西門(mén)子PLC模塊6ES7317-2AK14-0AB0

一． 定義與電路符號(hào)
    理想變壓器也是一種理想的基本電路元件,。為了易于理解,，我們耦合電感的極限情況來(lái)引處它的定義。
圖7-6-1(a)是耦合電感的原理結(jié)構(gòu)與磁場(chǎng)分布,，圖中N1,，N2分別為初級(jí)與次級(jí)線(xiàn)圈的匝數(shù)。定義n=N2/N1,，n稱(chēng)為變必,，也稱(chēng)匝比。
    理想變壓器的有四個(gè)理想化條件：
   （1） 無(wú)漏磁通,，即Φs1=Φs2=0,耦合系數(shù)K=1,，為全耦合，故有Φ11=Φ21,，Φ22=Φ12,。
   （2） 不消耗能量（即無(wú)損失），也不貯存能量,。
   （3） 初,、次級(jí)線(xiàn)圈的電感均為無(wú)窮大，即L1→∞,，L2→∞,，但為有限值,。證明如下：

; 
    即在全耦合（K=1）時(shí)，兩線(xiàn)圈的電感之比,，是等于其匝數(shù)平方之比,，亦即每個(gè)線(xiàn)圈的電感都是與自己線(xiàn)圈匝數(shù)的平方成正比。
    （4） 因有K=1,，L1→∞,，L2→∞，故有 →∞,。
   

圖7-6-1   理想變壓器的定義與電路符號(hào)

滿(mǎn)足以上四個(gè)條件的耦合電感稱(chēng)為理想變壓器,。可見(jiàn)理想變壓器可認(rèn)為是耦合電感的極限情況,。即K=1,，L1→∞，L2→∞,，M→∞的情況,，它純粹是一種變化信號(hào)的傳輸電能的元件，但它與耦合電感在本質(zhì)上已不同了,。耦合電感是依據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的,，是動(dòng)態(tài)元件，需要三個(gè)參數(shù)L1,，L2,，M來(lái)描述；而理想變壓器已沒(méi)有了電磁感應(yīng)的痕跡,，是靜態(tài)元件，只需要一個(gè)參數(shù)n來(lái)描述,。理想變壓器的電路符號(hào)如圖7-6-1(b),(c)所示,。
    理想變壓器是電路的基本無(wú)源元件之一。工程實(shí)際中使用的鐵心變壓器,，在精確度要求不高時(shí),，均可用理想變壓器作為它的電路模型來(lái)進(jìn)行分析與計(jì)算。

二． 伏安方程
    從圖7-6-1(a)看出,，由于無(wú)漏磁通,，故穿過(guò)兩個(gè)線(xiàn)圈的總磁通相同，均為Φ=Φ21+Φ12=Φ11+Φ22,。又由于圖中u1(t),i1(t)和Φ三者的參考方向互為關(guān)聯(lián),，u2(t),i2(t)和Φ三者的參考方向也互為關(guān)聯(lián)，故：
　　　 　　u1(t)=N1dΦ/dt
　　　　　 u2(t)=N2dΦ/dt
故有　　 　u1(t)/u2(t)=N1/N2=1/n　　　　   　(7-6-1a)
或　　　　 u1(t)=u2(t)/n　　　　　　　　　  　(7-6-1b)
又因?yàn)槔硐胱儔浩鞑幌囊膊毁A存能量,，所以它吸收的瞬時(shí)功率必為零,，即必有
　　　　　 u1(t)i1(t)+u2(t)i1(t)=0
故得　　　 i1(t)/i2(t)=-u2(t)/u1(t)=-N2/N1=-n   (7-6-2a)
或　　　 i1(t)=-ni2(t)　　　　　　　　　　   (7-6-2b)
式（7-6-1）,，（7-6-2）即為理想變壓器的時(shí)域伏安方程?？煽闯觯?br data-filtered="filtered"/>1． 由于n為大于零的實(shí)數(shù),，故此兩方程均為代數(shù)方程。即理想變壓器為一靜態(tài)元件（無(wú)記憶元件）,，已經(jīng)沒(méi)有了電磁感應(yīng)的痕跡,，所以能變化直流電壓和直流電流。
2． 理想變壓器的兩線(xiàn)圈的電壓與其匝數(shù)成正比,，兩線(xiàn)圈的電流與其匝數(shù)成反比,，且當(dāng)n>1時(shí)有u2(t)>u1(t)，為升壓變壓器,；當(dāng)n<1時(shí)有u2(t)<u1(t),，為降壓變壓器；當(dāng)n=1是有u2(t)=u1(t),，既不升壓也不降壓,。
3． 在電路理論中，我們把能聯(lián)系兩種電路變量 的元件稱(chēng)為相關(guān)元件,，否則即為非相關(guān)性元件,。電阻，電感,，電容等均為相關(guān)性元件,，而理想變壓器則為非相關(guān)性元件，亦即u1(t)與i1(t)之間,，u2(t)與i2(t)之間,，均無(wú)直接的約束關(guān)系，它們均各自由外電路決定,。
當(dāng)電路工作在正弦穩(wěn)態(tài)時(shí),，式（7-6-1），（7-6-2）即可寫(xiě)為向量形式,，即

    式（7-6-1）和（7-6-2）均是在圖7-6-1所示電壓參考極性與電流參考方向以及同名端標(biāo)志下列出的,。若線(xiàn)圈的同名端或電壓的參考極性，電流的參考方向改變了,，則其伏安方程中等號(hào)右端的"+",，"-"號(hào)也應(yīng)相應(yīng)改變。例如對(duì)于圖7-6-2(a),、(b)所示電路,，則其伏安方程為

; 圖7-6-2   理想變壓器電路

（a)同名端改變   （b)i2(t)參考方向和u2(t)參考極性改變

    需要指出，從耦合電感的極限來(lái)定義理想變壓器只是一種方法,，是為了使讀者易于接受,。理想變壓器的本質(zhì)定義應(yīng)是從數(shù)學(xué)上來(lái)定義,，即凡滿(mǎn)足式（7-6-1），（7-6-2）伏安方程的電路元件即為理想變壓器,，其電路符號(hào)采用圖7-6-1(b),(c)表示,，也只是因襲了傳統(tǒng)而已，并非一定要由線(xiàn)圈構(gòu)成,。

三． 阻抗變換
    設(shè)在理想變壓器的次級(jí)接阻抗Z,，如圖7-6-3(a)所示，則因有
　　　　; 
故得原邊的輸入阻抗為

于是可得原邊等效電路如圖7-6-3(b)所示,。從式（7-6-4）看出：
   （1） n≠1時(shí),，Z0≠Z，這說(shuō)明理想變壓器具有阻抗變換作用,。n>1時(shí),，Z0>Z; n<1時(shí)，Z0<Z,。

p; 圖7-6-3  理想變壓器的阻抗變換作用
（2）由于n為大于零的實(shí)常數(shù),，故Z0與Z的性質(zhì)全同，即次級(jí)的R,，L,，C，變換到初級(jí)相應(yīng)為R/n²,L/n²,n²C,。
（3） 阻抗變換與同名端無(wú)關(guān),。
（4） 當(dāng)Z=0時(shí)，則Z0=0,，即當(dāng)次級(jí)短路時(shí),，相當(dāng)與初級(jí)也短路。
（5） Z=∞時(shí),，則Z0=∞,，即當(dāng)次級(jí)開(kāi)路時(shí)，相當(dāng)與初級(jí) 開(kāi)路,。
   （6） 阻抗變換具有可逆性，即也可將原邊的阻抗Z變換到副邊,，如圖7-6-4所示,。但要注意此時(shí)副邊的等效阻抗為Z0=n²Z。

圖7-6-4    阻抗變換作用的可逆性
   （7） 阻抗在某一邊是串聯(lián)（并聯(lián)）,，則變換到另一邊也是串聯(lián)（并聯(lián)）,，如圖7-6-5所示。

; 圖7-6-5   理想變壓器阻抗變換作用的性質(zhì)
    由以上的全部敘述可見(jiàn),，理想變壓器既能變換電壓和電流,，也能變換阻抗,，因此，人們更確切地稱(chēng)它為變量器,。

四． 用受控源模擬理想變壓器
    將式（7-6-1）,，（7-6-2）改寫(xiě)為

根據(jù)此兩方程即可將理想變壓器用受控源電路來(lái)模擬，相應(yīng)如圖7-6-6所示,。

這種模擬的意義在于,，開(kāi)辟了實(shí)現(xiàn)理想變壓器的新途徑，使之集成化,，微型化成為了可能,。例如可用兩個(gè)回轉(zhuǎn)器級(jí)聯(lián)即可實(shí)現(xiàn)；同時(shí)也說(shuō)明了理想變壓器也可視為一種點(diǎn)耦合元件,，正因?yàn)槿绱?，所以它可耦合直流分量，即變換直流電壓和直流電流,。

圖7-6-6  用受控源模擬理想變壓器

五． 含理想變壓器電路的分析計(jì)算
    含理想變壓器電路的分析計(jì)算,，一般仍是應(yīng)用回路法（網(wǎng)孔法）和節(jié)點(diǎn)法等方法，只是在列方程時(shí)必須充分考慮它的伏安關(guān)系和阻抗變換特性即可解決問(wèn)題,。
例7-6-1 用等效電壓源定理求圖7-6-7(a)電路中的 ,。

  圖7-6-7  例7-6-1的電路

解：根據(jù)圖7-6-7（b）求開(kāi)路電壓 ，從而得

根據(jù)圖（c）求Z0,，即
Z0=10²×1=100Ω
其等效電壓源電路如圖 (d)所示,。于是根據(jù)圖（d）得;

例7-6-2 圖7-6-8電路 ，

圖7-6-8  例7-6-2的電路

  解：設(shè)理想變壓器兩邊的電壓分別為 則可列出方程：

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【諧振】 至少包含一個(gè)電感和一個(gè)電容元件的無(wú)源一端口網(wǎng)絡(luò),，當(dāng)其端口等效阻抗（或?qū)Ъ{）呈現(xiàn)純電阻性時(shí),，稱(chēng)電路發(fā)出了諧振，或電路工作在揩振狀態(tài),。

【諧振電路】 諧振電路對(duì)信號(hào)頻率具有選擇性,，廣泛應(yīng)用于通信系統(tǒng)中。的揩振電路為RLC串聯(lián)諧振電路和RLC并聯(lián)揩振電路,。

1,、RLC串聯(lián)揩振電路

【RLC串聯(lián)諧振角頻率】  圖9-2-1所示為RLC串聯(lián)電路。電路的輸入阻抗

當(dāng)輸入電壓的角頻率使得時(shí),，電路工作于諧振狀態(tài),，此時(shí)有

稱(chēng)為電路的揩振頻率。

【串聯(lián)諧振電路的電氣特征】 當(dāng)圖9-2-1所示電路工作于揩振狀態(tài)時(shí),，具有以下電氣特征,。

（1）端口阻抗呈阻性，且阻抗模值達(dá)到最小值。即

（2）在激勵(lì)的幅值一定的條件下,，端口電流幅值達(dá)到最大值,。即

（3）端口電流與電壓同相位。即

（4）電感和電容串電壓為零,，對(duì)外電路相當(dāng)于短路,。諧振時(shí)有

（5）電感和電容上可能出現(xiàn)過(guò)電壓。由上可知,，諧振時(shí)有

當(dāng)時(shí),，電感和電容的電壓遠(yuǎn)高于電源電壓。在電力系統(tǒng)中,，稱(chēng)為過(guò)電壓現(xiàn)象,，諧振對(duì)電力系統(tǒng)設(shè)備帶來(lái)危害；在電信系統(tǒng)中,，諧振對(duì)弱信號(hào)起到放大作用,。

【串聯(lián)諧振電路的品質(zhì)因數(shù)】 為電路的品質(zhì)因數(shù)。品質(zhì)因數(shù)是揩振電路的重要參數(shù),。RLC串聯(lián)電路的品質(zhì)因數(shù)是揩振時(shí)的感抗（或容抗）與電阻的比值,；也是揩振時(shí)電感電壓（或電容電壓）與電源電壓的大小之比值。即

2,、RLC串聯(lián)諧振電路的頻率響應(yīng)

【頻率選擇性】 將視為在激勵(lì)下的響應(yīng),，用網(wǎng)絡(luò)函數(shù)來(lái)表征的頻率響應(yīng)。有

為了表達(dá)簡(jiǎn)便,，令,，上式寫(xiě)為

定性畫(huà)出對(duì)應(yīng)的曲線(xiàn)，如圖9-2-2所示,。曲線(xiàn)表明,，輸入信號(hào)頻率落在附近時(shí)，輸出電壓幅值接近于輸入電壓幅值,，而遠(yuǎn)離時(shí),，輸出電壓幅值接近于零，電路對(duì)輸入信號(hào)具有頻率選擇性,。

【通頻帶】圖9-2-2中,，BW為通頻帶，電源的頻率超過(guò)BW的范圍時(shí),，電路對(duì)信號(hào)的衰減作用大,，響應(yīng)明顯變小。

3,、RLC并聯(lián)諧振電路

【并聯(lián)諧振角頻率】 圖9-2-3所示RLC并聯(lián)電路，端口等效導(dǎo)納為

當(dāng)導(dǎo)納虛部為零時(shí)，電路處于并聯(lián)諧振狀態(tài),，諧振角頻率為

【并聯(lián)諧振電路的電氣特征】  RLC并聯(lián)電路在諧振狀態(tài)下,，具有與RLC串聯(lián)電路諧振狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的特點(diǎn)，簡(jiǎn)述如下,。

（1）端口導(dǎo)納模值最小,，即。

（2）在激勵(lì)一定的條件下,，端口電壓達(dá)最大值,，即。

（3）端口電壓與端口電流同相位,。

（4）電感與電容并聯(lián)后的總電流為零,，對(duì)外電路相當(dāng)于開(kāi)路。諧振時(shí)

（5）并聯(lián)諧振時(shí),，若,，則，出現(xiàn)過(guò)電流現(xiàn)象,。

【并聯(lián)諧振電路的品質(zhì)因數(shù)】