL
变压器的三大作用：变换电压；变换电流；变换阻抗。
9
折合阻抗分析法
ZS
US
I1 1: n
L2 n 可推得：u2 n i2 1
L1
u1
i1 n
n N2 N1
5
说明
变压器无损耗
理想变压器吸收的功率为：u1 i1 + u2 i2 = 0 表明理想变压器不消耗能量，也不贮存能量，它是
一种无记忆元件。
耦合系数(两个线圈的耦合程度)
k 12 21 M i2 M i1 M 1 k=1为全耦合
•
•
I2
ZL
付边阻抗折合到原边
求付边的戴维南等效电路
ZS
I1
US
ZL n2
原边等效电路
Z0
I2
UOC
ZL
付边等效电路
UOC nUS , Z0 n2ZS
10
含理想变压器电路的计算
节点法计算 把理想变压器的端电流看作电流源列方程； 补充理想变压器的伏安关系。
回路法计算 把理想变压器两端电压看作电压源列方程； 补充理想变压器的伏安关系。
8 j8
8 j8
(19 j18)(8 j8) 19 j18
13
例2
如图所示电路,电压源 US =100V，负载ZL可变。问
ZL= ？时其上获得最大功率，并求此最大功率。
解：用戴维南定理，
1: 2
j2
UOC
2
2 j2
2US
2 2 j2
2US
US
1 11 1
20( j j ) j20V
Z22 R2 jL2 ZL R22 jX22 XM M
应用戴维南定理：
I1 jM I2
•
•
US j L1
j L2 ZL
R1
R2
UOC
j M I1
jXM
US
R1 jL1
jXM Z11
US
Z0
R2
jL2
X
2 M
Z11
UOC
Z0
I2
ZL
付边回路反映阻抗
付边等效电路
2
例1
查等效电路
求图示电路的输入阻抗 ZAB 。
jX M Z22
反I1 映电I1阻
Z11 US反XZ 2M22映电Z抗11USZ1
f
US
Z11
I1
Z1 f
Z1 f
X
2 M
Z22
X
2 M
R22 jX22
X
2 M
R22
R222
X
2 22
j
X
2 M
X
22
R222
X
2 22
原边等效电路
1
付边(次级)等效电路
返回
付边(次级)等效电路： 设：Z11 R1 jL1
11 22
L1i1 L2i2
L1L2
电感量无穷大
若令 i2 = 0(次级开路)，u1为有限值。而
u1
L1
d i1 dt
i2 0, i1 0
必有：L1=
6
说明
伏安关系式
伏安关系式是在参考方向下得出的，参考方向不同， 关系式就不同。
伏安关系式还与同名端、n 的标注方式有关。
i1 1: n i2
V
U1 2U2
I1
1 2
I2
理想变压器的伏安关系
五个方程可解五个未知量
8 j8 I
I
2 I1 2 :1 I2
I1
•
U1•U2 I24I 1250 4.7843.5A 19 j18
12
例1
方法二：节点法
求图示电路的电流 I。 解：用节点法：选节点如图
8 j8 I
所示。 U3 100V
1 2
U1
1 2
100
I1
③
(1 4
8
1
j8
)U2
1 8 j8
100
I2
1000 V
2 I1 2 :1 I2
① •
•
U1
U2
② 4
U1 2U2
I1
1 2
I2
解之：U2
900 19
j800 j18
I
U3
U2
100
900 19
j800 j18
1000 j1000
125
4.7843.5A